掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料及其制备方法。其主要由矿料、沥青、复合秸秆纤维素、纳米改性剂等原料制成；其中，纳米改性剂由纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、改性剂、分散剂制成；秸秆复合纤维素由棉花秸秆纤维素、玉米秸秆纤维素、水稻秸秆纤维素、活化剂等原料制成。本发明专利技术混合料路用性能优越，具有明显高于普通沥青混合料的高温、低温及水稳定性能。本发明专利技术还公开了复合改性沥青混合料的制备方法，该制备方法所用原料来源广泛、价格低廉，制备过程简单，具有经济和社会双重效益。

【技术实现步骤摘要】
掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料及其制备方法
本专利技术涉及道路工程材料
，具体涉及一种掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料及其制备方法。
技术介绍
在我国的道路建设工程中，沥青混凝土路面因其足够的力学强度、一定的弹性塑性变形能力、不扬尘、施工简单而且可再生等优点更是得到了广泛的应用。然而，此类路面在长期的服役使用过程中，由于复杂的环境变化与交通流量、荷载的逐步增大，使得沥青混凝土路面出现了裂缝、车辙、坑槽、松散、啃边等病害；这也直接反映出了沥青混凝土路面的一些不足之处，例如：高温稳定性不好，易在高温下丧失承载力；低温抗裂性不足，低温易发生裂缝；耐久性不好，易老化；强度和稳定性受基层土基影响较大等。
技术实现思路
本专利技术提供了一种掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料及其制备方法，旨在解决沥青混凝土高温稳定性不佳、低温抗裂性不足、水稳定性差等技术问题，以保证沥青混合料的路用性能的同时减少沥青路面的高低温病害及水损坏。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：设计一种掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料，由下列重量份的原料制成：矿料100份、沥青3～7份、复合秸秆纤维素0.1～0.5份、纳米改性剂0.04～0.13份；其中，纳米改性剂由以下重量份的原料制成：纳米碳酸钙0.03～0.07份、纳米二氧化硅0.02～0.06份、改性剂0.005～0.014份、分散剂0.002～0.008份；所述秸秆复合纤维素由以下重量份的原料制成：棉花秸秆纤维素0.05～0.15份、玉米秸秆纤维素0.04～0.2份、水稻秸秆纤维素0.06～0.16份、活化剂0.013～0.056份。优选的，所述掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料由下列重量份的原料制成：矿料100份、沥青4～6份、复合秸秆纤维素0.2～0.4份、纳米改性剂0.07～0.1份；其中，纳米改性剂由以下重量份的原料制成：纳米碳酸钙0.04～0.06份、纳米二氧化硅0.04～0.05份、改性剂0.008～0.011份、分散剂0.004～0.006份；所述秸秆复合纤维素由以下重量份的原料制成：棉花秸秆纤维素0.09～0.12份、玉米秸秆纤维素0.07～0.11份、水稻秸秆纤维素0.08～0.12份、活化剂0.026～0.042份。优选的，所述掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料由下列重量份的原料制成：矿料100份、沥青4.5份、复合秸秆纤维素0.3份、纳米改性剂0.09份；其中，纳米改性剂由以下重量份的原料制成：纳米碳酸钙0.05份、纳米二氧化硅0.04份、改性剂0.009份、分散剂0.005份；所述秸秆复合纤维素由以下重量份的原料制成：棉花秸秆纤维素0.12份、玉米秸秆纤维素0.09份、水稻秸秆纤维素0.11份、活化剂0.033份。优选的，所述改性剂为苯甲酸、或单体苯乙烯、或聚乙烯乙酸酯。优选的，所述分散剂为聚乙二醇、或聚乙烯、或聚丙烯。优选的，所述活化剂为丙烯酰胺、或乙二胺磷酸盐。优选的，所述沥青为道路石油沥青、煤沥青、SBS改性沥青、PE改性沥青、SBR改性沥青中的至少一种；所述矿料的级配类型为AC-13型、AC-16型、SMA-136型或OGFC-13型。上述掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：（1）制备纳米改性剂：按对应的原料配比配置各原料；将纳米碳酸钙、改性剂和分散剂以1：0.08～0.12：0.04～0.06的质量比混合均匀，得到纳米碳酸钙改性剂；将纳米二氧化硅、改性剂和分散剂以1：0.08～0.12：0.04～0.06的质量比混合均匀，得到纳米二氧化硅改性剂；（2）制备纳米复合改性沥青：将沥青加热熔融后加入到高速剪切混合乳化机中，在所述高速剪切混合乳化机的转速达到2600～3000r/min时，首先纳缓慢加入步骤（1）中的纳米碳酸钙改性剂，然后再缓慢加入步骤（1）中的纳米二氧化硅改性剂，之后将所述高速剪切混合乳化机的转速加大至5500～6000r/min并将温度升至160℃，进行剪切处理65～70分钟后即得到复合纳米改性沥青；（3）制备复合秸秆纤维素：为获得秸秆纤维素，首先，分别取棉秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆分别做切断处理，切成每段8～10cm，然后采用干法做过切断处理的秸秆小条，在高速多功能粉碎仪转速达到30000～32000r/min时，将秸秆分别放入其中做破碎处理，即可得棉秸秆粉末、玉米秸秆粉末和水稻秸秆粉末。然后，将分别将秸秆粉末以1：7～9的质量比加入到质量分数为4.5%的硝酸溶液中，然后95℃水浴加热110min后，冷却，进行抽滤至滤液呈中性，于烘箱中以60℃±5℃烘干；烘干后得到的粉末以1：8～10的质量比加入质量百分浓度为3.5%的氢氧化钠溶液中，90℃水浴加热90min后冷却，进行抽滤至滤液呈中性。最后，放入烘箱中，以60℃±5℃烘干，烘干后分别得到棉秸秆纤维素、玉米秸秆纤维素和水稻秸秆纤维素。按所述原料配比，将所得棉花秸秆纤维素、玉米秸秆纤维素、水稻秸秆纤维素、活化剂均匀混合后在65℃下反应5h，即得到复合秸秆纤维素；（4）制备掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料：将矿料加热至175～180℃后和步骤（3）中所得复合秸秆纤维素混合搅拌3～5分钟，然后加入所述纳米复合改性沥青，搅拌均匀即可。与现有技术相比，本专利技术的主要有益技术效果在于：1.本专利技术采用纳米碳酸钙和纳米二氧化硅对沥青进行改性处理，其中，无机纳米粒子纳米碳酸钙和纳米二氧化硅具有表面能缺陷少、非配对原子多、表面吸附力强等特点，能够很好的与基础沥青发生结合，从而使得改性后的沥青具有较大的破坏荷载。2.本专利技术中所制备的秸秆纤维素表面被大量的沥青包裹，纤维素可以和沥青之间很好的吸附并结合，从而可降低纤维素沥青混合料的温湿敏感性，进而提高沥青混合料的高温稳定性、水稳定性。3.本专利技术采用具有优良性能和良好组合效果的纳米碳酸钙和纳米二氧化硅复合改性剂以及棉秸秆纤维素，使得在高温的条件下，复合秸秆纤维素沥青混合料具有高的粘结力、粘度和优良的高温抗剪切性能。4.本专利技术混合料所用的农作物秸秆纤维具有原料来源广泛、价格低廉且容易制备的优点。5.本专利技术混合料路用性能优越，具有明显高于普通沥青混合料的高温、低温及水稳定性能。具体实施方式下面结合实施例来说明本专利技术的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本专利技术，并不以任何方式限制本专利技术的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的材料及试剂，如无特别说明，均为市售常规产品；所涉及的测试、制备方法，如无特别说明，均为常规方法。实施例1：一种掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料，以重量份数计，由以下原料制成：矿料100份，沥青3份，复合秸秆纤维素0.1份，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：/n矿料100份、沥青3～7份、复合秸秆纤维素0.1～0.5份、纳米改性剂0.04～0.13份；其中，纳米改性剂由以下重量份的原料制成：/n纳米碳酸钙0.03～0.07份、纳米二氧化硅0.02～0.06份、改性剂0.005～0.014份、分散剂0.002～0.008份；/n所述秸秆复合纤维素由以下重量份的原料制成：/n棉花秸秆纤维素0.05～0.15份、玉米秸秆纤维素0.04～0.2份、水稻秸秆纤维素0.06～0.16份、活化剂0.013～0.056份。/n

