本發(fā)明涉及道路工程材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米復(fù)合改性瀝青混合料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，瀝青路面因具有足夠的力學(xué)強度、行車平穩(wěn)、舒適、振動小、無揚塵、噪音低以及便于維修養(yǎng)護等優(yōu)點，已成為國內(nèi)運用最廣泛的一種路面形式。然而，由于高低溫極端天氣的增多以及使用環(huán)境的不確定性，我國許多高速公路瀝青路面在建成運營后，容易出現(xiàn)高低溫破壞以及水損壞現(xiàn)象，這大大縮短了路面的使用年限，致使許多高速公路提前進入大修或改造期，造成了大量的經(jīng)濟損失?，F(xiàn)今的瀝青路面針對高低溫的技術(shù)主要是高溫的路表降溫涂層等手段，但是不能同時兼顧高溫、低溫對路面造成的損害，不具有全面性。因此，開發(fā)一種新型改性瀝青混合料來解決路面高低溫病害顯得尤為關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種納米復(fù)合改性瀝青混合料及其制備方法，旨在解決保證瀝青混合料的路用性能的同時減少瀝青路面的高低溫病害及水損壞的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

設(shè)計一種納米復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：礦料100份，瀝青3～7份，納米二氧化鋯0.09～0.21份，納米二氧化鈦0.03～0.07份，改善劑0.013～0.032份，穩(wěn)定劑0.12～0.28份，偶聯(lián)劑0.004～0.010份。

優(yōu)選的，該納米復(fù)合改性瀝青混合料由下列重量份的原料制成：礦料100份，瀝青4～6份，納米二氧化鋯0.12～0.18份，納米二氧化鈦0.04～0.06份，改善劑0.018～0.026份，穩(wěn)定劑0.16～0.24份，偶聯(lián)劑0.006～0.008份。

進一步優(yōu)選的，該納米復(fù)合改性瀝青混合料由下列重量份的原料制成：礦料100份，瀝青4.3份，納米二氧化鋯0.129份，納米二氧化鈦0.043份，改善劑0.019份，穩(wěn)定劑0.172份，偶聯(lián)劑0.006份。

優(yōu)選的，所述的改善劑為蒙脫土。

優(yōu)選的，所述的穩(wěn)定劑為糠醛抽出油。

優(yōu)選的，所述的偶聯(lián)劑為TMC-931復(fù)合型單烷氧基類鈦酸酯。

優(yōu)選的，所述的瀝青為道路石油瀝青、煤瀝青、SBS改性瀝青、PE改性瀝青、SBR改性瀝青或纖維類改性瀝青。

所述的礦料的級配類型為AC-13型、AC-16型、SMA-13型或OGFC-13型。

所述的礦料由粗集料、細集料和礦粉組成。

本發(fā)明還涉及該納米復(fù)合改性瀝青混合料的制備方法，包括下列步驟：

（1）制備改性劑：按照上述的重量份數(shù)選取原料；

將納米二氧化鋯、偶聯(lián)劑和改善劑以1:0.035:0.11的比例混合均勻，得到納米二氧化鋯改性劑；

將納米二氧化鈦、偶聯(lián)劑、改善劑以1:0.035:0.11的比例混合均勻，得到納米二氧化鈦改性劑；

（2）制備納米材料改性瀝青：將基礎(chǔ)瀝青在溫度為130℃～140℃的條件下加熱熔融，再將穩(wěn)定劑和步驟（1）中所得的納米二氧化鋯改性劑、納米二氧化鈦改性劑加入到熔融后的基礎(chǔ)瀝青中，攪拌均勻后升溫至150℃～160℃；然后采用高速剪切機對升溫后的基礎(chǔ)瀝青進行剪切處理，再經(jīng)自然冷卻后得到納米材料改性瀝青；

（3）制備納米復(fù)合改性瀝青混合料：將加熱至175℃～180℃的礦料和步驟（2）所得的納米材料改性瀝青按照常規(guī)方法混合攪拌均勻，即可得到該納米復(fù)合改性瀝青混合料。

優(yōu)選的，步驟（1）中所述納米二氧化鋯改性劑的制備過程中，先將偶聯(lián)劑用乙醇進行稀釋，再將納米二氧化鋯和改善劑加入到該偶聯(lián)劑的稀釋液中，然后在80℃～85℃的條件下加熱攪拌1～1.5h，最后置于干燥箱中干燥除去乙醇，得到制備完成的納米二氧化鋯改性劑；

所述納米二氧化鈦改性劑的制備過程中，先將偶聯(lián)劑用乙醇進行稀釋，再將納米二氧化鈦和改善劑加入到該偶聯(lián)劑的稀釋液中，然后在80℃～85℃的條件下加熱攪拌1～1.5h，最后置于干燥箱中干燥除去乙醇，得到制備完成的納米二氧化鈦改性劑。

