一種近海路面用抗腐蝕抗老化的改性瀝青乳液及其制備方法
【專利說明】一種近海路面用抗腐蝕抗老化的改性瀝青乳液及其制備方 法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種近海環(huán)境道路工程領(lǐng)域用瀝青的制備方法及其產(chǎn)品，特別涉及一 種抗海水環(huán)境腐蝕、耐老化性、降溫性能、抗車轍能力等性能優(yōu)異的改性瀝青乳液制備方法 及其產(chǎn)品。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 瀝青路面由于具備良好的路用性能而成為國內(nèi)外公路建設(shè)的主流路面類型，其中 在海港、碼頭、防波堤、橋梁、海底隧道、壩閘、道涵、渡槽等海洋工程的近海公路絕大部分是 采用瀝青混凝土類材料鋪筑。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截止2014年，美國、法國以及中國的近海公 路中，瀝青路面比例都已占85%以上，其中我國近海路面用瀝青材料的年需求量高達(dá)200 萬噸，并以較快地幅度持續(xù)增加。
[0003] 我國廣東、山東、福建等省份地處沿海，有著漫長的海岸線，沿海構(gòu)筑的海洋工程 一直暴露在海水環(huán)境的各類腐蝕中。由于氯鹽侵蝕、硫酸鹽侵蝕、海水沖刷以及碳化等原 因，許多近海公路陸續(xù)出現(xiàn)松軟、開裂、坍塌等病害腐蝕現(xiàn)象，不僅嚴(yán)重影響了近海公路的 運行，也對國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財產(chǎn)安全造成了極大的浪費和威脅。大量應(yīng)用和試驗表明， 處于海洋和近海環(huán)境中的近海公路，海水及其鹽霧中的各類腐蝕性離子（主要是cr、Mg 2+、 so廣等）會逐漸從表面到內(nèi)部不斷地腐蝕瀝青筑路材料，最終引起高溫車轍及變形、水損 害破壞、抗?jié)窕阅懿蛔愕雀鞣N病害后果。
[0004] 另外一方面，沿海地區(qū)的日照時間很長，照射能量很高。瀝青作為一種吸熱材料， 具有較高的太陽熱輻射吸收率，使得近海路面在夏季時的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度（溫差甚 至可高達(dá)60°C以上），不僅直接導(dǎo)致近海瀝青路面的承載力和抗車轍性能較快地下降，直 接致使近海瀝青路面的抗車轍能力迅速降低，同時還會加劇近海城市"熱島效應(yīng)"，反而更 進(jìn)一步地加深了近海瀝青路面的高溫病害。其中，紫外光老化是近海瀝青材料老化的主要 現(xiàn)象之一，尤其是在紫外光強(qiáng)度大、輻射時間長的地區(qū)，紫外光老化問題尤為嚴(yán)重。自然環(huán) 境的太陽光中紫外光輻射作用就是近海瀝青路面老化的一個重要影響因素，其可使瀝青的 破壞應(yīng)變能力變得較差，極易導(dǎo)致近海路面出現(xiàn)裂縫、松散、沉陷等早期病害。
[0005] 隨著近海瀝青路面的不斷使用，由于受到海洋環(huán)境等各種因素的長時間作用，近 海瀝青路面會逐漸產(chǎn)生一系列各種老化病害，迅速地降低路用性能和使用壽命。盡管國內(nèi) 外進(jìn)行了許多瀝青改性的研宄和技術(shù)應(yīng)用，但是目前相關(guān)措施未從根本解決瀝青路面容易 出現(xiàn)被海洋環(huán)境腐蝕和高溫車轍損害等病害問題。
[0006] 目前，現(xiàn)有技術(shù)所生產(chǎn)的瀝青材料在近海環(huán)境容易被腐蝕破壞，在長時間陽光照 射下也極易由于吸收大量太陽光能量而發(fā)生各種老化病害；即使瀝青材料中加入了一些光 穩(wěn)定劑，但光穩(wěn)定劑由于沒有保護(hù)而容易與外界物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而失去活性。因此，制備出抗 近海環(huán)境腐蝕和抗高溫老化能力優(yōu)異的瀝青材料是當(dāng)務(wù)之急，其不僅利于延長瀝青路面的 使用壽命，并且利于資源的有效利用、減少消耗新資源以及有利于環(huán)保與社會的可持續(xù)發(fā) 展。
[0007] 本發(fā)明技術(shù)針對瀝青路面的近海腐蝕和高溫的危害，首先加入陽離子表面活性劑 插層蒙脫石，將光穩(wěn)定劑吸收在蒙脫石的層狀結(jié)構(gòu)中（該類型層狀絡(luò)合結(jié)構(gòu)能夠保護(hù)光穩(wěn) 定劑）；再加入羥基化富勒烯，利用其獨特的微觀量子結(jié)構(gòu)來提高近海環(huán)境的腐蝕，從而開 發(fā)出一種抗腐蝕、抗老化性能優(yōu)異、降溫效果顯著、性價比高的瀝青路面用改性瀝青乳液， 從根本上解決抗腐蝕能力不足和有效緩解城市"熱島效應(yīng)"，極大地降低瀝青路面建設(shè)投資 成本。這是本發(fā)明技術(shù)突出的實質(zhì)性技術(shù)特點和顯著進(jìn)步之所在。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0008] 為了解決上述瀝青路面的近海腐蝕和高溫老化的病害，本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有 技術(shù)的不足，提供一種近海路面用抗腐蝕抗老化的改性瀝青乳液及其制備方法。