CN114539795A - 电活性聚合物与炭黑复合改性导电自愈合沥青的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电活性聚合物与炭黑复合改性导电自愈合沥青的制备方法，属于自愈合沥青领域，解决目前沥青路面养护任务重，沥青内部微损伤不易发现，难以及时养护及自愈合沥青制备方法操作复杂，沥青路面耐久性差等问题。本发明首先采用溶液浇铸法制得聚偏二氟乙烯‑六氟丙烯和炭黑的混合物并磨成粉末。在150℃条件下，将炭黑粉末及混合物粉末分别加入基质沥青中高速剪切1小时，并陈化1小时。用傅立叶红外光谱、透射电子显微镜、差示扫描量热法及热重法，评价电活性，通过通电加热测试自愈合能力，使沥青具有良好的电热特性、自愈合能力及路用性能。本发明制备改性沥青，建设的道路能够具有良好的电热自愈合能力，对于前期裂缝的治理具有有益效果。
Description
技术领域
本发明是一种电活性聚合物与炭黑复合改性导电自愈合沥青的制备方法，属于道路自愈合沥青材料技术领域。
背景技术
二十一世纪以来，随着我国国民经济快速增长，综合国力日益增强，基础设施建设也日趋完善，特别是我国公路建设处于持续快速发展阶段。截止至2020年底，我国公路总里程己经达到519.81万公里，其中高速公路里程达到16.10万公里。随着道路使用时间的增加和里程总量的快速增长，我国的道路养护需求也呈现出快速增长的态势。在此情况下，沥青路面会出现众多病害，常见的病害主要有裂缝类、松散类、变形类3种类型。其中裂缝类所占的比例是最高的。沥青混凝土路面的裂缝主要分为横缝、纵缝、龟裂几种，其主要原因有承载力不足、地基沉降、沥青老化及疲劳、水损害等。
因此，道路建设的养护任务越来越重，研制高性能的改性沥青，以及自愈合改性沥青越来越热门。目前，改性沥青主要有热塑弹性体、橡胶、聚合物树脂改性沥青的等方向，例如 SBS改性沥青、丁苯橡胶改性沥青、环氧树脂改性沥青等都有着广泛的运用。但是，目前的沥青化学改性技术仅能满足基本的道路行业需求，目前的道路养护工艺仅能对中期或中后期的道路病害进行养护，没有针对6mm以下缝宽的早期道路损伤进行单独的道路预养护工艺设计，同时目前的养护工艺在性价比和环境效益上还拥有极大的改进空间。
沥青作为一种复杂的混合高分子材料，其物性是遵循高分子运动规律、应力松弛原理和时温等效原理的。虽然沥青混凝土本身具有一定的自修复性能，有自我修复或者自我愈合的能力，在荷载间歇期，由于长时间服役而使得沥青混凝土中产生的小于某尺度(阈值尺度) 的微裂纹是可以自动愈合的，其模量和强度能够得到恢复、疲劳寿命得到延长。但是，沥青本身修复能力有限且耗时较长，且当温度过低或裂纹大于其可自修复的阈值尺度时，沥青很难实现自我修复。
目前主要采取诱导加热技术与微胶囊技术来提高沥青自愈合的性能。诱导加热是通过电磁感应、微波辐射的方法，提高沥青混合料的温度，增大沥青分子扩散速率与范围，加快沥青材料自修复速度；微胶囊技术是通过在沥青混合料中掺入包含再生剂的微型胶囊，当裂纹发展到微胶囊表面，微胶囊外壳在应力集中作用下破裂，内部再生剂通过毛细管作用扩散，使老化沥青性能得到恢复并封闭裂缝。但是诱导加热技术仍需要大型的工程车进行处理，而微胶囊技术在几次破坏之后修复能力就明显下降，耐久性较弱。
而目前的导电沥青，主要的研究方向是针对路面除冰雪，利用导电沥青混凝上的良好导电性能，在与外部电源接通后，将电能转化为热能，是路面产生热量，温度升高，而融化路面的冰雪。但是由于沥青本身的特性，导电沥青的电热效应使沥青的温度升高，其裂缝之间沥青的流动性和粘聚性都会有所提升，从而使沥青的自愈合性能也有所增强。
发明内容
(1)技术问题
本发明目的是提供一种电活性聚合物与炭黑复合改性导电自愈合沥青的制备方法，解决目前沥青路面养护任务重，沥青内部微损伤不易发现，难以及时养护及自愈合沥青制备方法操作复杂，沥青路面耐久性差等问题。
(2)技术方案
