CN112811854B - 一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土及其制备方法。该制备方法，原料组分按重量份计，包括如下步骤：将有机硅改性层状双金属氢氧化物、石墨烯和有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂；将钢棉纤维和预先加热至130～140℃的集料进行预拌和，随后加入预先加热至140～150℃的改性沥青和阻燃温拌剂进行搅拌，然后加入矿粉进行搅拌，再经成型工序，得到阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土。本发明通过向体系中加入有机硅改性层状双金属氢氧化物、石墨烯、有机降粘剂和钢棉纤维，能够充分发挥各组分的协同作用，显著提高改性沥青混凝土的阻燃性能、温拌性能和自愈合性能。

Description

一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及沥青混凝土技术领域，尤其涉及一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土及其制备方法。
背景技术
沥青路面降噪性好、施工时间短、易维修、良好的行车舒适性的优势，使其在隧道沥青路面中得到较广泛的应用。然而，沥青是一种易燃物质，沥青路面的使用无疑增大了隧道发生火灾时的危险性。同时，由于隧道特殊的封闭性，在沥青路面施工过程中，采用传统的热拌沥青混合料会产生大量的沥青烟气，对施工人员健康安全造成隐患，大量烟气稀释了空气中的氧气，会造成机械设备停机故障，影响施工进度。而且由于隧道较为潮湿的环境，对路面的抗水损害性能具有更高要求，但是隧道中巨大的交通量，增加了路面后期养护难度。
因此，研发一种同时具有阻燃、温拌和自愈合效果的沥青混凝土具有重要的意义。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土及其制备方法，用以解决现有技术中沥青混凝土阻燃性能、温拌性能和自愈合性能差的技术问题。
本发明的第一方面提供一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法，原料组分按重量份计，包括如下步骤：
将1～3份有机硅改性层状双金属氢氧化物、1～3份石墨烯和0.2～0.5份有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂；
将4～8份钢棉纤维和预先加热至130～140℃的1800～2200份集料进行预拌和，随后加入100份预先加热至140～150℃的改性沥青和上述阻燃温拌剂进行搅拌85～95s，然后加入170～230份矿粉进行搅拌85～95s，再经成型工序，得到阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土。
本发明的第二方面提供了一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土，该阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土通过本发明第一方面提供的阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过向体系中加入有机硅改性层状双金属氢氧化物、石墨烯、有机降粘剂和钢棉纤维，能够充分发挥各组分的协同作用，显著提高改性沥青混凝土的阻燃性能、温拌性能和自愈合性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的第一方面提供了一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法，原料组分按重量份计，包括如下步骤：
S1：将1～3份有机硅改性层状双金属氢氧化物、1～3份石墨烯和0.2～0.5份有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂；
S2：将4～8份钢棉纤维和预先加热至130～140℃的1800～2200份集料进行预拌和，随后加入100份预先加热至140～150℃的改性沥青和上述阻燃温拌剂进行搅拌85～95s，然后加入170～230份矿粉进行搅拌85～95s，再经成型工序，得到阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土。
有机硅改性层状双金属氢氧化物在高温下分解形成致密的炭层结构，且蒸汽也有一定的气相阻燃作用，同时有机硅改性后增强了层状双金属氢氧化物和沥青的相容性，有利于提高混凝土的综合性能；石墨烯燃烧时也能形成致密的炭层，同时其导热性能优异，容易使局部的热量被传导到其余的材料中并分散，使得火势难以传播。本发明通过将有机硅改性层状双金属氢氧化物和石墨烯共同作为阻燃剂，能够充分发挥有机硅改性剂、层状双金属氢氧化物和石墨烯三者的协同作用，显著提高阻燃效果，并减少阻燃剂的用量，提升沥青综合性能并降低成本；同时由于石墨烯优异的导热性能，能够在混凝土自愈合过程中，使沥青能够迅速吸热、融化，从而进一步提高自愈合效果；另外，有机硅改性剂还能和有机降粘剂共同作用，显著降低拌和温度，减少有机降粘剂的用量，在提高沥青混凝土温拌性能的前提下，进一步提高阻燃性能和自愈合性能。
本发明通过严格控制上述组分的掺量，充分发挥各组分的协同性能，使所得沥青混凝土具有优异的阻燃性能、温拌性能和自愈合效果。
本实施方式中，上述有机硅改性层状双金属氢氧化物为有机硅改性层状镁铝双金属氢氧化物，镁铝比2：1，其平均粒径为5～10um；石墨烯平均厚度<3.0nm，片层尺寸5～20μm。进一步地，层状双金属氢氧化物与石墨烯质量比为1：1。在该比例范围内，所得沥青混凝土具有最优的综合性能。
更进一步地，上述有机硅改性层状双金属氧化物通过以下步骤得到：将有机硅改性剂分散至乙醇中，随后加入层状双金属氧化物，在60～80℃下反应2～4h，经过滤、干燥得到有机硅改性层状双金属氧化物。其中，有机硅改性剂为γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷，有机硅改性剂与层状双金属氧化物的质量比为1：(2～4)；有机硅改性剂与乙醇的质量比为1：(5～6)。
