[发明专利]一种沥青用生物质添加剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种提高沥青混合料水稳定性的沥青用生物质添加剂及其制备方法和应用。本发明添加剂为化学改性剂改性的生物质炭，所述化学改性剂用量，以质量百分比计，占生物质炭的1%~20%。本发明还提供了该沥青用生物质添加剂在制备沥青混合料中的应用。其中沥青用生物质添加剂的加入量，以混合料质量计，为0.5%~8.0%。本发明的化学改性生物质炭添加剂可显著提高沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂试验强度比，明显提高沥青混合料的水稳定性，将有助于解决路面早期破坏问题。

技术领域

本发明涉及一种提高沥青混合料性能的添加剂及其制备和应用。特别是涉及一种提高沥青混合料水稳定性的生物质添加剂及其制备和应用。

背景技术

中国生物质资源量巨大，每年产量达数亿吨，主要包括农作物秸秆，如玉米、高粱、小麦、水稻、棉花等及农林产品加工残余物，如稻壳、锯末、木屑等，这些可再生生物质资源可在无氧或缺氧的条件下，通过热解法将其中的木素、纤维素和半纤维素等分解成气体（燃料气）、液体（生物质油）和焦炭（生物质炭，Biomass carbon），其中生物质炭是热解副产物，其产率一般在30%~35%。

生物质炭是一类高度芳香化固态物质，含量较高的元素是碳、氧和氢，此外还含有一些钾、钙、钠、镁、硅等。生物质炭有丰富发达孔隙结构、较大的比表面、较多的含氧活性基团。据文献报道，生物质炭的氧含量仅次于炭含量，高达20%-45%，其中主要包括羟基（-OH）和羧基(-COOH)基团形式存在。

生物质炭目前多用作燃料，也有于用于改良土壤、增强土壤肥力或者与有机或无机肥料复合，制备炭基肥料。例如，名称为一种生物质炭基土壤修复肥的制备方法的专利申请CN 109384590A以及名称为一种生物质炭基肥料及其制备方法的专利申请CN109836280A, 其中将生物质炭、聚磷酸铵、铵态氮肥以及硝化抑制剂进行组合，制备生物质炭基肥料。

生物质炭在沥青及其混合料中的应用很少。在名称为一种就地冷再生专用乳化沥青混合料的专利申请CN 104761918A中，生物质炭粉用于调节乳化沥青的破乳速率，当用量＜6%（占乳化沥青总组合物重量）时，起不到调节乳化沥青组合物的破乳速率目的，＞8%因乳化沥青破乳速率太快而无法使用。

在名称为一种利用生物炭改性沥青及其混合料的方法的专利申请CN105017788A中，生物质炭与沥青在170℃高速剪切混合，冷却到-8~-12℃，形成固体生物炭改性沥青，用于制备热拌沥青混合料，提高了混合料高温抗车辙性能。由于生物质炭与沥青是不相容体系，在高温液态不能形成稳定的生物质改性沥青，而且需要冷却到很低的温度，因此给实际应用带来很大困扰。沥青混合料的水稳定性差，导致路面早期破坏的问题。

发明内容

为克服现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种沥青用生物质添加剂，以提高沥青混合料水稳定性。本发明另一目的在于提供一种常温下为固体颗粒或粉末的沥青添加剂，以易于使用，尤其适用于在沥青混合料拌和厂与沥青和集料一起直接加入拌和设备中，在此完成与集料和沥青胶结料拌和。

为了提高沥青混合料水稳定性，本发明提供一种沥青用生物质添加剂，所述沥青用生物质添加剂为经化学改性剂改性的生物质炭。所述化学改性剂用量，以质量百分比计，占生物质炭的1%~20%，优选5%~15%。该生物质添加剂可以提高沥青混合料水稳定性。

所述的化学改性剂为胺类化合物，包括脂肪胺、芳香胺、多乙撑多胺和季铵盐中的至少一种。其中脂肪胺包括伯胺、仲胺、叔胺中的至少一种，优选为十二烷基二甲基叔胺。其中优选多乙撑多胺。在多乙撑多胺中优选乙二胺和二乙撑三胺中的至少一种。

所述生物质炭为生物质热解和/或干馏的副产物焦炭。所述的生物质为农作物秸秆，包括玉米、高粱、小麦、水稻、棉花等；农林产品加工残余物包括稻壳、甘蔗渣、锯末、木屑、树枝等，及其他来源的以木质素、纤维和半纤维为主的生物质。