CN109437674B

CN109437674B - 基于应力响应型多腔室胶囊的长效自修复沥青混凝土

Info

Publication number: CN109437674B
Application number: CN201811493574.1A
Authority: CN
Inventors: 刘全涛; 包士文; 吴少鹏; 张雷; 谢君; 陈美祝
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: CN109437674A

Abstract

本发明公开了一种基于应力响应型多腔室胶囊的长效自修复沥青混凝土。由沥青混合料外掺0.4～0.6wt％应力响应型多腔室自修复胶囊制备而来；将海藻酸钠溶解于水中，配置海藻酸钠溶液；冷却至室温后与沥青再生剂、表面活性剂吐温80剪切混合，剪切速率为4000～5500转/分钟，剪切时间为10～15分钟；在60～100转/分钟的磁力搅拌作用下，将所得液体以60～100滴/分钟的速率滴入50‑55℃的氯化钙溶液中；滴完继续反应3‑4h，蒸馏水洗涤、干燥得到。本发明为包含众多腔室的弹性胶囊，沥青再生剂分布在这些腔室中并能够在循环荷载作用下自动释放，从而达到自动软化老化沥青和修复沥青混凝土中微裂纹的目的。

Description

基于应力响应型多腔室胶囊的长效自修复沥青混凝土

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种长效自修复沥青混凝土。

背景技术

沥青路面具有表面平整无接缝、行车振动小、噪音低、铺筑后开放交通快、养护方便等优点，在高等级公路和市政道路中得到越来越广泛的应用，目前我国已铺筑超过100万公里的沥青路面。然而，由于交通荷载及自然环境的作用，沥青路面易老化，并在温度和荷载作用下产生微裂纹，进而发展成裂缝、松散、坑槽等宏观病害,需要及时维修养护。在沥青路面出现宏观病害之前进行修复，是先进的沥青路面养护理念。本发明利用应力响应型多腔室胶囊在循环荷载作用下释放再生剂，还原老化沥青的性能并修复沥青混合料中的微裂纹，阻止其发展成宏观病害，可以大幅度延长沥青混凝土路面的服役寿命。

发明内容

本发明目的在于提供一种长效自修复沥青混凝土，该自修复沥青混凝土在荷载作用下能够因胶囊收缩释放腔室中的沥青再生剂，进而实现老化沥青的原位再生和微裂纹的自动愈合。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种长效自修复沥青混凝土，由沥青混合料外掺0.4～0.6wt％应力响应型多腔室自修复胶囊制备而来；

所述应力响应型多腔室自修复胶囊按以下方式制备而来：

1)将海藻酸钠溶解于50～55℃的水中，配置成浓度为2.0～3.0wt％的海藻酸钠溶液；

2)将所得海藻酸钠溶液冷却至室温后与沥青再生剂、表面活性剂吐温80剪切混合，剪切速率为4000～5500转/分钟，剪切时间为10～15分钟；

3)在60～100转/分钟的磁力搅拌作用下，将步骤2所得液体以60～100滴/分钟的速率滴入50-55℃的氯化钙溶液中；滴完继续反应3-4h，蒸馏水洗涤、干燥得到应力响应型多腔室胶囊。

按上述方案，海藻酸钠溶液与沥青再生剂质量比为15:1～7:1，吐温80的用量为沥青再生剂质量的2.5～2.8wt％。

按上述方案，氯化钙溶液的浓度为3％～4％，氯化钙与海藻酸钠的质量比为1:(6～3)。

按上述方案，所述多腔室自修复胶囊直径为2-3mm，壁材为海藻酸钙，芯材为沥青再生剂，芯材含量为60-86wt％，芯材分布在腔室中。

按上述方案，所述应力响应型多腔室自修复胶囊的具体外掺量按以下公式计算而来：

公式中：B为沥青混凝土的沥青用量(wt％)胶囊的囊芯含量；7％为使老化沥青性能复原所需的沥青再生剂用量；E为应力响应型多腔室自修复胶囊中沥青再生剂的含量(wt％)

本发明的有益效果如下：

通过在沥青混合料中加入具有应力响应特性的多腔室胶囊，使其在循环荷载作用下自动释放再生剂，实现老化沥青的原位再生和微裂纹的自动愈合，且分布在不同腔室内的再生剂释放的时机不同，赋予了沥青混凝土长期的自修复性能，从而可大幅度减少沥青路面中的裂纹并延长沥青路面的使用寿命。

本发明应力响应型多腔室自修复胶囊为包含众多腔室的弹性胶囊，沥青再生剂分布在这些腔室中并能够在循环荷载作用下自动释放，从而达到自动软化老化沥青和修复沥青混凝土中微裂纹的目的。

