本發(fā)明屬于道路工程瀝青材料技術(shù)領(lǐng)域,具體來說,涉及到一種具有自修復(fù)功能的瀝青材料及其制備方法。
背景技術(shù):
瀝青路面作為道路直接與行車發(fā)生關(guān)系的“界面”,在整個路面結(jié)構(gòu)中具有特殊重要的意義。在瀝青路面的長期使用過程中,其結(jié)構(gòu)處要經(jīng)歷各種復(fù)雜環(huán)境的考驗,一些微小開裂和局部損傷會不可避免的產(chǎn)生,如不能及時控制這些微損傷,這些微裂紋便會在外邊荷載的作用下擴展開裂,進而會影響路面結(jié)構(gòu)的使用壽命,重則會破壞整個道路的結(jié)構(gòu)。所以,如何能夠及時有效的修復(fù)路面中出現(xiàn)的裂紋和損傷成為了道路工作者關(guān)心的主要問題。瀝青本身具備一定的自愈合能力,但與所處的溫度、修復(fù)的時間密切相關(guān),實際應(yīng)用中很少出現(xiàn)長時間高溫階段供其發(fā)生自愈合。因此,有必要尋求一種新技術(shù),對瀝青路面內(nèi)部出現(xiàn)的裂紋和損傷能夠及時感知并主動修復(fù),提升其自愈合能力,以延長路面服務(wù)壽命。
自修復(fù)微膠囊是一類以物質(zhì)補給方式進行的自修復(fù)手段。采取囊壁包覆囊芯的手段,在材料產(chǎn)生微裂紋時,對微膠囊產(chǎn)生刺激,囊壁破裂,釋放出囊芯材料,囊芯材料遇到分散在體系內(nèi)的催化劑,在微裂紋出發(fā)生反應(yīng),改善基體性能、延緩材料損傷、延長材料壽命。由于微膠囊自修復(fù)具有適用性廣、制備工藝成熟、對基體性能影響小等優(yōu)點,受到的關(guān)注與研究最為廣泛。目前,將自修復(fù)微膠囊技術(shù)應(yīng)用到瀝青的研究還相對較少。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供了一種改善瀝青性能,延長使用壽命的具有自修復(fù)功能的瀝青材料及其制備方法。
本發(fā)明所述的一種具有自修復(fù)功能的瀝青材料,所述瀝青材料包括石油瀝青、微膠囊以及固化劑,三者質(zhì)量比例為100:(0.1~10):(0.05~5);所述石油瀝青為《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004中規(guī)定的基質(zhì)70#石油瀝青、90#石油瀝青或改性石油瀝青;所述微膠囊由囊壁和囊芯組成,囊壁材料為改性脲醛樹脂,囊芯材料為環(huán)氧樹脂,二者質(zhì)量比為(1:3)~(3:1)。
本發(fā)明所述的具有自修復(fù)功能的瀝青材料,所述改性脲醛樹脂的改性劑為硅烷偶聯(lián)劑KH-550、KH-560或KH-570。
本發(fā)明所述的具有自修復(fù)功能的瀝青材料,所述環(huán)氧樹脂為E51或/和E44。
本發(fā)明所述的具有自修復(fù)功能的瀝青材料,所述固化劑為脂肪胺固化劑或6-羥甲基-4-異丙基-7-甲氧基-1-萘甲酸甲酯。
本發(fā)明所述的一種具有自修復(fù)功能的瀝青材料,所述脂肪胺為二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一種或幾種。
本發(fā)明所述瀝青材料的制備方法,所述制備方法的具體步驟為:制備時,控制溫度為160℃~180℃,加入石油瀝青、微膠囊以及固化劑高速剪切攪拌,攪拌速率為500~2000r/min,攪拌時間為5~10min,冷卻至室溫,即得具有自修復(fù)功能的瀝青。
原理:瀝青中產(chǎn)生微裂紋時,刺激微膠囊囊壁破裂,釋放出其中的環(huán)氧樹脂,環(huán)氧樹脂與分散在瀝青中的固化劑相遇,發(fā)生固化交聯(lián)反應(yīng),使其微裂紋得到修復(fù),改善瀝青性能,延長其使用壽命。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明所述的具有自修復(fù)功能的瀝青材料具有配方簡單,效率高、效果明顯的優(yōu)勢。
附圖說明
圖1為采用本發(fā)明所述瀝青材料后的瀝青延度自愈合試驗示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明所述的具有自修復(fù)功能的瀝青材料及其制備方法做進一步說明,但是本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
實施例1
稱量70#石油瀝青100g,加熱至160℃,加入0.5g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550,環(huán)氧樹脂為E51,壁材:芯材=2:1)以及0.25g固化劑T31,高剪切分散儀攪拌5min,攪拌速率為1000r/min,冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗,分析微膠囊加入對瀝青自愈合性能的影響。瀝青延度自愈合試驗步驟如下:依照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》JTG E20-2011中T 0605-2011進行延度試驗,制備瀝青延度試樣,用刀片在試件中部割開一段,產(chǎn)生破壞(如附圖1),未破壞深度為樣品下部兩個1元硬幣的厚度,使破壞的樣品進行自修復(fù),自修復(fù)完成后,按照T 0605-2011測試延度La,定義La與未經(jīng)破壞的樣品延度(Lb)的比值(La/Lb)為瀝青的延度愈合率。具體試驗結(jié)果如表1所示:
表1微膠囊添加量(0.5%)對瀝青三大指標(biāo)的影響
表1結(jié)果顯示,添加微膠囊0.5%后,瀝青三大指標(biāo)變化不大,仍符合技術(shù)要求。將樣品破壞后,進行自修復(fù)試驗,結(jié)果如下:
未添加微膠囊時,修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,修復(fù)后10℃延度La為6cm,修復(fù)率Lb/La=24%;添加微膠囊0.5%后,Lb為9cm,修復(fù)率為37.5%,明顯高于未添加的樣品。
實施例2
稱量70#石油瀝青100g,加熱至160℃,加入0.5g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550,環(huán)氧樹脂為E51,壁材:芯材=2:1)以及0.25g固化劑T31,高剪切分散儀攪拌5min,攪拌速率為1000r/min,冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗,分析微膠囊加入對瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為30℃、修復(fù)時間為3小時,結(jié)果如下:
未添加微膠囊時,修復(fù)溫度為30℃、修復(fù)時間為3小時,修復(fù)后10℃延度La為7cm,修復(fù)率Lb/La=28%;添加微膠囊0.5%后,Lb為10cm,修復(fù)率為41.6%,明顯高于未添加的樣品,且高于實施例1中的修復(fù)率。
實施例3
稱量70#石油瀝青100g,加熱至160℃,加入0.5g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550,環(huán)氧樹脂為E51,壁材:芯材=2:1)以及0.25g固化劑T31,高剪切分散儀攪拌5min,攪拌速率為1000r/min,冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗,分析微膠囊加入對瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為10℃、修復(fù)時間為3小時,結(jié)果如下:
未添加微膠囊時,修復(fù)溫度為10℃、修復(fù)時間為3小時,修復(fù)后10℃延度La為5cm,修復(fù)率Lb/La=20%;添加微膠囊0.5%后,Lb為6cm,修復(fù)率為25%,稍微高于未添加的樣品,但低于實施例1、2中的修復(fù)率。
實施例4
稱量70#石油瀝青100g,加熱至160℃,加入0.5g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-560,環(huán)氧樹脂為E51,壁材:芯材=2:1)以及0.25g固化劑T31,高剪切分散儀攪拌5min,攪拌速率為1000r/min,冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗,分析微膠囊加入對瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為30℃、修復(fù)時間為1小時,結(jié)果如下:
未添加微膠囊時,修復(fù)溫度為30℃、修復(fù)時間為1小時,修復(fù)后10℃延度La為3cm,修復(fù)率Lb/La=12%;添加微膠囊0.5%后,Lb為5cm,修復(fù)率為20.8%,高于未添加的樣品,但低于實施例1中的修復(fù)率。
實施例5
稱量70#石油瀝青100g,加熱至160℃,加入0.5g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550,環(huán)氧樹脂為E51,壁材:芯材=2:1)以及0.25g固化劑二乙烯三胺,高剪切分散儀攪拌5min,攪拌速率為1000r/min,冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗,分析微膠囊加入對瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,結(jié)果如下:
未添加微膠囊時,修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,修復(fù)后10℃延度La為5cm,修復(fù)率Lb/La=20%;添加微膠囊0.5%后,Lb為8cm,修復(fù)率為32%,明顯高于未添加的樣品。
實施例6
