CN111892337A - 一种磁粉改性沥青砂胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁粉改性沥青砂胶及其制备方法。该磁粉改性沥青砂胶由磁粉、沥青、矿粉和表面活性剂按比例配制而成，其各组分质量分数为：磁粉0.5％～85.0％，沥青15.0％～30.0％，矿粉0.5％～85.0％，表面活性剂0.0％～2.0％。本发明的磁粉改性沥青砂胶主要用于钢桥面沥青铺装结构的缓冲层，铺装完成后采用充磁机外加磁场对磁粉进行充磁磁化，通过充磁后磁粉的粉体改性、磁力粘结和磁致硬化的综合作用，使得磁化缓冲层的强度和刚度提高，并在传统铺装结构的物化粘结基础上，额外增加缓冲层与钢桥面板之间的磁力粘结，降低刚度差异，从而增强钢桥面铺装结构的层间结合和变形追从性及耐久性。该磁粉改性沥青砂胶还可用于路面应力吸收层和防裂层等技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁粉改性沥青砂胶及其制备方法，可应用于钢桥面沥青铺装结构的缓冲层，也可用于路面应力吸收层和防裂层等技术要求的柔性砂胶材料，属于建筑材料技术领域。
背景技术
随着我国交通事业的高速发展，大跨径桥梁的建设也越来越多。其中，由于正交异性钢桥面板箱梁体系具有自重轻、侧向抗风能力强、运输和架设方便、空间结构受力性能更佳及施工周期较短等优点，在现代桥梁建设特别是大跨径桥梁建设中得到广泛应用。与此同时，钢桥面铺装是大跨径钢箱梁桥建设的关键技术之一，一直受到国内外学术界与工程界的高度关注与重视。
由于沥青混凝土具有重量轻、变形协调能力强、与钢桥面板粘结性能良好、维修方便及行车舒适等优点，成为正交异性钢桥面板首选的铺装结构形式。钢桥面沥青混凝土铺装结构直接铺筑于正交异性钢桥面板上，由于正交异性钢桥面板柔度大，在行车荷载及温度变化、风载和地震等自然因素共同作用下，其受力和变形要比一般的沥青混凝土路面及水泥混凝土桥梁上沥青桥面铺装复杂得多，工作环境也更为严苛，从而导致钢桥面沥青铺装层容易产生推移、车辙、脱层和疲劳开裂等早期损坏现象。因此，钢桥面沥青铺装技术至今仍是一个尚未很好解决的世界性技术难题。
钢桥面沥青铺装结构一般由防腐层、防水粘结层、缓冲层和沥青混合料铺装层组成，直接铺筑于钢桥面板之上。大量研究和应用表明，钢桥面沥青铺装结构与钢桥面板之间的粘结性和刚度差异是影响二者之间变形追从性的关键，这就要求沥青铺装层不仅具有良好的追随钢桥面板变形的适应能力，而且还要在高温和行车荷载作用下不能产生过大的推移变形。同时，缓冲层作为沥青混合料铺装层与钢桥面板之间的过渡联结层，对二者之间的刚度过渡和粘结强度起着重要的作用。因此，选择一种性能优越且经济耐久的缓冲层材料对预防钢桥面沥青铺装结构的损坏具有重要的意义。
目前，国内外钢桥面沥青铺装缓冲层主要采用沥青砂胶和预拌碎石两类材料，由于沥青砂胶是整体柔性的弹性体材料，故其得到较广泛的应用。然而大量的工程实际表明，传统的缓冲层材料往往因整体、热稳和粘结等性能不足，成为钢桥面沥青铺装结构的薄弱层，难以起到应有的隔热、粘结和缓冲荷载等作用，从而造成沥青铺装层的早期损坏。为此，通过将磁粉掺入沥青砂胶材料之中进行充磁改性，制备钢桥面铺装用磁粉改性沥青砂胶缓冲层，综合利用充磁磁粉的粉体改性、磁力粘结和磁致硬化作用，提高缓冲层的强度和刚度，从而在传统钢桥面沥青铺装材料的物化粘结基础上，额外增加缓冲层与钢桥面板之间的磁力粘结，降低刚度差异，以进一步增强钢桥面铺装结构的层间结合和变形追从性及路用性能和耐久性。
发明内容
为达以上目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种磁粉改性沥青砂胶，其特征在于：该磁粉改性沥青砂胶由磁粉、沥青、矿粉和表面活性剂按比例制备而成，各组分质量分数为：磁粉0.5％～85.0％，沥青15.0％～30.0％，矿粉0.5％～85.0％，表面活性剂0.0％～2.0％。
