本發(fā)明涉及道路路面材料領(lǐng)域，特別是涉及一種交通用石墨烯抗車轍劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

高溫車轍破壞是今后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)瀝青路面早期破壞的首禍，其主要原因是由于中面層失穩(wěn)造成的移動(dòng)、推移所致。在瀝青路面的早期損壞中尤其以高溫車轍破壞最為突出，這主要?dú)w結(jié)于四方面的原因：

1)罕見的歷史高溫。如01年我國北方遇到50年罕見歷史高溫；02年南方遇到100年罕見歷史高溫。全球氣候變暖的趨勢可能導(dǎo)致以后歷史罕見的高溫接踵而至。

2)超載重載的交通狀況愈演愈烈?，F(xiàn)在實(shí)行的計(jì)重收費(fèi)實(shí)際表明了交通部門對(duì)超載重載交通狀況的無奈和默許。

3)高速公路的渠化交通特點(diǎn)和山區(qū)高速公路不可避免的長大縱坡特點(diǎn)加劇了車轍。

4)《瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ 014-97》強(qiáng)調(diào)必須有一層懸浮密實(shí)的Ⅰ型結(jié)構(gòu)防水，導(dǎo)致顧此失彼，車轍加劇。

為了解決以上問題，常用的解決車轍的方案有三種：

一是級(jí)配改良。級(jí)配改良不好的話可能提高了抗車轍性能，而產(chǎn)生了水損壞。

二是瀝青改性。瀝青改性的效果比較好，但存在瀝青與改性劑的相容性問題，為了達(dá)到更高的抗車轍性能，需要高劑量的改性劑，而高劑量的改性劑難以在瀝青中分散均勻，而且在運(yùn)輸途中和儲(chǔ)存過程中會(huì)出現(xiàn)改性劑與瀝青的分層離析，其性能反而不如基質(zhì)瀝青。另外存在成本較高的問題。

三是纖維增強(qiáng)。纖維增強(qiáng)的效果較好，同樣要達(dá)到更高的抗車轍性能時(shí)，需要高摻量的纖維，而高摻量的纖維難以在瀝青混合料中分散均勻，分散不均勻的纖維瀝青混合料不僅起不到增強(qiáng)作用，反而使結(jié)構(gòu)疏松強(qiáng)度降低。

目前，改性瀝青的研究大多采用聚合物作為車轍改性劑，對(duì)瀝青性能的改善有限?，F(xiàn)階段的車轍改性劑在實(shí)際拌合生產(chǎn)中一般需要延長拌合時(shí)間10-15s，較大影響了生產(chǎn)效率，此外，普通車轍改性劑制備的瀝青混合料在攤鋪碾壓過程中容易出現(xiàn)推移、開裂等問題，不利于碾壓壓實(shí)。

石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，通常包括單層石墨烯、雙層石墨烯、少層石墨烯、多層或厚層石墨烯及經(jīng)過處理得到的氧化石墨烯。

單層石墨烯：指由一層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)(即六角形蜂巢結(jié)構(gòu))周期性緊密堆積的碳原子構(gòu)成的一種二維碳材料。

雙層石墨烯：指由兩層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)(即六角形蜂巢結(jié)構(gòu))周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式(包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等)堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。

少層石墨烯：指由3-10層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)(即六角形蜂巢結(jié)構(gòu))周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛，ABA堆垛等)堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。

多層或厚層石墨烯：指厚度在10層以上10nm以下苯環(huán)結(jié)構(gòu)(即六角形蜂巢結(jié)構(gòu))周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛，ABA堆垛等)堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末經(jīng)化學(xué)氧化及剝離后的產(chǎn)物，氧化石墨烯是單一的原子層，可以隨時(shí)在橫向尺寸上擴(kuò)展到數(shù)十微米，因此，其結(jié)構(gòu)跨越了一般化學(xué)和材料科學(xué)的典型尺度。氧化石墨烯可視為一種非傳統(tǒng)型態(tài)的軟性材料，具有聚合物、膠體、薄膜，以及兩性分子的特性。氧化石墨烯的分子式：

石墨烯具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電和耐熱性，而且石墨烯具有強(qiáng)度極高的納米二維結(jié)構(gòu)，其各向異性結(jié)構(gòu)在液狀體系中能形成交叉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得體系整體穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。

