CN108840612A - 一种高粘结性高强度路面修补材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高粘结性高强度路面修补材料的制备方法，属于路面养护技术领域。本发明以虾壳与蟹壳为原料，先后在盐酸和高温碱液中浸泡提取出壳聚糖，随后将壳聚糖与三异硬脂酰基钛酸异丙酯混合产生偶联反应，同时三异硬脂酰基钛酸异丙酯可以在修复路面时与金属氧化物形成偶联螯合作用，从而使修复后路面的力学性能，本发明将玄武岩纤维放入高频感应等离子体发生器中，通过正负电极使氨气电离出氨基基团附着于玄武岩纤维表面，通过有机官能团可以使修复材料在修复过程中易溶于水相中，并与修复材料中其它粒子形成化学键吸附，修复材料在使用中可以有效利用玄武岩纤维本身优异的力学性能和韧性加强自身的力学性能，具有广阔的应用前景。

Description

一种高粘结性高强度路面修补材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高粘结性高强度路面修补材料的制备方法，属于路面养护技术领域。
背景技术
交通运输是实现国民经济高速发展的关键组成部分，公路运输是交通运输的主要方式之一。随着经济的发展，车流量不断增加，过多的车辆尤其是重载卡车产生的动载荷导致公路较早的出现了大量病害。
现有的道路中采用混凝土施工路面的较多，不仅质量好而且使用寿命长。但是混凝土路面在使用中其路面损坏后维修比较复杂，同时养护期较长。目前混凝土路面修补常用的修复材料有快速水泥或沥青混凝土或高分子材料等，但都存在着需要长时间封闭路面修整、养护时间长等问题。随着我国交通运输业的迅速发展，对路用沥青材料的技术性能提出了越来越高的要求。沥青路面常常使用一段时间后会产生发射裂缝、应力裂缝等，因此雨水很容易通过裂缝渗透到中面层或下面层，严重的还会渗透到底层甚至是路基。
目前，混凝土构件的修补材料主要有三大类：水泥类砂浆、树脂砂浆、高分子聚合物砂浆。水泥类砂浆与老混凝土界面粘结强度低、易收缩，修补效果不佳，并且这一类修补材料在道路修补时主要问题是修补后开放交通时间偏长、耐久性差；树脂砂浆目前市面上主要为各类环氧基建筑结构胶价格昂贵，与混凝土线膨胀系数相差数倍，且修复工序繁琐，耐久性差；高分子聚合物砂浆用于工程修补，传统的方式是采用现场拌和聚合物乳液与水泥砂子，然而现场的水泥和砂子质量及其与聚合物乳液的匹配性、配料比例的波动、施工操作性的变化所导致的实际修补效果远远达不到实验室中的研究结果和工程修补要求，常导致修补的失败。
粉煤灰基地聚合物虽然具有快硬早强等优点，对于混凝土结构中的裂缝和缝隙具有填充和加固的作用，但是一个显著的缺陷是脆性较大，虽然抗压强度较高，但是抗折强度和拉伸强度较低，韧性不好。并且目前路面修补材料粘结效果差使修补后的路基材料出现孔洞、裂缝的现象。
因此，发明一种力学性能好且粘结效果好的高粘结性高强度路面修补材料对路面养护技术领域具有积极意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前路面修补材料粘结效果差使修补后的路基材料出现孔洞、裂缝的现象，同时针对路面修补材料修补后的路面力学强度差、韧性差的缺陷，提供了一种高粘结性高强度路面修补材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高粘结性高强度路面修补材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将等质量的虾壳与蟹壳放入烘箱中干燥，干燥后投入研磨罐中研磨，过200目筛得到过筛物，将过筛物与蒸馏水按质量比1:5混合投入烧杯中，将烧杯放入水浴锅恒温静置；