进一步地，所述的磁粉为毫米级、微米级或纳米级的钕铁硼磁粉、钡铁氧体磁粉、锶铁氧体磁粉、四氧化三铁磁粉、羰基铁粉、铝镍钴磁粉中任意一种或一种以上组合的能均匀分散于沥青砂胶中、磁化后带有磁性且不易消磁的磁性颗粒。
进一步地，所述的沥青可为普通道路石油沥青、聚合物改性沥青、天然沥青改性沥青、复合改性沥青中任意一种或一种以上组合的沥青。
进一步地，所述的表面活性剂为偶联剂、硬脂酸类表面活性剂、脂肪酸类表面活性剂或乳液中任意一种或一种以上组合的表面活性剂；所述的磁粉经过表面活性剂活化后，能均匀地分散到沥青砂胶中，形成活化磁粉。
本发明所述的磁粉改性沥青砂胶的制备方法包括以下步骤：
S1.将表面活性剂按质量配比制备成溶液，溶剂可为无水乙醇、煤油、烃类溶剂、松节油或丙酮溶剂；
S2.将磁粉按质量配比放入制备好的表面活性剂溶液中，搅拌均匀，确保磁粉表面被表面活性剂充分裹匀，形成磁粉与表面活性剂溶液的混合液；
S3.将磁粉混合液放入干燥器中干燥至恒重，即可得到活化后的磁粉；
S4.将活化后的磁粉和矿粉组成的混合填料按质量配比混合均匀；
S5.将混合填料以155～190℃的温度进行加热；
S6.将沥青置于135～175℃温度下加热至融化状态；
S7.在设定的温度条件下，按质量配比将融化的沥青倒入预热好的混合填料中进行均匀湿拌，即可得到磁粉改性沥青砂胶；
S8.对制得的磁粉改性沥青砂胶进行充磁，即可制备得到带有磁性的磁粉改性沥青砂胶。
进一步地，所述的磁粉改性沥青砂胶充磁方式可采用电容式脉冲充磁机、无储能脉冲充磁机或恒流充磁机进行。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过将磁粉掺入沥青砂胶材料之中进行充磁改性，制备得到钢桥面沥青铺装结构用磁粉改性沥青砂胶缓冲层，制备工艺合理且经济耐久。与传统钢桥面沥青铺装相比，本发明磁粉改性沥青砂胶缓冲层，综合利用充磁磁粉的粉体改性、磁力粘结和磁致硬化作用，提高缓冲层的强度和刚度，从而在传统钢桥面沥青铺装材料的物化粘结基础上，额外增加缓冲层与钢桥面板之间的磁力粘结，降低刚度差异，可进一步增强钢桥面铺装结构的层间结合和变形追从性及路用性能和耐久性。同时，根据本发明磁粉改性沥青砂胶的整体柔性弹性体材料的性能特点，该磁粉改性沥青砂胶还可用于路面应力吸收层和防裂层等技术。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的一种磁粉改性沥青砂胶及其制备方法的制备流程。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
图1示出了本发明一种磁粉改性沥青砂胶及其制备方法的实施例，本实施例的磁粉改性沥青砂胶，其特征在于：选用的磁粉为粒径100微米的钕铁硼磁粉，沥青为SBS改性沥青，矿粉为石灰岩矿粉，表面活性剂为Si69硅烷偶联剂。
选用不同掺量的钕铁硼磁粉制备磁粉改性沥青砂胶，并与未掺加磁粉的SBS改性沥青砂胶的性能进行对比。其中，未掺加磁粉的SBS改性沥青砂胶A的各原材料质量分数为：SBS改性沥青20.0％，矿粉80.0％；钕铁硼磁粉改性沥青砂胶B的各原材料质量分数为：钕铁硼磁粉20.0％，SBS改性沥青20.0％，矿粉59.6％，硅烷偶联剂Si69 0.4％。
钕铁硼磁粉改性沥青砂胶B的制备方法包括以下步骤：
S1.Si69硅烷偶联剂用量为钕铁硼磁粉用量的2％，将Si69硅烷偶联剂按质量比m1(Si69硅烷偶联剂)∶m2(水)∶m3(乙醇)＝1∶1∶20充分水解2h，制备成偶联剂溶液；
S2.将钕铁硼磁粉按质量比m4(钕铁硼磁粉)∶m1(Si69硅烷偶联剂)＝50∶1放入制备好的硅烷偶联剂溶液中，搅拌均匀，确保钕铁硼磁粉表面被偶联剂充分裹匀，形成钕铁硼磁粉与偶联剂溶液的混合液；
S3.将钕铁硼磁粉混合液放入干燥器中干燥至恒重，即可得到活化后的钕铁硼磁粉；
S4.将活化后的钕铁硼磁粉和矿粉组成的混合填料按质量配比混合均匀；
S5.将混合填料以180℃的温度进行加热；
S6.将SBS改性沥青置于175℃温度下加热至融化状态；
S7.在165～175℃温度条件下，按质量配比将融化的SBS改性沥青倒入预热好的混合填料中进行均匀湿拌，即可得到钕铁硼磁粉改性沥青砂胶B；