附图说明

图1：本发明实施例1所得多腔室自修复胶囊内部形貌；

图2：本发明实施例1所得一般自修复胶囊内部形貌。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术效果，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1

将75g海藻酸钠溶解于50℃的3000ml水中，配置成浓度为2.5％的海藻酸钠溶液，待海藻酸钠溶液冷却至室温后与385g沥青再生剂、9.6g吐温80剪切混合，剪切速率为4000转/分钟，剪切时间为15分钟；在60转/分钟的磁力搅拌作用下，将海藻酸钠、沥青再生剂和吐温80的混合液以60滴/分钟的速率滴入50℃、500g的3％氯化钙溶液中，待混合液全部滴入氯化钙溶液后继续在50℃下搅拌反应4h，蒸馏水洗涤、强制通风干燥24h得到应力响应型多腔室自修复胶囊，胶囊粒径为2.1mm，再生剂包覆率为67.2％。

重复上述制备方法，但不加入表面活性剂吐温80，剪切速率为2000转/分钟，剪切时间为5分钟，海藻酸钠和沥青再生剂的混合液以30滴/分钟速率滴入氯化钙溶液中，制备得到一般自修复胶囊，胶囊粒径为0.8mm，再生剂包覆率为44.7％。

表面活性剂吐温80的加入及高速剪切作用影响了自修复胶囊的形态，参照附图1和图2所示。本发明制备的胶囊为多腔室胶囊，分布在不同腔室内的再生剂在不同时间释放，能够赋予沥青混凝土长期的(多次的)自修复性能。而对比例制备胶囊不是多腔室结构，不具有应力响应特性，只能在破裂时一次性释放沥青再生剂，无法起到长期的(多次的)自修复效果，且混合液滴入氯化钙溶液的速率过慢，导致胶囊粒径偏小、所含沥青再生剂不足，造成胶囊自修复效果差。

采用AC-13级配，各原料所占质量百分数为：粗细集料90.3％，矿粉4.9％，沥青4.8％，应力响应型多腔室胶囊0.5％(胶囊的再生剂包覆率为67.2％，胶囊掺量＝4.8*7％/67.2％＝0.5％)；将粗细集料加热至175℃，SBS改性沥青加热至155～160℃，开动搅拌器，加入导电钢纤维、SBS沥青和矿粉，保持温度为165～175℃，搅拌1分钟，加入粗细集料继续搅拌1分钟；在160～165℃下，采用轮碾法成型沥青混合料；将成型的沥青混合料切割成小梁试件后在-10℃下进行三点弯曲试验使试件断裂，然后将试件放在模具中并在20℃对试件施加20000次循环荷载，间歇48小时再次对试件进行三点弯曲试验，发现试件的断裂强度恢复到初始强度的79％，断裂能恢复到初始断裂能的119％，将修复后的试件再次放在模具中并在20℃对其施加20000次循环荷载，间歇48小时再次对试件进行三点弯曲试验，发现试件的断裂强度恢复到初始强度的90％，断裂能恢复到初始断裂能的160％，将修复后的试件再次放在模具中并在20℃对其施加20000次循环荷载，间歇48小时再次对试件进行三点弯曲试验，发现试件的断裂强度恢复到初始强度的93％，断裂能恢复到初始断裂能的180％，表明该沥青混合料在循环荷载作用下具有长期的(多次的)自修复效果，随着荷载次数增加，胶囊逐渐释放沥青再生剂，自修复效果逐渐升高。

采用上述方法，利用不具有多腔室自修复胶囊制备沥青混凝土并测试其自修复效果，发现该沥青混凝土试件三种情况下断裂强度的恢复率分别分49％、50％、59％、，断裂能恢复率分别为40％、40％；40％，远低于应力响应型多腔室胶囊沥青混凝土的愈合率且不随荷载作用次数增加而升高，说明该胶囊在循环荷载作用下不能逐渐释放修复剂，不具有长期的(多次的)自修复效果。

实施例2

将90g海藻酸钠溶解于55℃的3000ml水中，配置成浓度为3％的海藻酸钠溶液，待海藻酸钠溶液冷却至室温后与340g沥青再生剂、8.8g吐温80剪切混合，剪切速率为5500转/分钟，剪切时间为10分钟；在100转/分钟的磁力搅拌作用下，将海藻酸钠、沥青再生剂和吐温80的混合液以80滴/分钟的速率滴入55℃、600g的3％氯化钙溶液中，待混合液全部滴入氯化钙溶液后继续在55℃下搅拌反应3h，蒸馏水洗涤、强制通风干燥24h得到应力响应型多腔室胶囊。