稱量90#石油瀝青100g,加熱至160℃,加入0.5g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550,環(huán)氧樹脂為E51,壁材:芯材=2:1)以及0.25g固化劑二乙烯三胺,高剪切分散儀攪拌5min,攪拌速率為1000r/min,冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗,分析微膠囊加入對瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,結(jié)果如下:
未添加微膠囊時,修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,修復(fù)后10℃延度La為5cm,修復(fù)率Lb/La=20%;添加微膠囊0.5%后,Lb為8cm,修復(fù)率為32%,明顯高于未添加的樣品。
實施例7
稱量70#石油瀝青100g,加熱至160℃,加入0.8g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550,環(huán)氧樹脂為E51,壁材:芯材=2:1)以及0.35g固化劑6-羥甲基-4-異丙基-7-甲氧基-1-萘甲酸甲酯,高剪切分散儀攪拌5min,攪拌速率為1000r/min,冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗,分析微膠囊加入對瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,結(jié)果如下:
表2微膠囊添加量(0.8%)對瀝青三大指標(biāo)的影響
未添加微膠囊時,修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,修復(fù)后10℃延度La為5cm,修復(fù)率Lb/La=20%;添加微膠囊0.8%后,修復(fù)時間為1小時,Lb為10.2cm,修復(fù)率為46.5%,明顯高于未添加的樣品。
實施例8
稱量70#石油瀝青100g,加熱至160℃,加入0.8g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550,環(huán)氧樹脂為E51,壁材:芯材=3:1)以及0.30g固化劑二乙烯三胺,高剪切分散儀攪拌5min,攪拌速率為1000r/min,冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗,分析微膠囊加入對瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,結(jié)果如下:
未添加微膠囊時,修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,修復(fù)后10℃延度La為5cm,修復(fù)率Lb/La=20%;添加微膠囊0.8%后,Lb為9cm,修復(fù)率為39.1%,明顯高于未添加的樣品。
實施例9
稱量70#石油瀝青100g,加熱至170℃,加入0.8g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550,環(huán)氧樹脂為E51,壁材:芯材=3:1)以及0.30g固化劑二乙烯三胺,高剪切分散儀攪拌8min,攪拌速率為800r/min,冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗,分析微膠囊加入對瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,結(jié)果如下:
未添加微膠囊時,修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,修復(fù)后10℃延度La為6cm,修復(fù)率Lb/La=24%;添加微膠囊0.8%后,Lb為10cm,修復(fù)率為43.4%,明顯高于未添加的樣品。
實施例10
稱量70#石油瀝青100g,加熱至160℃,加入0.8g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550,環(huán)氧樹脂為E51,壁材:芯材=2:1)以及0.35g固化劑T31,高剪切分散儀攪拌5min,攪拌速率為1000r/min,冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗,分析微膠囊加入對瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,結(jié)果如下:
未添加微膠囊時,修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時間為3小時,修復(fù)后10℃延度La為5cm,修復(fù)率Lb/La=21%;添加微膠囊0.8%后,Lb為9cm,修復(fù)時間為3小時,修復(fù)率為37.1%,明顯高于未添加的樣品。