到目前為止，基于石墨烯的車轍改性劑還未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種能有效提高改性瀝青的高溫抗車轍性能及高溫穩(wěn)定性的交通用石墨烯抗車轍劑。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：提供了一種交通用石墨烯抗車轍劑，由以下組分及重量份制成：聚烯烴10～50份，熱塑性彈性體乙烯基芳香烴-共軛二烯嵌段共聚物3～20份，石墨烯10～30份，界面活性劑1～5份。

優(yōu)選地，所述聚烯烴為PE、PP、EVA、APP、APAO、POE、HDPE、LDPE及LLDPE中的一種或幾種。

優(yōu)選地，所述熱塑性彈性體乙烯基芳香烴-共軛二烯嵌段共聚物為SBS、SIS、SEBS及SEPS中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述石墨烯為單層石墨烯、雙層石墨烯、多層石墨烯及氧化石墨烯中的一種或幾種。

優(yōu)選地，所述界面活性劑為兩性離子型表面活性劑，所述兩性離子型表面活性劑為烷基咪唑啉型鹵化物酸鹽或烷基甜菜堿鹵化物酸鹽中的一種或幾種。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種上述的交通用石墨烯抗車轍劑的制備方法，其步驟如下：

(a)在轉(zhuǎn)速為15～25r/min條件下，將聚烯烴和熱塑性彈性體乙烯基芳香烴-共軛二烯嵌段共聚物混合均勻；

(b)將步驟(a)得到的混合物在8～12min內(nèi)升溫至80℃，加入界面活性劑；接著升溫至150℃，加入石墨烯并在3～5min內(nèi)升溫至200℃；

(c)將步驟(b)所得的混合物通過加熱熔融釜、開煉機(jī)、單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)或亨舍爾混合機(jī)混合成型，造粒或切片成型，制得瀝青改性劑成品。

本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明的交通用石墨烯抗車轍劑摻加石墨烯作為改性劑改性瀝青，由于石墨烯具有兩親性，從石墨烯薄片邊緣到中央呈現(xiàn)親水至疏水的性質(zhì)分布，如同界面活性劑一般存在界面，能降低界面間的能量，并配合界面活性劑復(fù)配，有利于抗車轍劑快速分散于瀝青混合料中，在石墨烯與界面活性劑的雙重作用下，加速抗車轍劑在瀝青混合料中分散，減少拌合分散所需的時(shí)間，提高拌合站的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；同時(shí)，由于界面作用，使瀝青與礦料之間的界面能降低，更利于路面的壓實(shí)，降低路面攤鋪碾壓過程中的推移、開裂等。本發(fā)明具有工藝簡單、能耗較低、綠色環(huán)保及應(yīng)用前景佳等特點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種交通用石墨烯抗車轍劑，由以下組分及重量份制成：聚烯烴10～50份，熱塑性彈性體乙烯基芳香烴-共軛二烯嵌段共聚物3～20份，石墨烯10～30份，界面活性劑1～5份。

在本發(fā)明中，聚烯烴為PE、PP、EVA、APP、APAO、POE、HDPE、LDPE及LLDPE中的一種或幾種。

熱塑性彈性體乙烯基芳香烴-共軛二烯嵌段共聚物為SBS、SIS、SEBS及SEPS中的一種或多種。

石墨烯為單層石墨烯、雙層石墨烯、多層石墨烯及氧化石墨烯中的一種或幾種。

界面活性劑為兩性離子型表面活性劑，兩性離子型表面活性劑為烷基咪唑啉型鹵化物酸鹽或烷基甜菜堿鹵化物酸鹽中的一種或幾種。

另外，本發(fā)明還提供一種上述的交通用石墨烯抗車轍劑的制備方法，其步驟如下：

(a)在轉(zhuǎn)速為15～25r/min條件下，將聚烯烴和熱塑性彈性體乙烯基芳香烴-共軛二烯嵌段共聚物混合均勻；

(b)將步驟(a)得到的混合物在8～12min內(nèi)升溫至80℃，加入界面活性劑；接著升溫至150℃，加入石墨烯并在3～5min內(nèi)升溫至200℃；