S8.对制得的钕铁硼磁粉改性沥青砂胶B采用高压脉冲式充磁机进行充磁，即可制备得到带有磁性的钕铁硼磁粉改性沥青砂胶C。
未掺加磁粉的SBS改性沥青砂胶A的制备方法包括以下步骤：
S1.将矿粉以180℃的温度进行加热；
S2.将SBS改性沥青置于175℃温度下加热至融化状态；
S3.在165～175℃温度条件下，按质量配比将融化的SBS改性沥青倒入预热好的矿粉中进行均匀湿拌，即可得到SBS改性沥青砂胶A。
对SBS改性沥青砂胶及充磁前后的钕铁硼磁粉改性沥青砂胶B和C分别进行高温、低温、流动和粘结等性能试验，比较钕铁硼磁粉掺入及磁化后对SBS改性沥青砂胶的性能影响效果，试验结果如表1所示。
表1三种改性沥青砂胶性能试验数据
从表1可以看出，钕铁硼磁粉掺入SBS改性沥青砂胶后，与未掺加磁粉的SBS改性沥青砂胶A相比，充磁前后的钕铁硼磁粉改性沥青砂胶B和C的软化点分别提高了8.5％和24.8％，粘结强度分别提高了18.3％和50.8％，流动性分别提高了0.3倍和1.3倍，显示其高温性能和粘结强度明显提高，且充磁后的提升幅度更显著；但是流动性有较大幅度的降低，流淌性和低温柔性变化不大，均表现良好。表明钕铁硼磁粉掺入及磁化后，体现了粉体改性、磁力粘结和磁致硬化效果，进一步提升了钕铁硼磁粉的改性效果，用于钢桥面沥青铺装结构缓冲层，能显著地提高其高温性能、粘结性能和变形追从性。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动，如改变沥青砂胶沥青种类和矿粉类型及改变磁粉类型、掺配比例和方式等，均为本发明常见变化，在此不一一详述。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种磁粉改性沥青砂胶，其特征在于：其由磁粉、沥青、矿粉和表面活性剂按比例制备而成，各组分质量分数为：磁粉0.5％～85.0％，沥青15.0％～30.0％，矿粉0.5％～85.0％，表面活性剂0.0％～2.0％。
2.根据权利要求1所述的磁粉改性沥青砂胶，其特征在于：所述的磁粉为毫米级、微米级或纳米级的钕铁硼磁粉、钡铁氧体磁粉、锶铁氧体磁粉、四氧化三铁磁粉、羰基铁粉、铝镍钴磁粉中任意一种或一种以上组合的能均匀分散于沥青砂胶中、磁化后带有磁性且不易消磁的磁性颗粒。
3.根据权利要求1所述的磁粉改性沥青砂胶，其特征在于：所述的沥青可为普通道路石油沥青、聚合物改性沥青、天然沥青改性沥青、复合改性沥青中任意一种或一种以上组合的沥青。
4.根据权利要求1所述的磁粉改性沥青砂胶，其特征在于：所述的表面活性剂为偶联剂、硬脂酸类表面活性剂、脂肪酸类表面活性剂或乳液中任意一种或一种以上组合的表面活性剂；所述的磁粉经过表面活性剂活化后，能均匀地分散到沥青砂胶中，形成活化磁粉。
5.根据权利要求1所述的磁粉改性沥青砂胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将表面活性剂按质量配比制备成溶液，溶剂可为无水乙醇、煤油、烃类溶剂、松节油或丙酮溶剂；
S2.将磁粉按质量配比放入制备好的表面活性剂溶液中，搅拌均匀，确保磁粉表面被表面活性剂充分裹匀，形成磁粉与表面活性剂溶液的混合液；
S3.将磁粉混合液放入干燥器中干燥至恒重，即可得到活化后的磁粉；
S4.将活化后的磁粉和矿粉组成的混合填料按质量配比混合均匀；
S5.将混合填料以155～190℃的温度进行加热；
S6.将沥青置于135～175℃温度下加热至融化状态；
S7.在设定的温度条件下，按质量配比将融化的沥青倒入预热好的混合填料中进行均匀湿拌，即可得到磁粉改性沥青砂胶；
S8.对制得的磁粉改性沥青砂胶进行充磁，即可制备得到带有磁性的磁粉改性沥青砂胶。
6.根据权利要求5所述的磁粉改性沥青砂胶的制备方法，其特征在于：步骤S8中，所述的充磁方式可采用电容式脉冲充磁机、无储能脉冲充磁机或恒流充磁机进行。
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