[发明专利]纳米复合材料改性沥青、其制备方法和沥青混凝土

说明书

本发明提供了一种纳米复合材料改性沥青，包括如下质量份数的原料：100份基质沥青和2～6份改性剂；所述改性剂为氧化石墨烯/丁苯橡胶复合材料，包括100份氧化石墨烯/丁苯橡胶复合物、15～30份炭黑、2～6份氧化镁、3～6份硬脂酸、2～3份碳酸镁、3～5份防老剂、3～7份促进剂和1～3份硫磺；所述氧化石墨烯/丁苯橡胶复合物包括0.1～1份氧化石墨烯和15～20份丁苯胶乳。本发明提供的纳米复合材料改性沥青高温下热稳定性好、低温下抗冻融能力强、抗车辙能力及抗老化性能强，具有良好的耐用性。

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种纳米复合材料改性沥青、其制备方法和沥青混凝土。

背景技术

传统的沥青面层混合料多为基质沥青混合料，在道路施工过程及使用过程中外界条件对路面结构的耐久性造成巨大影响。例如，施工中沥青混合料在高温的影响下，在拌和、运输、摊铺过程中极易短期老化；在紫外线、交通荷载及昼夜温差的作用下，沥青面层出现长期老化、车辙、裂缝水损害等病害，极大地降低了沥青路面的耐久性。由于上述原因，导致很多地区的道路在通车后的几年内，出现病害层出不穷而不得不进行修补的现象，目前的聚合物沥青往往一项或几项性能比较突出，但无法全面满足路面拌和、摊铺以及使用各个过程中的需求。

石墨烯是一种二维片层结构的碳材料，是目前所知纳米填料中最薄的一种，具有十分优异的性能，如：具有更高的比表面积、强度、弹性、热导率、电导率、透光性和气体阻隔性。氧化石墨烯(GO)因含氧官能团增多而使其性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。然而，一方面氧化石墨烯由于工业化石墨烯的制备相对繁琐，并需由石墨烯经强酸氧化而得，造成相对于其他材料价格更高，目前已有对碳焦油直接合成石墨烯替代物的初步探索，但是其产物较低，产物仅占原料的12-18％；另一方面同时受表面强大的范德华力的影响，如石墨烯直接加入到沥青中极易产生团聚。中国发明专利CN20180502137.5中公开了将石墨烯加入到无水乙醇与聚乙烯吡咯烷酮的混合溶液中，超声震荡上述溶液后加入到沥青中进行剪切，属于溶液共混法，但是该种方法中溶剂脱除过程仅靠烘烤蒸发，无法保证溶剂去除，且一次剪切也无法保证石墨烯分散均匀。因此，亟需提供一种新型复合改性沥青，以全面满足路面拌合、摊铺及使用各个过程中的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的之一是提供一种纳米复合材料改性沥青及其制备方法，该纳米复合材料改性沥青高温下热稳定性好、低温下抗冻融能力强、抗车辙能力及抗老化性能强，具有良好的耐用性；本发明目的之二是提供一种沥青混凝土。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米复合材料改性沥青，包括如下质量份数的原料：100份基质沥青和2～6份改性剂；所述改性剂为还原态氧化石墨烯/丁苯橡胶复合材料，包括100份氧化石墨烯/丁苯橡胶复合物、15～30份炭黑、2～6份氧化镁、3～6份硬脂酸、2～3份碳酸镁、3～5份防老剂、3～7份促进剂和1～3份硫磺；所述氧化石墨烯/丁苯橡胶复合物包括0.1～1份氧化石墨烯和15～20份丁苯胶乳。

本发明以氧化石墨烯/丁苯橡胶复合材料作为改性剂，而氧化石墨烯/丁苯橡胶复合材料中的氧化石墨烯能够增加基质沥青的内摩擦力，粘度及弹性成分，进而能够有效的提高混凝土的高温性能，极大增强路面抵抗高温短期老化的能力；而丁苯橡胶可以改善基质沥青的粘结料能力、低温性能，从而提高混凝土的路面低温抗冻融能力；炭黑的加入可吸收紫外线，对提高混凝土的抗老化能力有着积极的作用。

进一步，所述改性剂采用如下的方法制备：

(1)将上述促进剂分为a、b两份，a：b的质量比为1:2；

(2)按照上述配比将氧化石墨烯/丁苯橡胶复合物、炭黑、氧化镁、硬脂酸、碳酸镁、防老剂和促进剂b份混合得到中间产物A；