一种微波场下强化利用双功能基改性剂改性石灰石的方法

摘要

本发明公开了一种微波场下强化利用双功能基改性剂改性石灰石的方法，在微波场作用下，将双功能基改性剂应用于石灰石改性，能够增多石灰石表面亲沥青官能团含量，有利于增强石灰石与沥青的吸附粘合力。包括如下步骤：将石灰石用水清洗干净后烘干备用，双功能基改性剂用水稀释后喷洒在石灰石表面，双功能基改性剂稀释后的浓度为1～100mg/L；将改性后的石灰石放入沥青中，二者一起放入微波中，辐射时间为1～30min，功率为40～800w。这种改性方法制备的沥青混合料比普通石灰石与沥青之间吸附粘合力大大增强，相比未改性的石灰石，本发明的改性方的石灰石表面的亲沥青基团提高了30％～200％，粘附功提高10％以上。本发明基于微波场下强化利用双功能基改性剂改性石灰石的方法可以在交通工程和道路工程上使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波场下强化利用双功能基改性剂改性石灰石的方法。

背景技术

广西壮族自治区地处我国西南部，目前广西公路总里程达到90318公里，公路基础建设的快速发展，极大地促进了自治区的经济和社会发展，提高了人民的生活水平。然而，广西公路建设、维护和使用面临的一个急需解决的问题是：其中的大部分高速公路沥青路面出现早期沥青膜脱落，路面泛白、泛黄，会引起严重的水损害问题。沥青路面的水损害，是指在水分存在的条件下，沥青路面经受交通荷载和温度涨缩的反复作用，如果沥青与集料界面的吸附粘合度不够牢固，水分逐步浸入到沥青与集料(如石灰石、花岗岩等)的界面上，并通过氢键与石灰石界面上电负性较强的原子结合，破坏沥青与集料界面的吸附粘附作用，导致沥青就从集料表面剥落，路面结构破坏，路面呈现坑坑洼洼大小不一的坑洞，严重威胁交通安全。水损害现象的发生大大缩短沥青公路的寿命或养护和维修周期，增加养护和维修的费用，因此研究沥青路面早期水损害的机理和提出有效防治工艺技术，对于我国西部地区的经济和社会发展以及国防建设都具有重大意义。

广西公路沥青路面表面泛白、沥青膜脱落现象比较严重，除了地区雨水季节长降水量较大的外因外，最主要的原因与广西的石灰石(集料)的表面性质有关。众所周知，从建设成本等方面考虑，公路建设所选用的集料(石灰石或花岗岩) 通常是就近取材。广西的石灰石无论是矿床规模、质量、面积，均系全国之冠，然而，广西具有特殊的喀斯特地，喀斯特化地层不仅分布广泛，而且地质资料数据分析显示这些地层的岩性是相当复杂的。由于亿万年来地层形成条件的不同，使得不同产地(区域)出产的石灰石其表面物理化学性质有很大的差别，如表面元素组成、表面粗糙度都有很大差别。而在目前的工程施工中，无论集料来自何处，都采用同一种标准的施工工艺(方法)，这将不可避免地导致部分沥青路面水损害现象发生。这是因为，石灰石的表面物理化学性质将决定其与沥青发生化学吸附作用的强弱，石灰石表面的空隙和粗糙度将影响热沥青通过毛细作用渗入矿料空隙与微裂缝中，当其硬化后，能形成锲入与锚固作用的机械粘合力的强弱。如果人们不掌握这些规律，而是简单采用单一的施工方法处理千差万别的集料，就难以建设出高质量的沥青公路。因此，深入研究广西出产的石灰与石沥青之间吸附粘合的机理，对于评价和选择石灰石以及对石灰石表面进行改性，以提高沥青路面的工程建设质量都具有重要的科学研究和指导实际应用的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的一种微波场下强化利用双功能基改性剂改性石灰石的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种微波场下强化利用双功能基改性剂改性石灰石的方法，包括以下步骤：

1.将石灰石用水清洗干净后烘干；

2.双功能基改性剂用水稀释，稀释后的浓度为5～50mg/L，将步骤1得到石灰石浸入双功能基改性剂中进行改性，将改性后的石灰石自然晾干；所述双功能基改性剂为羟基硅油、氨基硅油、羧基硅油或二甲基氯硅烷。

3.将步骤2中得到的改性石灰石放入沥青中，然后二者一起放入微波反应器中进行微波反应，控制辐射时间为1～30min、功率为40～200w，得到改性石灰石。

上述微波反应器为任何能在微波中加热的容器。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)这种改性方法不会产生环境污染且能耗低；

(2)与未改性的石灰石或者不在微波场下强化强化改性石灰石相比，本发明的改性方的石灰石表面的亲沥青基团提高了30％～200％，粘附功提高10％以上；

(3)用本发明的方法改性的石灰石与沥青具有良好的吸附粘合力，比未改性或者常规改性方法的石灰石相比，其余沥青的吸附粘合力提高近三到五成。

具体实施方式

本发明改性的石灰石表面含氧官能团相比于普通改性和未改性的石灰石的表面含有更多的亲水官能团和亲沥青官能团。本发明制备的改性石灰石表面含羟基为19.5％，较普通改性和未改性的石灰石的表面含羟基分别增大了1.5％和93.1％，亲沥青官能团氨基和硅氧基含量分别提高了189％和4.4％，这说明：本发明方法能有效地促进亲水和亲沥青官能团含量增大，从而使石灰石预沥青具有最好的吸附粘合性能。

