CN114560649A - 提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料制备方法，属于建筑材料领域。本发明通过在普通沥青胶浆中加入玄武岩纤维进行改性，从而具备较好高温抗车辙性能的纤维改性沥青胶浆制备方法。一方面玄武岩纤维是符合生态环境要求的绿色材料，本身具有耐高温、高强度和高模量的特点，是一种纯天然的无机金属材料；另一方面玄武岩纤维的加入大幅改善了沥青胶浆的耐高温性能。本发明选取沥青与矿粉质量比为1:1进行制备普通沥青胶浆，在普通沥青胶浆内掺入不同长度(2‑4mm、5‑7mm和8‑9mm)和不同质量比例(占沥青质量的3％、6％和9％)的玄武岩纤维制备纤维改性沥青胶浆，通过室内多应力蠕变恢复试验，证明了玄武岩纤维的添加明显提升了普通沥青胶浆的高温抗车辙能力。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，它涉及一种在高温环境下具备较好抗车辙能力的环保型沥青胶浆材料的制备方法。
背景技术
沥青路面优良的使用性能及寿命与沥青胶浆的性能密切相关，沥青胶浆作为沥青混合料的粘结剂，其性能的优劣对于沥青路面的性能有着举足轻重的影响，因此改善沥青胶浆的性能是提升沥青路面使用性能的重要手段。改善沥青胶浆使用性能传统的方法是添加一些填充物，如水泥颗粒、矿粉等物质，但是改善效果并不明显。目前玄武岩纤维对水泥或混凝土具有较好的增强效果，其对沥青胶浆的性能影响存在空缺，纤维长度和掺量在沥青胶浆高温稳定性、低温抗裂性及抗老化性能上存在不同程度的技术问题，如何全面提升沥青胶浆各个温度环境下路用性能是今后的主要研究方向。专利汇网站上刊登了4份对比文献，分别为201610613427.8、200810030794.0、202011456989.9、202010563111.9。这4篇文献都提到了用玄武岩短纤维、沥青混合(其中2篇也有矿粉)制备沥青胶浆材料，但是从材料的组成、工艺、产品性能、用途等方面与本发明申请都存在有明显差异。
发明内容
沥青胶浆作为沥青混合料重要的粘结剂，对其性能研究尤为重要，传统改善沥青胶浆性能的方法效果并不明显，且纤维主要用来作为沥青混合料的增强剂，其对沥青胶浆的性能影响不系统，不充分。因此，本发明的目的即为发明一种在高温环境下具备较好高温抗车辙性能的环保型沥青胶浆材料的制备方法，并通过高温蠕变恢复试验加以证明。
一种纤维改性沥青胶浆其特征为首先将玄武岩纤维和矿粉在60℃的烘箱中干燥预处理30～40分钟，去除其表面水分；同时将基质沥青加热至135℃，使其处于流动状态；然后，将经过预处理的矿粉与基质沥青以1：1质量比进行混合，得到普通沥青胶浆；最后将不同规格玄武岩纤维与普通沥青胶浆以不同质量比例(3％，6％和9％)进行混合，制备得到一种抗车辙性能的环保型纤维沥青胶浆材料。
进一步地，为使浆体细密且均匀，采用数显磁力搅拌器以2000转/分钟高速搅拌25-35分钟，以排除浆体内部气泡。
进一步地，所述玄武岩纤维的长度为2-4mm、5-7mm和8-9mm，直径16-18μm。
进一步地，所述玄武岩纤维的物理特性如下：
通过分析多应力蠕变恢复试验中剪切应变的变化来量化表征普通沥青胶浆或抗车辙型普通沥青胶浆的高温抗变形能力。将以上制备好的各种改性沥青胶浆样品(含基质沥青和普通沥青胶浆)进行多重应力蠕变恢复试验，试验中选用0.1kPa和3.2kPa两种蠕变应力水平进行连续测试，每个应力水平重复进行10个1秒蠕变加载和9秒卸载恢复周期，试验总时间为200秒，示意图如图1所示。分别根据两个应力水平下的累积剪切应变评价沥青胶浆的高温抗变形能力，如表1所示。选取不同应力水平下的不可恢复蠕变柔量(Jnr)作为评价指标，Jnr的计算公式为：
Jnr＝(γnr-γ0)/τ (1)
式中，γnr为每个加载周期内的残留应变，γ0为每个加载周期内的初始应变。
本发明的技术原理是因为玄武岩纤维具有紧密的晶体结构，表面具有很好的浸润性，同时它较大的比表面积，能在沥青中起到吸附、增粘和稳定作用。同时它较高的抗拉强度和弹性模量也能增强、增韧沥青。当玄武岩纤维长度较低时，纤维可以充分分散在沥青胶浆中。玄武岩纤维可以提高沥青胶浆的高温变形能力，增加沥青胶结料的粘度，增强沥青胶浆的强度。随着纤维长度的增加，在沥青胶浆中纤维含量达到最佳含量之前，沥青胶浆的高温稳定性迅速增加。当纤维含量超过这个最佳值时，由于纤维在沥青胶浆中的分散不均匀和沥青胶结料的吸附性过强，导致纤维出现团聚现象，会降低高温稳定性。但本申请中玄武岩纤维长度和含量选取均适宜并不存在因为纤维过长和含量过高而引起高温性能下降的问题，从而证明了本发明针对提升沥青胶浆高温抗车辙性能研究方法的科学有效性。