本实施方式中，上述有机降粘剂为C15～C30的脂肪烃类化合物。本发明对具体的碳链长度不作限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。例如，有机降粘剂可以选用深圳海川新材料科技有限公司的有机降粘剂EC-120。
本实施方式中，上述钢棉纤维的宽度为0.0360～0.0598mm。例如，选用的钢棉纤维来自德州方元钢棉纤维有限公司，具体型号为Q1-80。
本实施方式中，上述集料为玄武岩、石灰岩一种或两种；进一步地，上述集料级配为AC、SMA、OGFC任意一种或多种。
本实施方式中，上述改性沥青为SBS改性沥青。
本实施方式中，上述矿粉为石灰岩矿粉。
本发明的第二方面提供了一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土，该阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土通过本发明第一方面提供的阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法得到。
为避免赘述，本发以下实施例和对比例部分原料总结如下：
层状双金属氧化物：北京泰科莱尔化工有限公司的LDHs，镁铝比2：1；
石墨烯：先丰纳米，厚度2nm，片径5～10μm。
有机降粘剂：深圳海川新材料科技有限公司的有机降粘剂EC-120；
钢棉纤维：德州方元钢棉纤维有限公司，具体型号为Q1-80；
集料：粗集料采用蔚县新源玄武岩矿业有限公司的玄武岩碎石；细集料采用赤城县惠康砂石料加工有限公司的机制砂；集料级配选用的是SMA-13；
改性沥青：秦皇岛中石油燃料沥青有限公司的SBS(I-C)改性沥青；
矿粉：阳原龙阳钙业有限责任公司的石灰岩矿粉。
实施例1
(1)将γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷分散至乙醇中，随后加入层状双金属氧化物，在70℃下反应3h，经过滤、干燥得到有机硅改性层状双金属氧化物。其中，γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷与层状双金属氧化物的质量比为1：3；γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷与乙醇的质量比为1：5。
(2)将2份有机硅改性层状双金属氢氧化物、2份石墨烯和0.3份有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂；
(3)将6份钢棉纤维和预先加热至135℃的2000份集料进行预拌和，随后加入100份预先加热至145℃的改性沥青和上述阻燃温拌剂进行搅拌90s，然后加入200份矿粉进行搅拌90s，再经成型工序，得到阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土。
实施例2
(1)将γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷分散至乙醇中，随后加入层状双金属氧化物，在60℃下反应4h，经过滤、干燥得到有机硅改性层状双金属氧化物。其中，γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷与层状双金属氧化物的质量比为1：4；γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷与乙醇的质量比为1：5。
(2)将1份有机硅改性层状双金属氢氧化物、2份石墨烯和0.5份有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂；
(3)将4份钢棉纤维和预先加热至140℃的2200份集料进行预拌和，随后加入100份预先加热至150℃的改性沥青和上述阻燃温拌剂进行搅拌85s，然后加入230份矿粉进行搅拌85s，再经成型工序，得到阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土。
实施例3
(1)将γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷分散至乙醇中，随后加入层状双金属氧化物，在80℃下反应2h，经过滤、干燥得到有机硅改性层状双金属氧化物。其中，γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷与层状双金属氧化物的质量比为1：2；γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷与乙醇的质量比为1：5。
(2)将3份有机硅改性层状双金属氢氧化物、1份石墨烯和0.2份有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂；
(3)将8份钢棉纤维和预先加热至130℃的1800份集料进行预拌和，随后加入100份预先加热至140℃的改性沥青和上述阻燃温拌剂进行搅拌95s，然后加入170份矿粉进行搅拌95s，再经成型工序，得到阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土。
实施例4
与实施例1相比，区别仅在于，步骤(2)中，将1份有机硅改性层状双金属氢氧化物、3份石墨烯和0.3份有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂。
实施例5
与实施例1相比，区别仅在于，步骤(2)中，将3份有机硅改性层状双金属氢氧化物、1份石墨烯和0.3份有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂。
对比例1
与实施例1相比，区别仅在于，步骤(2)中，将2份层状双金属氢氧化物、2份石墨烯和0.3份有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂。
对比例2
与实施例1相比，区别仅在于，步骤(2)中，将4份有机硅改性层状双金属氢氧化物和0.3份有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂。
对比例3
与实施例1相比，区别仅在于，步骤(2)中，将4份石墨烯和0.3份有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂。
对比例4