不同石灰石亲水官能团含量和亲沥青官能团含量如表1所示。

表1不同石灰石亲水官能团含量和亲沥青官能团含量

为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1

利用新型的一种微波场下强化利用双功能基改性剂改性石灰石方法，包括如下步骤：

(1)将石灰石用水清洗干净后烘干；

(2)羟基硅油(HO[(CH3)2SiO]nH)用水稀释，稀释后的浓度为5mg/L，将步骤(1)得到石灰石浸入双功能基改性剂中进行改性，将改性后的石灰石自然晾干；

(3)将步骤(2)中得到的改性石灰石放入沥青中，然后二者一起放入微波反应器中，辐射时间为1min，功率为40w，得到改性石灰石。石灰石与沥青粘附力如表2所示。

表2石灰石与沥青粘附力

表2为未改性石灰石、羟基硅油改性石灰石、微波场下作用羟基硅油改性石灰石分别与沥青的粘附功，表中数据显示微波场下作用羟基硅油改性石灰石与沥青的粘附功最大，其次是羟基硅油改性石灰石，未改性石灰石与沥青之间的粘附功最小，这说明微波场下作用羟基硅油改性石灰石分别与沥青的粘附功是最大的，通过这种改性方法可以提高石灰石与沥青的吸附粘合，提高沥青混合料的抗水损害性能。

实施例2

一种微波场下强化利用双功能基改性剂改性石灰石方法，包括如下步骤：

(1)将石灰石用水清洗干净后烘干；

(2)氨基硅油用水稀释，稀释后的浓度为50mg/L，将步骤(1)得到石灰石浸入双功能基改性剂中进行改性，将改性后的石灰石自然晾干；

(3)将步骤(2)中得到的改性石灰石放入沥青中，然后二者一起放入微波反应器中，辐射时间为30min，功率为200w，得到改性石灰石。石灰石与沥青粘附力如表3所示。

表3石灰石与沥青粘附力

表3为未改性石灰石、氨基硅油改性石灰石、微波场下作用氨基硅油改性石灰石分别与沥青的粘附功，表中数据显示微波场下作用氨基硅油改性石灰石与沥青的粘附功最大，其次是氨基硅油改性石灰石，未改性石灰石与沥青之间的粘附功最小，这说明微波场下作用氨基硅油改性石灰石分别与沥青的粘附功是最大的，通过这种改性方法可以提高石灰石与沥青的吸附粘合，提高沥青混合料的抗水损害性能。

实施例3：

一种微波场下强化利用双功能基改性剂改性石灰石方法，包括如下步骤：

(1)将石灰石用水清洗干净后烘干；

(2)羧基硅油用水稀释，稀释后的浓度为5mg/L，将步骤(1)得到石灰石浸入双功能基改性剂中进行改性，将改性后的石灰石自然晾干；(3)将(2)中得到的改性石灰石放入沥青中，然后二者一起放入微波反应器中，辐射时间为1min，功率为40w，得到改性石灰石。石灰石与沥青粘附力如表4所示。

表4石灰石与沥青粘附力

表4为未改性石灰石、羟基硅油改性石灰石、微波场下作用羟基硅油改性石灰石分别与沥青的粘附功，表中数据显示微波场下作用羟基硅油改性石灰石与沥青的粘附功最大，其次是羧基硅油改性石灰石，未改性石灰石与沥青之间的粘附功最小，这说明微波场下作用羧基硅油改性石灰石分别与沥青的粘附功是最大的，通过这种改性方法可以提高石灰石与沥青的吸附粘合，提高沥青混合料的抗水损害性能。

实施例4

一种微波场下强化利用双功能基改性剂改性石灰石方法，包括如下步骤：

(1)将石灰石用水清洗干净后烘干；

(2)二甲基氯硅烷用水稀释，稀释后的浓度为5mg/L，将步骤(1)得到石灰石浸入双功能基改性剂中进行改性，将改性后的石灰石自然晾干；

(3)将步骤(2)中得到的改性石灰石放入沥青中，然后二者一起放入微波反应器中，辐射时间为1min，功率为40w，得到改性石灰石。石灰石与沥青粘附力如表5所示。

表5石灰石与沥青粘附力

表5为未改性石灰石、二甲基氯硅烷改性石灰石、微波场下作用二甲基氯硅烷改性石灰石分别与沥青的粘附功，表中数据显示微波场下作用二甲基氯硅烷改性石灰石与沥青的粘附功最大，其次是二甲基氯硅烷改性石灰石，未改性石灰石与沥青之间的粘附功最小，这说明微波场下作用二甲基氯硅烷改性石灰石分别与沥青的粘附功是最大的，通过这种改性方法可以提高石灰石与沥青的吸附粘合，提高沥青混合料的抗水损害性能。

本发明改性的石灰石表面含氧官能团相比于普通改性和未改性的石灰石的表面含有更多的亲水官能团和亲沥青官能团如表6所示。

表6不同石灰石亲水官能团含量和亲沥青官能团含量

表6表明，本发明改性的石灰石表面含氧官能团相比于普通改性和未改性的石灰石的表面含有更多的亲水官能团和亲沥青官能团。本发明制备的改性石灰石表面含羟基为19.8％，较普通改性和未改性的石灰石的表面含羟基分别提高了3.1％和96％；本发明制备的改性石灰石表面含亲沥青官能团氨基和硅氧基含量为16.5％，较普通改性和未改性的石灰石的表面含亲沥青官能团氨基和硅氧基含量分别提高了4.43％和189.4％，这说明：本发明方法能有效地促进亲水和亲沥青官能团含量增大，从而使石灰石与沥青具有最好的吸附粘合性能。