本发明选取沥青与矿粉质量比为1:1进行制备普通沥青胶浆，在普通沥青胶浆内掺入不同长度(2-4mm、5-7mm和8-9mm)和不同质量比例(占沥青质量的3％、6％和9％)的玄武岩纤维制备纤维改性沥青胶浆，通过室内多应力蠕变恢复试验，证明了玄武岩纤维的添加明显提升了普通沥青胶浆的高温抗车辙能力。
附图说明
图1是典型的MSCR试验蠕变-恢复试验结果示意图，
图2是不可恢复蠕变柔量(Jnr)结果图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围不局限于以下所述。
对比例1
一种玄武岩纤维沥青，采用的原料如下：玄武岩短切纤维、沥青、45-60％氢氧化钠溶液；玄武岩短切纤维与沥青的质量比为1-2∶100；45-60％氢氧化钠溶液用量以玄武岩短切纤维放入后能够浸没为准；玄武岩短切纤维为表面40-60％被环氧树脂涂层覆盖的纤维；玄武岩短切纤维为长度3-4mm与7-9mm的纤维按质量比5∶1-2的混合物；玄武岩短切纤维与沥青的质量比为1-1.5∶100。
对比例2
一种玄武岩复合纤维，以质量份计，复合纤维由以下成分组成，玄武岩纤维20-75份、木质素纤维0-25份，SBS辅助剂4-10份、TLA稳定剂8-10份、粘合剂0.1-3份，改性剂5-10份，橡胶粉1-1.5份；一种含玄武岩复合纤维的沥青混合料，以质量份计，所述沥青混合料包括以下成分组成，玄武岩纤维20-75份、木质素纤维0-25份、SBS沥青辅助剂4-10份、TLA沥青稳定剂8-10份、粘合剂0.1-3份、改性剂5-10份、粗细集料1000-2500份。
实施例1：
一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料制备方法，具体包括如下步骤：
1)将玄武岩纤维和矿粉在烘箱中干燥预处理30～40分钟，通过预处理去除其表面水分，同时将基质沥青在135℃的烘箱中进行加热使其处于流动状态；
2)将经过预处理的矿粉与基质沥青以1:1的比例进行混合，制备得到普通沥青胶浆；
3)再将经过预处理的长度为2-4mm，直径为16-18μm的玄武岩纤维与基质沥青与矿粉以0.03:1:1的比例进行混合；
4)采用数显磁力搅拌器以2000转/分钟高速搅拌30分钟，以排除浆体内部气泡，得到均匀的玄武岩纤维改性沥青胶浆。其不同蠕变应力下测得的累积剪切应变结果如表1所示。
实施例2：
一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料制备方法，具体包括如下步骤：
1)将玄武岩纤维和矿粉在烘箱中干燥预处理30～40分钟，通过预处理去除其表面水分，同时将基质沥青在135℃的烘箱中进行加热使其处于流动状态；
2)将经过预处理的矿粉与基质沥青以1:1的比例进行混合，制备得到普通沥青胶浆；
3)再将经过预处理的长度为2-4mm，直径为16-18μm的玄武岩纤维与基质沥青与矿粉以0.06:1:1的比例进行混合；
4)采用数显磁力搅拌器以2000转/分钟高速搅拌30分钟，以排除浆体内部气泡，得到均匀的玄武岩纤维改性沥青胶浆。其不同蠕变应力下测得的累积剪切应变结果如表1所示。
实施例3：
一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料制备方法，具体包括如下步骤：
1)将玄武岩纤维和矿粉在烘箱中干燥预处理30～40分钟，通过预处理去除其表面水分，同时将基质沥青在135℃的烘箱中进行加热使其处于流动状态；
2)将经过预处理的矿粉与基质沥青以1:1的比例进行混合，制备得到普通沥青胶浆；
3)再将经过预处理的长度为2-4mm，直径为16-18μm的玄武岩纤维与基质沥青与矿粉以0.09:1:1的比例进行混合；
4)采用数显磁力搅拌器以2000转/分钟高速搅拌30分钟，以排除浆体内部气泡，得到均匀的玄武岩纤维改性沥青胶浆。其不同蠕变应力下测得的累积剪切应变结果如表1所示。
实施例4：
一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料制备方法，具体包括如下步骤：
1)将玄武岩纤维和矿粉在烘箱中干燥预处理30～40分钟，通过预处理去除其表面水分，同时将基质沥青在135℃的烘箱中进行加热使其处于流动状态；
2)将经过预处理的矿粉与基质沥青以1:1的比例进行混合，制备得到普通沥青胶浆；
3)再将经过预处理的长度为5-7mm，直径为16-18μm的玄武岩纤维与基质沥青与矿粉以0.03:1:1的比例进行混合；
4)采用数显磁力搅拌器以2000转/分钟高速搅拌30分钟，以排除浆体内部气泡，得到均匀的玄武岩纤维改性沥青胶浆。其不同蠕变应力下测得的累积剪切应变结果如表1所示。
实施例5：