与实施例1相比，区别仅在于，步骤(2)中，将2份有机硅改性层状双金属氢氧化物、2份石墨烯和1份有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂。
空白对照组
将2000份集料加热到180℃后，随后加入100份预先加热至160℃的改性沥青进行搅拌90s，然后加入200份矿粉进行搅拌90s，再经成型工序，得到沥青混凝土。
试验组1
分别将上述实施例1～5和对比例1～4以及空白对照组的沥青混凝土切割成70mm*70mm*10mm的混凝土块，将混凝土块分别放入锥形量热仪试验，测试时的热辐射强度为50kW/m2，测试结果见表1。
表1沥青混凝土的锥形量热仪试验
Figure BDA0002896886090000071
Figure BDA0002896886090000081
试验组2
分别将上述实施例1～5和对比例1～4以及空白对照组的沥青混凝土切割成70mm*70mm*10mm的混凝土块，自愈合试验采用断裂强度恢复试验，具体实验步骤如下：(1)将试件置于-10℃的恒温试验箱中保温4h，随后对试件进行三点弯曲破坏试验，得到初始破坏荷载F0；(2)将断裂的试件放置于线圈下设定的距离处加热至试件的表面温度达到120℃；(3)加热时间120s后，停止加热，将试件在室温下放置冷却；(4)重复步骤(1)，可以获得感应加热愈合后的破坏荷载F1。计算前后两次的弯曲试验的破坏荷载比，得到试件的强度恢复率；将两次破坏的试件的裂缝宽度记录下来，分别为L0和L1，计算前后两次的弯曲试验的试件裂缝宽度比，得到试件的裂缝愈合率。
表2沥青混凝土的自愈合试验
Figure BDA0002896886090000082
试验组3
按照JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，分别对上述实施例1～5和对比例1～4以及空白对照组的沥青混合料进行性能测试，测试结果见表3。
表3沥青混凝土的路用性能测试
Figure BDA0002896886090000091
由表1～3可以看出，与对比例1～4和空白对照组相比，本发明实施例1～5均具有较好的阻燃性能、自愈合性能以及路用性能，说明在沥青混凝土中加入有机硅改性层状双金属氢氧化物、石墨烯、有机降粘剂和钢棉纤维，能够充分发挥各组分的协同作用，显著提高改性沥青混凝土的阻燃性能、温拌性能、自愈合性能以及路用性能；同时通过严格控制上述组分的掺量，充分发挥各组分的协同性能，使所得沥青混凝土具有更好的综合性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法，其特征在于，原料组分按重量份计，包括如下步骤：
将1～3份有机硅改性层状双金属氢氧化物、1～3份石墨烯和0.2～0.5份有机降粘剂混合均匀，得到阻燃温拌剂；
将4～8份钢棉纤维和预先加热至130～140℃的1800～2200份集料进行预拌和，随后加入100份预先加热至140～150℃的改性沥青和所述阻燃温拌剂进行搅拌85～95s，然后加入170～230份矿粉进行搅拌85～95s，再经成型工序，得到阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土。
2.根据权利要求1所述阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法，其特征在于，所述有机硅改性层状双金属氢氧化物为有机硅改性层状镁铝双金属氢氧化物，镁铝比2：1，其平均粒径为5～10μ m 。
3.根据权利要求2所述阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法，其特征在于，所述有机硅改性层状双金属氧化物通过以下步骤得到：将γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷分散至乙醇中，随后加入层状双金属氧化物，在60～80℃下反应2～4h，经过滤、干燥得到有机硅改性层状双金属氧化物。
4.根据权利要求3所述阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法，其特征在于，所述γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷与层状双金属氧化物的质量比为1：(2～4)；γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷与乙醇的质量比为1：(5～6)。
5.根据权利要求1所述阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法，其特征在于，所述石墨烯平均厚度<3.0nm，片层尺寸5～20μm。
6.根据权利要求1所述阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法，其特征在于，所述层状双金属氢氧化物与石墨烯质量比为1：1。
7.根据权利要求1所述阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法，其特征在于，所述有机降粘剂为C15～C30的脂肪烃类化合物。
8.根据权利要求1所述阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法，其特征在于，所述钢棉纤维的宽度为0.0360～0.0598mm；所述集料为玄武岩、石灰岩一种或两种，所述集料级配为AC、SMA、OGFC任意一种或多种；所述改性沥青为SBS改性沥青；所述矿粉为石灰岩矿粉。
9.一种阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土，其特征在于，所述阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土通过权利要求1～8中任一项所述阻燃温拌感应加热自愈合沥青混凝土的制备方法得到。
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杨钦麟等.二苯酮-4改性LDHs对沥青混合料抗老化性能影响研究.《 武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》.2018,第42卷(第1期),全文. *

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