冷冻干燥法制备有机化蒙脱土及其在改性沥青中的应用研究

• 作 者: 张帅
• 出 处: 长沙理工大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 蒙脱土 表面改性 沥青 高温性能 老化 沥青混合料 路用性能

蒙脱土(MMT)是目前研究较为广泛的一种片层状矿物粘土型沥青改性剂,因其具有较高的表面自由能而呈现亲水特性,因此它与沥青混合时易发生团聚,从而不利于其在沥青中的均匀分散。为提高MMT与沥青的相容性,可通过制备有机化蒙脱土(OMMT)将其表面变为亲油特性,从而使OMMT均匀分散于沥青中。当前常用真空热干燥法制备OMMT,但在干燥过程中OMMT会发生表面硬化现象,需通过球磨才能得到所需粒度的OMMT;再者,球磨会抑制OMMT片层间距的扩大,同时所制备OMMT的产率不高。因此,本文针对真空热干燥法制备OMMT所存在的不足,采用冷冻干燥法对OMMT进行制备,并对其组织性能及其在改性沥青中的应用进行研究。主要内容如下:首先,对冷冻干燥工艺进行优化,发现当去离子水与MMT体积质量比为15:1时,OMMT具有最短的干燥时间;对OMMT进行X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征,发现冷冻干燥能够扩大OMMT片层间距,并能细化OMMT颗粒。其次,将使用冷冻干燥法制备的OMMT掺入沥青制备OMMT改性沥青,对不同掺量OMMT改性沥青进行三大指标(软化点、延度和针入度)、布氏粘度和动态剪切流变(DSR)测试,研究改性沥青的物理性能和高温流变性能;利用薄膜烘箱(TFOT)和压力老化容器(PAV)处理改性沥青,分别模拟沥青的短期和长期老化,并对老化后的改性沥青进行三大指标、DSR和低温弯曲梁流变(BBR)测试,研究OMMT对改性沥青抗热氧老化性能的影响,并对最佳OMMT掺量进行探索。结果表明,OMMT改性沥青的软化点和失效温度显著提高,延度、针入度和布氏粘度有所下降,OMMT使改性沥青获得较好的抗高温车辙性能;此外,OMMT的引入能够有效延缓改性沥青老化后性能的下降,并确定最佳OMMT掺量为3wt%。最后,在确定混合料级配和最佳油石比的基础上,使用最佳掺量的OMMT改性沥青制备沥青混合料,并对混合料的水稳定性、高温抗车辙性能和低温抗裂性能进行测试,研究OMMT对改性沥青混合料路用性能的影响。结果表明,OMMT改性沥青混合料具有较好的抗水损害能力和高温抗车辙性能,其低温抗裂性能略有下降,但仍符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中对改性沥青使用性能的要求。