为了解决目前沥青路面养护任务重、沥青内部微损伤不易发现，难以及时养护及目前自愈合沥青制备方法操作复杂、沥青路面耐久性差等问题。本发明提供一种电活性聚合物及炭黑复合改性导电自愈合沥青的制备方法。本发明技术方案如下：首先选取聚偏二氟乙烯-六氟丙烯作为沥青改性剂，然后根据聚偏二氟乙烯-六氟丙烯及沥青特性，添加导电炭黑来促使聚偏二氟乙烯-六氟丙烯向具有电活性的结晶相转化并且提高沥青导电性，采用溶液浇铸法制得聚偏二氟乙烯-六氟丙烯炭黑复合材料，利用傅立叶红外光谱分析聚偏二氟乙烯-六氟丙烯在炭黑作用下向电活性晶相转化效果；再采用剪切搅拌法使聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、炭黑、沥青充分融合，然后用傅立叶红外光谱、透射电子显微镜、差示扫描量热及热重分析等手段分析聚偏二氟乙烯-六氟丙烯及炭黑对沥青改性的微观影响以及聚偏二氟乙烯-六氟丙烯在沥青中的电活性晶相转变效果，最后再测试改性沥青的基础性能以及电热自愈合能力，以确定最佳掺杂量，进一步提高改性沥青的基础性能及自愈合能力。
(3)有益效果
随着道路使用时间的增加和里程总量的快速增长，我国的道路养护需求也呈现出快速增长的态势。尤其是对于裂缝发展的前期养护由于其难发现，难处理，养护起来十分困难。而这些前期的微损伤、微裂缝若得不到有效地处理，在荷载、温度、水等各方面因素的继续作用下，这些微裂缝会发展成更严重的病害，严重影响沥青道路后续的路用性能，缩短了道路的使用寿命，也增加了后续养护的成本。目前的自愈合沥青研究仍存在操作较为复杂，耐久性较差等缺点。本发明目的是提供一种电活性聚合物/炭黑复合改性导电自愈合沥青的制备方法。解决目前沥青路面养护任务过重、沥青内部微损伤难以发现，难以养护以及目前自愈合沥青操作复杂、耐久性差等问题，能够较为有效地提升沥青路面的自愈合能力，减少早期破坏，减少早期养护的投入。
具体实施方式
本发明目的是提供一种电活性聚合物与炭黑复合改性导电自愈合沥青的制备方法，具体实施步骤如下：
(1)称取一定质量的基质沥青，称取占基质沥青质量5％的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯粉末，称取占基质沥青质量0.5％的炭黑粉末A，另称取占聚偏二氟乙烯-六氟丙烯粉末质量0.5％的炭黑粉末B；
(2)在一个烧杯中加入N，N-二甲基甲酰胺溶剂、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯粉末和炭黑粉末B，使用行星搅拌机搅拌40分钟，充分拌和后，采用溶液浇铸法，将二者加热至120℃，使N，N-二甲基甲酰胺挥发干净后制得混合物C，放入研钵中，研磨成粉末D；
(3)将基质沥青加热到150℃，先将炭黑粉末A加入基质沥青中，采用高速剪切机在150℃温度下剪切1小时，再将粉末D加入到基质沥青中，采用高速剪切机在150℃温度下再剪切 1小时，使聚偏二氟乙烯-六氟丙烯粉末充分熔融，然后放入150℃烘箱陈化1小时，制得电活性聚合物与炭黑复合改性沥青；
(4)采用傅立叶红外光谱、透射电子显微镜、差示扫描量热法及热重法分析聚偏二氟乙烯-六氟丙烯在沥青中的结晶效果，计算其电活性结晶相的含量，通过通电加热测试沥青的电热特性及自愈合能力，经反复试验验证，确定电活性聚合物与炭黑的最佳掺量，使沥青具有良好的电热特性、自愈合能力及路用性能。
Claims (1)
1.一种电活性聚合物与炭黑复合改性导电自愈合沥青的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：
(1)称取一定质量的基质沥青，称取占基质沥青质量5％的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯粉末，称取占基质沥青质量0.5％的炭黑粉末A，另称取占聚偏二氟乙烯-六氟丙烯粉末质量0.5％的炭黑粉末B；
(2)在一个烧杯中加入N，N-二甲基甲酰胺溶剂、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯粉末和炭黑粉末B，使用行星搅拌机搅拌40分钟，充分拌和后，采用溶液浇铸法，将二者加热至120℃，使N，N-二甲基甲酰胺挥发干净后制得混合物C，放入研钵中，研磨成粉末D；
(3)将基质沥青加热到150℃，先将炭黑粉末A加入基质沥青中，采用高速剪切机在150℃温度下剪切1小时，再将粉末D加入到基质沥青中，采用高速剪切机在150℃温度下再剪切1小时，使聚偏二氟乙烯-六氟丙烯粉末充分熔融，然后放入150℃烘箱陈化1小时，制得电活性聚合物与炭黑复合改性沥青；
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220527 |