（2）向上述烧杯中滴加盐酸，调节pH值至3～4，常温下浸泡2～3h，浸泡结束后向上述烧杯中滴加氢氧化钠溶液，调节pH值至10～12，升高水浴温度，恒温反应后过滤得到滤饼，将滤饼用蒸馏水清洗4～8次，放入烘箱中干燥制得干燥研磨产物；
（3）按重量份数计，称取1.0～1.4份三异硬脂酰基钛酸异丙酯、50～55份蒸馏水、10～12份无水乙醇和0.3～0.6份十二烷基磺酸钠混合投入烧杯中，混合搅拌制得混合溶剂，向烧杯中投入混合溶剂质量10～15%的上述干燥研磨产物，将烧杯放入超声振荡仪中，超声振荡，过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次得到改性反应产物；
（4）将上述改性反应产物与聚丙烯按质量比1:10混合投入球磨机中研磨共混，共混后放入真空干燥箱中真空干燥，干燥后投入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出后冷却得到反应纤维产物；
（5）称取500～800g玄武岩纤维放入高频感应等离子体发生器中，向高频感应等离子体发生器中通入氨气，进行等离子体处理制得反应固体，按重量份数计，称取30～35份氧化钙、25～27份氧化硅、7～9份氧化铝、2～4份氧化铁、60～65份水泥、20～22份上述反应纤维产物和16～18份反应固体投入三维混合机中混合2～3h，制得高粘结性高强度路面修补材料。
步骤（1）中所述的烘箱中的温度为55～60℃，干燥时间为6～8h，水浴锅的水浴温度为60～70℃，恒温静置时间为50～60min。
步骤（2）中所述的盐酸的质量分数为5～8%，氢氧化钠溶液的质量分数为20～25%，升高水浴温度至90～100℃，恒温反应时间为5～6h，烘箱中的温度为70～80℃，干燥时间为3～5h。
步骤（3）中所述的混合搅拌转速为300～320r/min，混合搅拌时间为30～40min，超声振荡仪的频率为 40～45kHz，超声振荡时间为2～3h。
步骤（4）中所述的真空干燥箱中的真空度为80～100Pa，温度为70～80℃，真空干燥时间为2～3h，双螺杆挤出机的挤出口温度为210～230℃。
步骤（5）中所述的高频感应等离子体发生器中的输出功率为1.5～2.0kW，等离子体处理时间为50～60min。
本发明的有益技术效果是：
（1）本发明首先将虾壳与蟹壳依次置于酸液、碱液中浸泡，浸泡后取出干燥，再与三异硬脂酰基钛酸异丙酯混合反应，制得改性反应产物，然后将改性反应产物与聚丙烯混合并于双螺杆挤出机中熔融造粒，随后将玄武岩纤维放入等离子体发生器中进行等离子体处理，制得反应固体，最后将反应固体、反应纤维产物、二氧化硅以及金属氧化物共混制得高粘结性高强度路面修补材料，本发明以虾壳与蟹壳为原料，先后在盐酸和高温碱液中浸泡提取出壳聚糖，随后将壳聚糖与三异硬脂酰基钛酸异丙酯混合产生偶联反应，使壳聚糖表面进行改性修饰，向壳聚糖分子链中引入氨基、羟基、环氧基以及双键等基团，使壳聚糖对修复材料中其它各粒子之间的粘结程度加强，同时三异硬脂酰基钛酸异丙酯可以在修复路面时与金属氧化物形成偶联螯合作用，使壳聚糖可以紧密吸附于金属氧化物表面，加强修复材料内部空间交联密度，从而使修复后路面的力学性能，强度和韧性得到提高；
（2）本发明将玄武岩纤维放入高频感应等离子体发生器中，通过正负电极使氨气电离出氨基基团附着于玄武岩纤维表面，通过有机官能团可以使修复材料在修复过程中易溶于水相中，可以随水相渗到路面缝隙内部，使得路面缝隙修补更加充分，并与修复材料中其它粒子形成化学键吸附，使各粒子与玄武岩纤维之间的粘结程度加强，修复材料在使用中可以有效利用玄武岩纤维本身优异的力学性能和韧性加强自身的力学性能，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