一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料制备方法，具体包括如下步骤：
1)将玄武岩纤维和矿粉在烘箱中干燥预处理30～40分钟，通过预处理去除其表面水分，同时将基质沥青在135℃的烘箱中进行加热使其处于流动状态；
2)将经过预处理的矿粉与基质沥青以1:1的比例进行混合，制备得到普通沥青胶浆；
3)再将经过预处理的长度为5-7mm，直径为16-18μm的玄武岩纤维与基质沥青与矿粉以0.06:1:1的比例进行混合；
4)采用数显磁力搅拌器以2000转/分钟高速搅拌30分钟，以排除浆体内部气泡，得到均匀的玄武岩纤维改性沥青胶浆。其不同蠕变应力下测得的累积剪切应变结果如表1所示。
实施例6：
一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料制备方法，具体包括如下步骤：
1)将玄武岩纤维和矿粉在烘箱中干燥预处理30～40分钟，通过预处理去除其表面水分，同时将基质沥青在135℃的烘箱中进行加热使其处于流动状态；
2)将经过预处理的矿粉与基质沥青以1:1的比例进行混合，制备得到普通沥青胶浆；
3)再将经过预处理的长度为5-7mm，直径为16-18μm的玄武岩纤维与基质沥青与矿粉以0.09:1:1的比例进行混合；
4)采用数显磁力搅拌器以2000转/分钟高速搅拌30分钟，以排除浆体内部气泡，得到均匀的玄武岩纤维改性沥青胶浆。其不同蠕变应力下测得的累积剪切应变结果如表1所示。
实施例7：
一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料制备方法，具体包括如下步骤：
1)将玄武岩纤维和矿粉在烘箱中干燥预处理30～40分钟，通过预处理去除其表面水分，同时将基质沥青在135℃的烘箱中进行加热使其处于流动状态；
2)将经过预处理的矿粉与基质沥青以1:1的比例进行混合，制备得到普通沥青胶浆；
3)再将经过预处理的长度为8-9mm，直径为16-18μm的玄武岩纤维与基质沥青与矿粉以0.03:1:1的比例进行混合；
4)采用数显磁力搅拌器以2000转/分钟高速搅拌30分钟，以排除浆体内部气泡，得到均匀的玄武岩纤维改性沥青胶浆。其不同蠕变应力下测得的累积剪切应变结果如表1所示。
实施例8：
一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料制备方法，具体包括如下步骤：
1)将玄武岩纤维和矿粉在烘箱中干燥预处理30～40分钟，通过预处理去除其表面水分，同时将基质沥青在135℃的烘箱中进行加热使其处于流动状态；
2)将经过预处理的矿粉与基质沥青以1:1的比例进行混合，制备得到普通沥青胶浆；
3)再将经过预处理的长度为8-9mm，直径为16-18μm的玄武岩纤维与基质沥青与矿粉以0.06:1:1的比例进行混合；
4)采用数显磁力搅拌器以2000转/分钟高速搅拌30分钟，以排除浆体内部气泡，得到均匀的玄武岩纤维改性沥青胶浆。其不同蠕变应力下测得的累积剪切应变结果如表1所示。
实施例9：
一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料制备方法，具体包括如下步骤：
1)将玄武岩纤维和矿粉在烘箱中干燥预处理30～40分钟，通过预处理去除其表面水分，同时将基质沥青在135℃的烘箱中进行加热使其处于流动状态；
2)将经过预处理的矿粉与基质沥青以1:1的比例进行混合，制备得到普通沥青胶浆；
3)再将经过预处理的长度为8-9mm，直径为16-18μm的玄武岩纤维与基质沥青与矿粉以0.09:1:1的比例进行混合；
4)采用数显磁力搅拌器以2000转/分钟高速搅拌30分钟，以排除浆体内部气泡，得到均匀的玄武岩纤维改性沥青胶浆。其不同蠕变应力下测得的累积剪切应变结果如表1所示。
表1 不同沥青材料的剪切应变实测结果
从剪切应变实测结果和对高温抗车辙性能指标Jnr分析可以看出，普通沥青胶浆的累积变形应变小于基质沥青，改性沥青胶浆的累积剪切应变随着玄武岩纤维掺量和长度增加逐渐升高，说明矿粉和玄武岩纤维加入提升了其高温抗蠕变变形能力，改性沥青胶浆的抗变形能力随着纤维长度和纤维含量增加逐渐增强，从而证明玄武岩纤维对于改善沥青胶浆的高温抗车辙性能具有明显优势。
以上所述实施方式仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范畴的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
另外从专利汇网站检索到4篇对比文件，将本申请分别与该4份文件进行对比分析，从解决的技术问题、材料组成、技术方案和手段、技术效果几方面分别展开论述。