優(yōu)選的，步驟（2）中所述的剪切處理過程為：先在剪切速率為2000～3000rpm的條件下低速剪切15～20min，再在剪切速率為6000～7000rpm的條件下高速剪切30～45min。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：

1.本發(fā)明納米復(fù)合改性瀝青混合料屬于環(huán)保無毒無腐蝕類復(fù)合瀝青混合料，路用性能優(yōu)良，可以增強瀝青路面高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性，對延長瀝青路面使用壽命具有重大意義；其原料無毒無害，且原材料來源廣泛，生產(chǎn)過程無污染且價格低廉；本發(fā)明制備工藝簡單，成本低，具有良好的經(jīng)濟效益。

2.本發(fā)明的納米復(fù)合改性瀝青混合料，加入了TMC-931復(fù)合型單烷氧基類鈦酸酯，通過聯(lián)接有機與有機、無機與有機，使納米二氧化鋯、納米二氧化鈦材料、蒙脫土、糠醛抽出油與瀝青在混合時通過TMC-931復(fù)合型單烷氧基類鈦酸酯偶聯(lián)劑的偶聯(lián)作用在瀝青混合料內(nèi)部聯(lián)結(jié)形成網(wǎng)狀聯(lián)接結(jié)構(gòu)，加強瀝青混合料的機械強度、抗沖擊性和穩(wěn)定性。同時TMC-931復(fù)合型單烷氧基類鈦酸酯可以提高瀝青混合料的耐老化和耐水性能。納米二氧化鋯、納米二氧化鈦具有優(yōu)秀的物理性能，能夠顯著提高瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和抗水損壞性能。

3.本發(fā)明的納米復(fù)合改性瀝青混合料，基于納米二氧化鋯、納米二氧化鈦的優(yōu)良性能，在高溫條件下，路面內(nèi)部自上而下溫度降低，在溫差驅(qū)動下熱能向路面內(nèi)部納米材料處移動，納米材料吸熱產(chǎn)生電荷，達到降溫效果；在低溫條件下，納米材料會吸收路面內(nèi)部游離電荷產(chǎn)生熱量提高溫度達到儲熱效果，從而降低高低溫對路面的損害。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例來說明本發(fā)明的具體實施方式，但以下實施例只是用來詳細說明本發(fā)明，并不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。在以下實施例中所涉及的儀器設(shè)備如無特別說明，均為常規(guī)儀器設(shè)備；所涉及的工業(yè)原料如無特別說明，均為市售常規(guī)工業(yè)原料。

實施例1：一種納米復(fù)合改性瀝青混合料，由下列重量份的原料制成：礦料100份，瀝青3份，納米二氧化鋯0.09份，納米二氧化鈦0.03份，改善劑0.013份，穩(wěn)定劑0.12份，偶聯(lián)劑0.004份；本實施例所采用的礦料為AC-13型礦料，所采用的偶聯(lián)劑為TMC-931復(fù)合型單烷氧基類鈦酸酯，所采用的瀝青為SBS瀝青。

實施例2：一種納米復(fù)合改性瀝青混合料，由下列重量份的原料制成：礦料100份，瀝青4份，納米二氧化鋯 0.12份，納米二氧化鈦0.04份，改善劑0.018份、穩(wěn)定劑0.16份、偶聯(lián)劑0.006份；本實施例所采用的礦料為AC-13型礦料，所采用的偶聯(lián)劑為TMC-931復(fù)合型單烷氧基類鈦酸酯，所采用的瀝青為煤瀝青。

實施例3：一種納米復(fù)合改性瀝青混合料，由下列重量份的原料制成：礦料100份，瀝青5.0份，納米二氧化鋯0.15份，納米二氧化鈦0.05份，改善劑0.022份、穩(wěn)定劑0.20份、偶聯(lián)劑0.007份；本實施例所采用的礦料為AC-13型礦料，所采用的偶聯(lián)劑為TMC-931復(fù)合型單烷氧基類鈦酸酯，所采用的瀝青為道路石油瀝青。

實施例4：一種納米復(fù)合改性瀝青混合料，由下列重量份的原料制成：礦料100份，瀝青5.5份，納米二氧化鋯0.165份，納米二氧化鈦0.055份，改善劑0.024份、穩(wěn)定劑0.22份、偶聯(lián)劑0.008份；本實施例所采用的礦料為AC-13型礦料，所采用的偶聯(lián)劑為TMC-931復(fù)合型單烷氧基類鈦酸酯，所采用的瀝青為PE改性瀝青。