将等质量的虾壳与蟹壳放入烘箱中，在温度为55～60℃的条件下干燥6～8h，干燥后投入研磨罐中研磨，过200目筛得到过筛物，将过筛物与蒸馏水按质量比1:5混合投入烧杯中，将烧杯放入水浴锅中在水浴温度为60～70℃的条件下恒温静置50～60min；向上述烧杯中滴加质量分数为5～8%的盐酸，调节pH值至3～4，常温下浸泡2～3h，浸泡结束后向上述烧杯中滴加质量分数为20～25%的氢氧化钠溶液，调节pH值至10～12，升高水浴温度至90～100℃，恒温反应5～6h后过滤得到滤饼，将滤饼用蒸馏水清洗4～8次，放入烘箱中以70～80℃的温度干燥3～5h制得干燥研磨产物；按重量份数计，称取1.0～1.4份三异硬脂酰基钛酸异丙酯、50～55份蒸馏水、10～12份无水乙醇和0.3～0.6份十二烷基磺酸钠混合投入烧杯中，以300～320r/min的转速混合搅拌30～40min制得混合溶剂，向烧杯中投入混合溶剂质量10～15%的上述干燥研磨产物，将烧杯放入超声振荡仪中，以40～45kHz的频率超声振荡2～3h，过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次得到改性反应产物；将上述改性反应产物与聚丙烯按质量比1:10混合投入球磨机中研磨共混，共混后放入真空干燥箱中，在真空度为80～100Pa，温度为70～80℃的条件下真空干燥2～3h，干燥后投入双螺杆挤出机中，在挤出口温度为210～230℃的条件下熔融共混，挤出后冷却得到反应纤维产物；称取500～800g玄武岩纤维放入高频感应等离子体发生器中，向高频感应等离子体发生器中通入氨气，在输出功率为1.5～2.0kW的条件下进行等离子体处理50～60min，制得反应固体，按重量份数计，称取30～35份氧化钙、25～27份氧化硅、7～9份氧化铝、2～4份氧化铁、60～65份水泥、20～22份上述反应纤维产物和16～18份反应固体投入三维混合机中混合2～3h，制得高粘结性高强度路面修补材料。
实例1
将等质量的虾壳与蟹壳放入烘箱中，在温度为55℃的条件下干燥6h，干燥后投入研磨罐中研磨，过200目筛得到过筛物，将过筛物与蒸馏水按质量比1:5混合投入烧杯中，将烧杯放入水浴锅中在水浴温度为60℃的条件下恒温静置50min；向上述烧杯中滴加质量分数为5%的盐酸，调节pH值至3，常温下浸泡2h，浸泡结束后向上述烧杯中滴加质量分数为20%的氢氧化钠溶液，调节pH值至10，升高水浴温度至90℃，恒温反应5h后过滤得到滤饼，将滤饼用蒸馏水清洗4次，放入烘箱中以70℃的温度干燥3h制得干燥研磨产物；按重量份数计，称取1.0份三异硬脂酰基钛酸异丙酯、50份蒸馏水、10份无水乙醇和0.3份十二烷基磺酸钠混合投入烧杯中，以300r/min的转速混合搅拌30min制得混合溶剂，向烧杯中投入混合溶剂质量10%的上述干燥研磨产物，将烧杯放入超声振荡仪中，以40kHz的频率超声振荡2h，过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3次得到改性反应产物；将上述改性反应产物与聚丙烯按质量比1:10混合投入球磨机中研磨共混，共混后放入真空干燥箱中，在真空度为80Pa，温度为70℃的条件下真空干燥2h，干燥后投入双螺杆挤出机中，在挤出口温度为210℃的条件下熔融共混，挤出后冷却得到反应纤维产物；称取500g玄武岩纤维放入高频感应等离子体发生器中，向高频感应等离子体发生器中通入氨气，在输出功率为1.5kW的条件下进行等离子体处理50min，制得反应固体，按重量份数计，称取30份氧化钙、25份氧化硅、7份氧化铝、2份氧化铁、60份水泥、20份上述反应纤维产物和16份反应固体投入三维混合机中混合2h，制得高粘结性高强度路面修补材料。
实例2