【技术特征摘要】
1.一种掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：
矿料100份、沥青3～7份、复合秸秆纤维素0.1～0.5份、纳米改性剂0.04～0.13份；其中，纳米改性剂由以下重量份的原料制成：
纳米碳酸钙0.03～0.07份、纳米二氧化硅0.02～0.06份、改性剂0.005～0.014份、分散剂0.002～0.008份；
所述秸秆复合纤维素由以下重量份的原料制成：
棉花秸秆纤维素0.05～0.15份、玉米秸秆纤维素0.04～0.2份、水稻秸秆纤维素0.06～0.16份、活化剂0.013～0.056份。


2.根据权利要求1所述掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：
矿料100份、沥青4～6份、复合秸秆纤维素0.2～0.4份、纳米改性剂0.07～0.1份；其中，纳米改性剂由以下重量份的原料制成：纳米碳酸钙0.04～0.06份、纳米二氧化硅0.04～0.05份、改性剂0.008～0.011份、分散剂0.004～0.006份；
所述秸秆复合纤维素由以下重量份的原料制成：
棉花秸秆纤维素0.09～0.12份、玉米秸秆纤维素0.07～0.11份、水稻秸秆纤维素0.08～0.12份、活化剂0.026～0.042份。


3.根据权利要求1所述掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料，其特征在于，由下列重量份的原料组成：
矿料100份、沥青4.5份、复合秸秆纤维素0.3份、纳米改性剂0.09份；其中，纳米改性剂由以下重量份的原料制成：
纳米碳酸钙0.05份、纳米二氧化硅0.04份、改性剂0.009份、分散剂0.005份；
所述秸秆复合纤维素由以下重量份的原料制成：
棉花秸秆纤维素0.12份、玉米秸秆纤维素0.09份、水稻秸秆纤维素0.11份、活化剂0.033份。


4.根据权利要求1、2或3所述掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料，其特征在于，所述棉秸秆纤维素、玉米秸秆纤维素或水稻秸秆纤维素的细度≤10mm。


5.根据权利要求1、2或3所述掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料，其特征在于，所述纳米碳酸钙的细度≤20nm，纳米二氧化硅的细度≤15nm。


6.据权利要求1、2或3所述掺加秸秆纤维素的纳米复合改性沥青混合料，其特征在于，所述改性剂为苯甲酸、单体苯乙烯、聚乙烯乙酸酯中的至少一种。

【专利技术属性】
技术研发人员：李金星，高登峰，陈渊召，李振霞，刘津源，魏华，戚佳飞，王朝辉，陈海军，陈谦，任清，冯秋红，周建彬，李超杰，张明堂，丁思卿，
申请(专利权)人：中国建筑土木建设有限公司，华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11