實施例5：一種納米復(fù)合改性瀝青混合料，由下列重量份的原料制成：礦料100份，瀝青6份，納米二氧化鋯0.18份，納米二氧化鈦0.06份，改善劑0.026份、穩(wěn)定劑0.24份、偶聯(lián)劑0.008份；本實施例所采用的礦料為AC-13型礦料，所采用的偶聯(lián)劑為TMC-931復(fù)合型單烷氧基類鈦酸酯，所采用的瀝青為SBR改性瀝青。

實施例6：一種納米復(fù)合改性瀝青混合料，由下列重量份的原料制成：礦料100份，瀝青4.3份，納米二氧化鋯0.129份，納米二氧化鈦0.043份，改善劑0.019份，穩(wěn)定劑0.172份，偶聯(lián)劑0.006份；本實施例所采用的礦料為AC-13型礦料，所采用的偶聯(lián)劑為TMC-931復(fù)合型單烷氧基類鈦酸酯，所采用的瀝青為纖維類改性瀝青。

實施例7：一種納米復(fù)合改性瀝青混合料，由下列重量份的原料制成：礦料100份，瀝青7份，納米二氧化鋯0.21份，納米二氧化鈦0.07份，改善劑0.032份、穩(wěn)定劑0.28份、偶聯(lián)劑0.098份；本實施例所采用的礦料為AC-13型礦料，所采用的偶聯(lián)劑為TMC-931復(fù)合型單烷氧基類鈦酸酯，所采用的瀝青為道路石油瀝青。

實施例8：一種納米復(fù)合改性瀝青混合料，由下列重量份的原料制成：礦料100份，瀝青6.5份，納米二氧化鋯0.195份，納米二氧化鈦0.065份，改善劑0.029份、穩(wěn)定劑0.26份、偶聯(lián)劑0.009份；本實施例所采用的礦料為AC-13型礦料，所采用的偶聯(lián)劑為TMC-931復(fù)合型單烷氧基類鈦酸酯，所采用的瀝青為SBS改性瀝青。

以上實施例中的納米復(fù)合改性瀝青混合料的制備方法包括下列步驟：

分別按照實施例1-8中所述的重量份數(shù)選取原料。

（1）制備改性劑：

將納米二氧化鋯、偶聯(lián)劑和改善劑以1:0.035:0.11的比例制備納米二氧化鋯改性劑：先將偶聯(lián)劑用乙醇進行稀釋，再將納米二氧化鋯和改善劑加入到該偶聯(lián)劑的稀釋液中，然后在80℃～85℃的條件下加熱攪拌1～1.5h，最后置于干燥箱中干燥除去乙醇，得到制備完成的納米二氧化鋯改性劑。

將納米二氧化鈦、偶聯(lián)劑、改善劑以1:0.035:0.11的比例制備納米二氧化鈦改性劑：先將偶聯(lián)劑用乙醇進行稀釋，再將納米二氧化鈦和改善劑加入到該偶聯(lián)劑的稀釋液中，然后在80℃～85℃的條件下加熱攪拌1～1.5h，最后置于干燥箱中干燥除去乙醇，得到制備完成的納米二氧化鈦改性劑。

（2）制備納米材料改性瀝青：將基礎(chǔ)瀝青（選取的瀝青原料）在溫度為130℃～140℃的條件下加熱熔融，再將穩(wěn)定劑和步驟（1）中所得的納米二氧化鋯改性劑、納米二氧化鈦改性劑加入到熔融后的基礎(chǔ)瀝青中，攪拌均勻后升溫至150℃～160℃；然后采用高速剪切機對升溫后的基礎(chǔ)瀝青進行剪切處理，再經(jīng)自然冷卻后得到納米材料改性瀝青；該剪切處理過程為：先在剪切速率為2000～3000rpm的條件下低速剪切15～20min，再在剪切速率為6000～7000rpm的條件下高速剪切30～45min。

（3）制備納米復(fù)合改性瀝青混合料：將加熱至175℃～180℃的礦料和步驟（2）所得的納米材料改性瀝青按照常規(guī)方法混合攪拌均勻，即可得到該納米復(fù)合改性瀝青混合料。

對實施例1-8中的納米復(fù)合改性瀝青混合料進行路用性能試驗，試驗項目包括車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗(-10℃)、凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾試驗，用以測試本發(fā)明納米復(fù)合改性瀝青混合料的路用性能，并與不添加納米材料的普通瀝青混合料進行對比分析，試驗結(jié)果見下表1。

從表1可知，本發(fā)明納米復(fù)合改性瀝青混合料滿足交通部部頒標準JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求，其高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性能等指標明顯高于普通瀝青混合料，表明本發(fā)明瀝青混合料的路用性能優(yōu)越。

上面結(jié)合實施例對本發(fā)明作了詳細的說明，但是，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下，還可以對上述實施例中的各個具體參數(shù)進行變更，形成多個具體的實施例，均為本發(fā)明的常見變化范圍，在此不再一一詳述。