大洋多金属结核氨浸渣与富钴结壳酸浸渣改性沥青实验研究

【摘要】：本研究是中国大洋矿产资源研究开发协会管理的国际海底区域研究开发“十五”项目“大洋多金属结核及富钴结壳浸出渣功能性填料应用技术研究”(DY105-2-04-14)的重要组成部分,研究对象是采自太平洋国际海域的多金属结核粉末经氨浸工艺提取Ni、Co、Cu后的氨浸渣以及富钴结壳粉末经酸浸工艺提取Ni、Co、Cu、Mn、Zn后的酸浸渣。本研究在前期对浸出渣化学成分、物相组成、物化性能分析测试以及吸附特性的系统研究基础上,重点开展以浸出渣为改性剂的改性沥青实验研究,研究了两种浸出渣与基质沥青的混合工艺,以及不同的添加量对改性沥青的性能影响,探讨了浸出渣对沥青的改性机理。 沥青改性可以显著地改善沥青的强度、热稳定性、耐老化性和粘附性。目前采用的沥青改性剂有橡胶类(SBR)、热塑性橡胶类(SBS)、热塑性树脂类(EVA)等有机物,以及炭黑、纳米碳酸钙、硅藻土等无机矿物。本文首次以浸出渣为改性剂,开展了路用沥青的改性实验研究。将预处理的酸浸渣、氨浸渣粉末分别按4%、6%、8%、10%、12%(质量%)添加到沥青中,通过加热(160℃左右)和机械搅拌(转速约600～800转/分)制得实验样品。观察发现,混合后的沥青无结块、分层现象。本文按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)规定的方法,对针入度、软化点、延度、弹性恢复、运动粘度进行了测试,还按规范要求计算了针入度指数PI、当量软化点T800、当量脆点T1.2。结果显示:改性后沥青的针入度较未改性者有明显降低,从72降至55(0.1mm,25℃);针入度指数由-1.14提高到-0.54;软化点和当量软化点分别由88.1℃、47.4℃提高到101.3℃、49.3℃;运动粘度由20.56(135℃,Pa·s)提高到30.88(135℃,Pa·s);弹性恢复由53.3%提高到61.9%;薄膜烘箱加热老化后的针入度比由77.7%提高到87.5%;常温延度与原沥青相当;当量脆点有所降低。结果表明:以浸出渣为改性剂,沥青的高温稳定性、感温性和耐老化性能得到了改善。采用氢-核磁共振(1H-NMR)、红外光谱(IR)及显微镜等手段研究了改性沥青的组成与结构变化,认为浸出渣改性剂与沥青在强制搅拌中没有发生明显的化学反应,主要是物相之间的分散、均混、吸附和交联,是物理意义上的共容,且形成了稳定、均匀的共混体系。浸出渣颗粒细小,分散性好,比表面积大,可以与沥青发生强烈的吸附作用,也可吸附沥青中的某种组分,从而改变了沥青中组分的平衡关系,进而增加了沥青的粘度,降低了流动性,提高了沥青的强度。