(c)將步驟(b)所得的混合物通過加熱熔融釜、開煉機(jī)、單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)或亨舍爾混合機(jī)混合成型，造?；蚯衅尚?，制得瀝青改性劑成品。

下列通過給出的本發(fā)明的具體實(shí)施例及對(duì)比例將進(jìn)一步清楚地了解本發(fā)明，但它們不是對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：

(a)按重量份分別稱取10份PE及20份SBS；在轉(zhuǎn)速為15r/min條件下，將PE和SBS混合均勻；

(b)將步驟(a)得到的混合物在8min內(nèi)升溫至80℃，加入5份C18烷基咪唑啉鹵化物磷酸鉀；接著升溫至150℃，加入30份單層石墨烯，最后在5min內(nèi)升溫至200℃；

(c)將步驟(b)所得的混合物通過雙螺桿擠出機(jī)擠塑成型，制得成品，同時(shí)裝桶以備用。

瀝青混合料生產(chǎn)拌合時(shí)先加熱礦料，再按混合料重量0.5％將交通石墨烯抗車轍劑加入礦料中干拌80s，然后加入所述基質(zhì)瀝青濕拌80s，再加礦粉拌合90s。分別進(jìn)行瀝青混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)、凍融裂強(qiáng)比試驗(yàn)、車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)及低溫彎曲試驗(yàn)見表2。

實(shí)施例2：

(a)按重量份分別稱取30份PE、10份APP、5份LDPE、5份EVA 及3份SEBS；在轉(zhuǎn)速為20r/min條件下，將上述物料混合均勻；

(b)將步驟(a)得到的混合物在12min內(nèi)升溫至80℃，加入3份烷基酰胺丙基甜菜堿鹵化物磷酸鉀；接著升溫至150℃，加入10份氧化石墨烯，最后在3min內(nèi)升溫至200℃；

(c)將步驟(b)所得的混合物冷卻后通過雙螺桿擠出機(jī)擠塑成型，制得成品，同時(shí)裝桶以備用。

瀝青混合料生產(chǎn)拌合時(shí)先加熱礦料，再按混合料重量0.5％將交通石墨烯抗車轍劑加入礦料中干拌80s，然后加入所述基質(zhì)瀝青濕拌80s，再加礦粉拌合90s。分別進(jìn)行瀝青混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)、凍融裂強(qiáng)比試驗(yàn)、車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)及低溫彎曲試驗(yàn)見表2。

實(shí)施例3：

(a)按重量份分別稱取20份PE，10份LLDPE、5份EVA及15份SBS；在轉(zhuǎn)速為25r/min條件下，將上述物料混合均勻；

(b)將步驟(a)得到的混合物在10min內(nèi)升溫至80℃，加入1份烷基咪唑啉鹵化物磷酸鉀；接著升溫至150℃，加入15份氧化石墨烯和5份多層石墨烯，最后在4min內(nèi)升溫至200℃；

(c)將步驟(b)所得的混合物冷卻后通過雙螺桿擠出機(jī)擠塑成型，制得成品，同時(shí)裝桶以備用。

瀝青混合料生產(chǎn)拌合時(shí)先加熱礦料，再按混合料重量0.5％將交通石墨烯抗車轍劑加入礦料中干拌80s，然后加入所述基質(zhì)瀝青濕拌80s，再加礦粉拌合90s。分別進(jìn)行瀝青混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)、凍融裂強(qiáng)比試驗(yàn)、車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)及低溫彎曲試驗(yàn)見表2。

實(shí)施例4：

(a)按重量份分別稱取20份HDPE，5份EVA,APP10份及18份SBS；在轉(zhuǎn)速為25r/min條件下，將上述物料混合均勻；

(b)將步驟(a)得到的混合物在12min內(nèi)升溫至80℃，加入2份烷基咪唑啉鹵化物磷酸鉀和2份烷基酰胺丙基甜菜堿鹵化物磷酸鈉；接著升溫至150℃，加入20份氧化石墨烯和5份雙層石墨烯，最后在4min 內(nèi)升溫至200℃；