本發(fā)明采 用陽離子表面活性劑、光穩(wěn)定劑插層改性后的有機(jī)化蒙脫石以及羥基化富勒烯作為改性 劑，通過各種原料成分的合理配比，制得一種改性瀝青乳液；在此基礎(chǔ)上所制備的瀝青材料 的抗海水腐蝕、耐老化性能（尤其是抗紫外光老化性能）、抗車轍能力等應(yīng)用性能相當(dāng)優(yōu) 異，可以大量應(yīng)用于各種近海路面。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0009] 一種近海路面用抗腐蝕抗老化的改性瀝青乳液，其特征在于，按重量份計，包括以 下組份：基質(zhì)瀝青60~75份，水20~35份，乳化劑0. 1~3. 5份，陽離子表面活性劑插層 蒙脫石1~10份，光穩(wěn)定劑0. 5~5. 5份；其通過以下步驟制備：
[0010] (1)將基質(zhì)瀝青加熱至140~160°C而變?yōu)槿廴跔顟B(tài)；
[0011] (2)將乳化劑投入75~85°C水中，攪拌直至溶解后，投入陽離子表面活性劑插層 蒙脫石；繼續(xù)攪拌直至溶解，再投入光穩(wěn)定劑，攪拌直至體系分散均勻；
[0012] (3)將步驟（2)所得溶液的攪拌速度提高至1000~3000rpm，再將步驟（1)所得 溶液投入其中，待投料完畢后，繼續(xù)攪拌10~30min ;
[0013] (4)投入羥基化富勒稀，繼續(xù)攪拌30~60min，再通入膠體磨中研磨5~lOmin，最 后出料即制得纖維增強(qiáng)的改性瀝青乳液。
[0014] 所述一種近海路面用抗腐蝕抗老化的改性瀝青乳液，其特征在于：所述的陽離子 表面活性劑插層蒙脫石的制備方法為：
[0015] (1)將去離子水加熱至60~85°C，加入陽離子表面活性劑，攪拌至完全溶解，以得 到固含量為2~8%重量百分比的溶液；
[0016] (2)緩慢加入蒙脫石，攪拌至完全分散后，保溫反應(yīng)30~120min，最后過濾、洗滌、 干燥，即制得陽離子表面活性劑插層蒙脫石。
[0017] 所述一種近海路面用抗腐蝕抗老化的改性瀝青乳液，其特征在于：所述的乳化劑 為十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲 基溴化銨中的一種或兩種以上任意組合。
[0018] 所述一種近海路面用抗腐蝕抗老化的改性瀝青乳液，其特征在于：所述的光穩(wěn) 定劑為苯并三哇類紫外吸收劑、二苯甲酮類紫外吸收劑、炭黑、納米Ti0 2、納米CaC03、納米 Ce02中的一種或兩種以上任意組合。
[0019] 所述一種近海路面用抗腐蝕抗老化的改性瀝青乳液制備方法，其特征在于：所述 的羥基化富勒烯為碳原子個數(shù)在50~84之間的碳原子簇。
[0020] 所述一種近海路面用抗腐蝕抗老化的改性瀝青乳液，其特征在于：所述的羥基化 富勒烯與基質(zhì)瀝青的質(zhì)量比為（ix 1(T6~IX KT5) :1。
[0021] 所述一種近海路面用抗腐蝕抗老化的改性瀝青乳液，其特征在于：所述的陽離子 表面活性劑為十六烷基二甲基芐基氯化銨、十六烷基二甲基芐基溴化銨、十六烷基氯化吡 啶中的一種或兩種以上任意組合。
[0022] 所述陽離子表面活性劑插層蒙脫石的制備方法，其特征在于：所述的陽離子表面 活性劑與蒙脫石的質(zhì)量比為1:20~1:5。
[0023] 制備本發(fā)明所述改性瀝青乳液的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：按重量 份計，采用以下原料：基質(zhì)瀝青60~75份，水的用量20~35份，乳化劑0. 1~3. 5份，陽 離子表面活性劑插層蒙脫石1~10份，光穩(wěn)定劑0. 5~5. 5份；將所述原料通過機(jī)械乳化 法制備，包括以下步驟：
[0024] (1)將基質(zhì)瀝青加熱至140~160°C而變?yōu)槿廴跔顟B(tài)；
[0025] (2)將乳化劑投入75~85°C水中，攪拌直至溶解后，投入陽離子表面活性劑插層 蒙脫石；繼續(xù)攪拌直至溶解，再投入光穩(wěn)定劑，攪拌直至體系分散均勻；
[0026] (3)將步驟（2)所得溶液的攪拌速度提高至1000~3000rpm，再將步驟（1)所得 溶液投入其中，待投料完畢后，繼續(xù)攪拌10~30min ;
[0027] (4)投入羥基化富勒稀，繼續(xù)攪拌30~60min，再通入膠體磨中研磨5~lOmin，最 后出料即制得纖維增強(qiáng)的改性瀝青乳液。
[0028] 本發(fā)明所述的改性瀝青乳液性能穩(wěn)定，滿足各項技術(shù)指標(biāo)要求；其抗海洋環(huán)境腐 蝕、抗老化性能（尤其是抗紫外老化光性能）、高溫、低溫性能、混合料的水穩(wěn)定性等性能相 當(dāng)優(yōu)異，具有良好的路用性能，滿足近海路面鋪筑、各項標(biāo)準(zhǔn)，能夠極大地利于延長近海瀝 青路面的使用壽命。
[0029] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點和有益效果：通過乳化劑、陽離子表面活性 劑插層蒙脫石、光穩(wěn)定劑、羥基化富勒烯的加入有效地改善瀝青的抗海洋環(huán)境腐蝕和抗老 化性能，并且配制工藝過程簡單，生產(chǎn)成本低廉。所制備的改性瀝青乳液技術(shù)指標(biāo)滿足國家 的相關(guān)規(guī)范，不僅路用性能優(yōu)越，而且其粘度低，施