将等质量的虾壳与蟹壳放入烘箱中，在温度为57℃的条件下干燥7h，干燥后投入研磨罐中研磨，过200目筛得到过筛物，将过筛物与蒸馏水按质量比1:5混合投入烧杯中，将烧杯放入水浴锅中在水浴温度为65℃的条件下恒温静置55min；向上述烧杯中滴加质量分数为7%的盐酸，调节pH值至3，常温下浸泡2.5h，浸泡结束后向上述烧杯中滴加质量分数为22%的氢氧化钠溶液，调节pH值至11，升高水浴温度至95℃，恒温反应5.5h后过滤得到滤饼，将滤饼用蒸馏水清洗6次，放入烘箱中以75℃的温度干燥4h制得干燥研磨产物；按重量份数计，称取1.2份三异硬脂酰基钛酸异丙酯、52份蒸馏水、11份无水乙醇和0.4份十二烷基磺酸钠混合投入烧杯中，以310r/min的转速混合搅拌35min制得混合溶剂，向烧杯中投入混合溶剂质量12%的上述干燥研磨产物，将烧杯放入超声振荡仪中，以42kHz的频率超声振荡2.5h，过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣4次得到改性反应产物；将上述改性反应产物与聚丙烯按质量比1:10混合投入球磨机中研磨共混，共混后放入真空干燥箱中，在真空度为90Pa，温度为75℃的条件下真空干燥2.5h，干燥后投入双螺杆挤出机中，在挤出口温度为220℃的条件下熔融共混，挤出后冷却得到反应纤维产物；称取650g玄武岩纤维放入高频感应等离子体发生器中，向高频感应等离子体发生器中通入氨气，在输出功率为1.7kW的条件下进行等离子体处理55min，制得反应固体，按重量份数计，称取32份氧化钙、26份氧化硅、8份氧化铝、3份氧化铁、62份水泥、21份上述反应纤维产物和17份反应固体投入三维混合机中混合2.5h，制得高粘结性高强度路面修补材料。
实例3
将等质量的虾壳与蟹壳放入烘箱中，在温度为60℃的条件下干燥8h，干燥后投入研磨罐中研磨，过200目筛得到过筛物，将过筛物与蒸馏水按质量比1:5混合投入烧杯中，将烧杯放入水浴锅中在水浴温度为70℃的条件下恒温静置60min；向上述烧杯中滴加质量分数为8%的盐酸，调节pH值至4，常温下浸泡3h，浸泡结束后向上述烧杯中滴加质量分数为25%的氢氧化钠溶液，调节pH值至12，升高水浴温度至100℃，恒温反应6h后过滤得到滤饼，将滤饼用蒸馏水清洗8次，放入烘箱中以80℃的温度干燥5h制得干燥研磨产物；按重量份数计，称取1.4份三异硬脂酰基钛酸异丙酯、55份蒸馏水、12份无水乙醇和0.6份十二烷基磺酸钠混合投入烧杯中，以320r/min的转速混合搅拌40min制得混合溶剂，向烧杯中投入混合溶剂质量15%的上述干燥研磨产物，将烧杯放入超声振荡仪中，以45kHz的频率超声振荡3h，过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣5次得到改性反应产物；将上述改性反应产物与聚丙烯按质量比1:10混合投入球磨机中研磨共混，共混后放入真空干燥箱中，在真空度为100Pa，温度为80℃的条件下真空干燥3h，干燥后投入双螺杆挤出机中，在挤出口温度为230℃的条件下熔融共混，挤出后冷却得到反应纤维产物；称取800g玄武岩纤维放入高频感应等离子体发生器中，向高频感应等离子体发生器中通入氨气，在输出功率为2.0kW的条件下进行等离子体处理60min，制得反应固体，按重量份数计，称取35份氧化钙、27份氧化硅、9份氧化铝、4份氧化铁、65份水泥、22份上述反应纤维产物和18份反应固体投入三维混合机中混合3h，制得高粘结性高强度路面修补材料。
对比例
以杭州某公司生产的高粘结性高强度路面修补材料作为对比例 对本发明制得的高粘结性高强度路面修补材料和对比例中的高粘结性高强度路面修补材料进行性能检测，检测结果如表1所示：
测试方法：
抗压强度、抗折强度及拉伸强度测试按GB177 水泥胶砂强度标准检验方法进行检测。
粘结强度测试采用粘结强度检测仪进行检测。
修补后路基情况测试：将实例1～3和对比例中的路面修补材料用于路基修补中，待一定时间后，观察表面是否出现孔洞、裂缝现象。
表1路面修补材料性能测定结果