(c)將步驟(b)所得的混合物冷卻后通過雙螺桿擠出機(jī)擠塑成型，制得成品，同時(shí)裝桶以備用。

瀝青混合料生產(chǎn)拌合時(shí)先加熱礦料，再按混合料重量0.5％將交通石墨烯抗車轍劑加入礦料中干拌80s，然后加入所述基質(zhì)瀝青濕拌80s，再加礦粉拌合90s。分別進(jìn)行瀝青混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)、凍融裂強(qiáng)比試驗(yàn)、車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)及低溫彎曲試驗(yàn)見表2。

使用該抗車轍劑的瀝青混合料的試驗(yàn)方法：

1)集料放入實(shí)驗(yàn)室拌合器中，加熱至175-180℃；

2)將相當(dāng)于礦料重量0.2％-0.5％的抗車轍劑加入拌和器中；

3)干拌：按常規(guī)方法拌和，干拌80s，無需額外增加拌合時(shí)間；

4)加入165-175℃瀝青，繼續(xù)拌合80s；

5)加入礦粉繼續(xù)拌合90s；

6)按常規(guī)方式制造試件。

對(duì)比例1：

在本對(duì)比例中，瀝青混合料采用70#石油瀝青與骨料拌合，瀝青混合料生產(chǎn)拌合時(shí)先加熱礦料，再按混合料重量0.5％將普通抗車轍劑加入礦料中干拌90s，然后加入所述基質(zhì)瀝青濕拌90s，再加礦粉拌合90s。分別進(jìn)行瀝青混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)、凍融裂強(qiáng)比試驗(yàn)、車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)及低溫彎曲試驗(yàn)見表2。

AC-13瀝青混合料配合比采用70號(hào)重交瀝青，經(jīng)檢測符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)對(duì)70號(hào)道路石油瀝青A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

AC-13瀝青混合料配合比采用石灰?guī)r：10-20mm碎石、10-15mm碎石、5-10mm碎石、0-5石屑。經(jīng)檢測符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)對(duì)瀝青面層用集料質(zhì)量要求。

AC-13瀝青混合料填料采用石灰石礦粉，經(jīng)檢測符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)對(duì)瀝青面層用填料質(zhì)量要求。

表1 AC-13混合料級(jí)配類型表

實(shí)施例所得成品性能測試：按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行馬歇爾最佳瀝青用量設(shè)計(jì)試驗(yàn)。

表2瀝青混合料性能指標(biāo)

通過上表2可以看出，摻加本發(fā)明的瀝青改性劑后，實(shí)施例中各試件的空隙率較對(duì)比例都有所降低，說明添加本車轍劑后更利于混合料的壓實(shí)；表中實(shí)施例的動(dòng)穩(wěn)定度較對(duì)比例1明顯提高，故瀝青混合料的抗車轍性能顯著提高；實(shí)施例中的殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度都較對(duì)比例1有所提高，說明抗車轍劑的加入有利于改善混合料的水穩(wěn)定性能；同時(shí)對(duì)比發(fā)現(xiàn)低溫破壞應(yīng)變與對(duì)比例略有提升，說明本發(fā)明的瀝青改性劑后對(duì)瀝青混合料的低溫性能有所改善；綜上所述，添加本發(fā)明抗車轍劑各項(xiàng)性能指標(biāo)都有所改善，且各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)相關(guān)技術(shù)要求。

本發(fā)明的交通用石墨烯抗車轍劑摻加石墨烯作為改性劑改性瀝青，由于石墨烯具有兩親性，從石墨烯薄片邊緣到中央呈現(xiàn)親水至疏水的性質(zhì)分布，如同界面活性劑一般存在界面，能降低界面間的能量，并配合界面活性劑復(fù)配，有利于抗車轍劑快速分散于瀝青混合料中，在石墨烯與界面活性劑的雙重作用下，加速抗車轍劑在瀝青混合料中分散，減少拌合分散所需的時(shí)間，提高拌合站的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；同時(shí)，由于界面作用，使瀝青與礦料之間的界面能降低，更利于路面的壓實(shí)，降低路面攤鋪碾壓過程中的推移、開裂等。本發(fā)明具有工藝簡單、能耗較低、綠色環(huán)保及應(yīng)用前景佳等特點(diǎn)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。