与对比文件1比较，本申请在解决的技术问题、材料组成、技术方案和手段、技术效 果方面具有显著特点，表2列出本申请与对比文件1的详细比较。
表2 本申请和对比文件1的比较
与对比文件2比较，本申请在解决的技术问题、材料组成、技术手段和方案、技术效 果方面的特点和创新性在表3中进行了详细对比。
表3 本申请和对比文件2的比较
与对比文件3比较，本申请在解决的技术问题、材料组成、技术手段和方案、技术效 果方面的特点和创新性在表4中进行了详细对比。
表4 本申请和对比文件3的比较
与对比文件4比较，本申请在解决的技术问题、材料组成、技术手段和方案、技术效 果方面的特点和创新性在表5中进行了详细对比。
表5 本申请和对比文件4的比较
Claims (4)
1.一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料的制备方法，其特征在于首先将玄武岩纤维和矿粉在60℃的烘箱中干燥预处理30～40分钟，去除其表面水分；同时将基质沥青加热至135℃，使其处于流动状态；然后，将经过预处理的矿粉与基质沥青以1：1质量比进行混合，得到普通沥青胶浆；最后将不同规格玄武岩纤维与普通沥青胶浆以3％，6％和9％不同质量比例进行混合，制备得到一种抗车辙性能的环保型纤维沥青胶浆材料。
2.一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料的制备方法，其特征在于为使浆体细密且均匀，采用数显磁力搅拌器以2000转/分钟高速搅拌25-35分钟，以排除浆体内部气泡。
3.一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料的制备方法，其特征在于所述玄武岩纤维的长度为2-4mm、5-7mm和8-9mm，直径16-18μm。
4.一种提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料的制备方法，其特征在于所述玄武岩纤维的物理特性如下：
直径为16-18μm，密度为2.705g/cm3，线密度平均值为236tex，线密度偏差为±2.6％，拉伸断裂强度为1.71×103MPa，拉伸弹性模量为7.54×104MPa，拉伸断裂伸长率为2.5％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210335480.1A CN114560649A (zh) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 提升沥青胶浆高温抗车辙性能的环保型材料的制备方法 |
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|---|---|---|---|
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2739784C1 (ru) * | 2020-03-02 | 2020-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» | Состав органоминерального материала для изготовления асфальтобетонного покрытия |
| CN113511841A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-10-19 | 江苏绿材谷新材料科技发展有限公司 | 一种掺加絮状玄武岩纤维的沥青混合料 |
-
2022
- 2022-03-31 CN CN202210335480.1A patent/CN114560649A/zh active Pending
Patent Citations (2)
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| RU2739784C1 (ru) * | 2020-03-02 | 2020-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» | Состав органоминерального материала для изготовления асфальтобетонного покрытия |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张庆宇等: "玄武岩纤维增强沥青胶浆试验与性能研究", 《铁道建筑》 * |
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