根据上述中数据可知本发明制得的高粘结性高强度路面修补材料力学强度高，抗压强度、抗折强度及拉伸强度高，韧性好，修补后的路基材料未出现孔洞、裂缝的现象，粘结效果好，具有广阔的应用前景。

Claims (6)

1.一种高粘结性高强度路面修补材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将等质量的虾壳与蟹壳放入烘箱中干燥，干燥后投入研磨罐中研磨，过200目筛得到过筛物，将过筛物与蒸馏水按质量比1:5混合投入烧杯中，将烧杯放入水浴锅恒温静置；
（2）向上述烧杯中滴加盐酸，调节pH值至3～4，常温下浸泡2～3h，浸泡结束后向上述烧杯中滴加氢氧化钠溶液，调节pH值至10～12，升高水浴温度，恒温反应后过滤得到滤饼，将滤饼用蒸馏水清洗4～8次，放入烘箱中干燥制得干燥研磨产物；
（3）按重量份数计，称取1.0～1.4份三异硬脂酰基钛酸异丙酯、50～55份蒸馏水、10～12份无水乙醇和0.3～0.6份十二烷基磺酸钠混合投入烧杯中，混合搅拌制得混合溶剂，向烧杯中投入混合溶剂质量10～15%的上述干燥研磨产物，将烧杯放入超声振荡仪中，超声振荡，过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次得到改性反应产物；
（4）将上述改性反应产物与聚丙烯按质量比1:10混合投入球磨机中研磨共混，共混后放入真空干燥箱中真空干燥，干燥后投入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出后冷却得到反应纤维产物；
（5）称取500～800g玄武岩纤维放入高频感应等离子体发生器中，向高频感应等离子体发生器中通入氨气，进行等离子体处理制得反应固体，按重量份数计，称取30～35份氧化钙、25～27份氧化硅、7～9份氧化铝、2～4份氧化铁、60～65份水泥、20～22份上述反应纤维产物和16～18份反应固体投入三维混合机中混合2～3h，制得高粘结性高强度路面修补材料。
2.根据权利要求1所述的一种高粘结性高强度路面修补材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的烘箱中的温度为55～60℃，干燥时间为6～8h，水浴锅的水浴温度为60～70℃，恒温静置时间为50～60min。
3.根据权利要求1所述的一种高粘结性高强度路面修补材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的盐酸的质量分数为5～8%，氢氧化钠溶液的质量分数为20～25%，升高水浴温度至90～100℃，恒温反应时间为5～6h，烘箱中的温度为70～80℃，干燥时间为3～5h。
4.根据权利要求1所述的一种高粘结性高强度路面修补材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的混合搅拌转速为300～320r/min，混合搅拌时间为30～40min，超声振荡仪的频率为 40～45kHz，超声振荡时间为2～3h。
5.根据权利要求1所述的一种高粘结性高强度路面修补材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的真空干燥箱中的真空度为80～100Pa，温度为70～80℃，真空干燥时间为2～3h，双螺杆挤出机的挤出口温度为210～230℃。
6.根据权利要求1所述的一种高粘结性高强度路面修补材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的高频感应等离子体发生器中的输出功率为1.5～2.0kW，等离子体处理时间为50～60min。
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