[发明专利]含有改性纳米氧化石墨烯的沥青及沥青混合料

说明书

本发明涉及一种含有改性纳米氧化石墨烯的沥青，包含基质沥青以及占所述基质沥青质量0.03～0.06％的改性纳米氧化石墨烯，所述改性纳米氧化石墨烯是聚乙烯吡咯烷酮与纳米氧化石墨烯粉末以质量比1：(5～6)混合后制备所得。本发明提供的产品在常规的基质沥青中加入一定量由特定方法制备而成的纳米氧化石墨烯，可以全面提升沥青的综合性能，从而更适应于极端环境下的使用。

技术领域

本发明涉及道路工程材料技术领域，具体涉及一种含有改性纳米氧化石墨烯的沥青及沥青混合料。

背景技术

随着经济的发展和交通需求的增加，我国交通量和车轴负荷逐年增加。与此同时，随着全球气候的变化，近年来频繁出现极端气象事件，如超高温天气和雨雪霜冻天气。我国的道路绝大部分采用沥青路面，但是面对复杂的道路条件和自然环境，未经改性的沥青已经不能承受日益增长的车轴负荷以及恶劣的天气环境，严重影响了沥青路面的使用寿命。因此，迫切需要开发新的沥青材料，以增强道路沥青路面的性能，以确保其在复杂和恶劣的使用条件下拥有更长的使用寿命。

现有技术中采用纳米氧化石墨烯来改善沥青的性能。但是，由于纳米氧化石墨烯具有极大的比表面积和较高的表面能，因而常常会发生自发团聚，不能很好地分散在沥青中，大大降低了纳米氧化石墨烯对沥青的改性效果。虽然可以采用加热沥青降低粘度、强力剪切搅拌或者加入分散剂的方法来提高纳米材料在沥青中的分散性，但效果并不显著。

目前，亟待开发一种综合性能优异、使用效果好的沥青以及沥青混合料。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种含有改性纳米氧化石墨烯的沥青。本发明提供的沥青具有优异的综合性能，在温度敏感性、粘性、塑性以及抗老化性等方面都有较好的效果。

具体而言，本发明提供的含有改性纳米氧化石墨烯的沥青，其中包含基质沥青以及占所述基质沥青质量0.03～0.06％的改性纳米氧化石墨烯。

在本发明的一些实施方式中，所述改性纳米氧化石墨烯的质量占所述基质沥青质量的0.04～0.05％。

在本发明的一些实施方式中，所述基质沥青为70号基质沥青。本发明提供的改性纳米氧化石墨烯能够很好地分散在基质沥青中，尤其是能够与70号基质沥青发挥最佳的协同作用，从而获得综合性能优异的沥青。

本发明所述改性纳米氧化石墨烯由包括如下步骤的方法制备而成：

(1)将石墨与浓硫酸和磷酸混合搅拌，缓慢加入高锰酸钾，搅拌反应；

(2)在步骤(1)所得反应液中加入去离子水，再加入过氧化氢溶液进行反应，对所得反应产物反复洗涤离心，使氧化石墨发生剥离并形成纳米氧化石墨烯凝胶，干燥得到纳米氧化石墨烯粉末；

(3)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液与所述纳米氧化石墨烯粉末混合，其中聚乙烯吡咯烷酮与纳米氧化石墨烯粉末的质量比为1：(5～6)，超声分散均匀，搅拌反应，洗涤，干燥。

在本发明的一些实施方式中，步骤(1)所述搅拌反应依次在冰浴、30～50℃水浴以及80～95℃水浴中进行。在上述条件下，可以确保形成粒径合适且均匀的纳米氧化石墨烯。

在本发明的一些实施方式中，步骤(2)所述反复洗涤采用酸性水溶液，优选为pH值为5.3～5.7的水溶液。在上述条件下，可以确保形成粒径合适且均匀的纳米氧化石墨烯。

本发明限定步骤(3)所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液中的聚乙烯吡咯烷酮与所述纳米氧化石墨烯粉末的质量比为1：(5～6)，进一步优选为1：5.5。本发明通过对聚乙烯吡咯烷酮与所述纳米氧化石墨烯粉末的质量比进行优化，可以确保经聚乙烯吡咯烷酮改性的纳米氧化石墨烯粉末以最佳的状态和分散度分散在基质沥青中，与其协同发挥作用，从而对基质沥青、尤其是70号基质沥青产生最佳的改性效果。