采用SMA-13级配，各原料所占质量百分数为：粗细集料86.3％，矿粉8.7％，沥青5.6％，应力响应型多腔室胶囊0.6％(胶囊的再生剂包覆率为65.3％，胶囊掺量＝5.6*7％/65.3％＝0.6％)；按照实施例1的步骤和方法制备和测试试件，实验结果表明，通过对试件施加20000次循环荷载，可以使其断裂强度恢复到初始强度的59％，断裂能恢复到初始断裂能的97％；通过对试件施加40000次循环荷载，可以使其断裂强度恢复到初始强度的89％，断裂能恢复到初始断裂能的158％。

实施例3

将90g海藻酸钠溶解于50℃的3000ml水中，配置成浓度为3％的海藻酸钠溶液，待海藻酸钠溶液冷却至室温后与1030g沥青再生剂、25.8g吐温80剪切混合，剪切速率为5000转/分钟，剪切时间为10分钟；在80转/分钟的磁力搅拌作用下，将海藻酸钠、沥青再生剂和吐温80的混合液以100滴/分钟的速率滴入50℃、700g的2.5％氯化钙溶液中，待混合液全部滴入氯化钙溶液后继续在50℃下搅拌反应4h，蒸馏水洗涤、强制通风干燥24h得到应力响应型多腔室胶囊。

采用Superpave-12.5级配，各原料所占质量百分数为：粗细集料88.2％，矿粉6.9％，沥青4.9％，应力响应型多腔室胶囊0.4％(胶囊的再生剂包覆率为85.7％，胶囊掺量＝4.9*7％/85.7％＝0.4％)；按照实施例1的步骤和方法制备和测试试件，实验结果表明，通过对试件施加30000次循环荷载，可以使其断裂强度恢复到初始强度的74％，断裂能恢复到初始断裂能的127％；通过对试件施加60000次循环荷载，可以使其断裂强度恢复到初始强度的94％，断裂能恢复到初始断裂能的178％。

实施例4

将50g海藻酸钠溶解于50℃的2000ml水中，配置成浓度为2.5％的海藻酸钠溶液，待海藻酸钠溶液冷却至室温后与340g沥青再生剂、9.5g吐温80剪切混合，剪切速率为4500转/分钟，剪切时间为12分钟；在90转/分钟的磁力搅拌作用下，将海藻酸钠、沥青再生剂和吐温80的混合液以90滴/分钟的速率滴入50℃、400ml的3％氯化钙溶液中，待混合液全部滴入氯化钙溶液后继续在50℃下搅拌反应3.5h，蒸馏水洗涤、强制通风干燥24h得到应力响应型多腔室胶囊。

采样OGFC-16级配，各原料所占质量百分数为：粗细集料90.9％，矿粉4.5％，沥青4.5％，应力响应型多腔室胶囊0.4％(胶囊的再生剂包覆率为78.7％，胶囊掺量＝4.5*7％/78.7％＝0.4％)；按照实施例1的步骤和方法制备和测试试件，实验结果表明，通过对试件施加500000次循环荷载，可以使其断裂强度恢复到初始强度的76％，断裂能恢复到初始断裂能的157％；通过对试件施加100000次循环荷载，可以使其断裂强度恢复到初始强度的86％，断裂能恢复到初始断裂能的215％。

Claims

1.一种长效自修复沥青混凝土，其特征在于由沥青混合料外掺0.4～0.6wt％应力响应型多腔室自修复胶囊制备而来；

所述应力响应型多腔室自修复胶囊按以下方式制备而来：

2)将所得海藻酸钠溶液冷却至室温后与沥青再生剂、表面活性剂吐温80剪切混合，剪切速率为4000～5500转/分钟，剪切时间为10～15分钟；海藻酸钠溶液与沥青再生剂质量比为15:1～7:1，吐温80的用量为沥青再生剂质量的2.5～2.8wt％；

3)在60～100转/分钟的磁力搅拌作用下，将步骤2所得液体以60～100滴/分钟的速率滴入50-55℃的氯化钙溶液中；滴完继续反应3-4h，蒸馏水洗涤、干燥得到应力响应型多腔室胶囊；氯化钙溶液的浓度为3％～4％，氯化钙与海藻酸钠的质量比为1:(6～3)。

2.如权利要求1所述长效自修复沥青混凝土，其特征在于所述多腔室自修复胶囊直径为2-3mm，壁材为海藻酸钙，芯材为沥青再生剂，芯材含量为60-86wt％，芯材分布在腔室中。