CN115385564A - 一种沥青混合料用玄武岩纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及C03C13/06，具体涉及一种沥青混合料用玄武岩纤维及其制备方法。原料包括玄武岩粉料64‑88份，锆英砂4‑18份，调理剂52‑174份。本发明制备得到的沥青混合料用玄武岩纤维不仅具有优异的力学性能，而且吸油率高，耐温性好。
Description
技术领域
本发明涉及C03C13/06，具体涉及一种沥青混合料用玄武岩纤维及其制备方法。
背景技术
近年来随着我国经济的快速发展，国省干线公路交通组成发生了重大变化，重载交通已成为高速公路的主要运输形式，也成为控制路面结构及材料设计的关键因素，在此大环境下沥青路面的早期破坏现象十分严重，沥青路面耐久性大大降低。这些问题的出现严重影响了行车速度、行车安全，加大了汽车磨损，缩短了沥青路面使用寿命，也越来越引起业内企业的普遍关注。
专利CN202010350857.1玄武岩纤维表面改性剂及表面改性的玄武岩纤维将苯甲醇，2-甲基-2羟基丙酸，甲基丙烯酸环氧丙酯，聚丙烯，聚乙烯，硅烷偶联剂等试剂对玄武岩纤维进行改性，有效增强了与沥青的相容性和抗疲劳，耐高温等性能。但该方法对力学性能的改善效果有限，容易导致损坏。
专利CN201210539838.9一种含改性玄武岩纤维和聚合物的复合材料及其制备方法通过高温熔融法后离心制成改性玄武岩纤维，有效提高了沥青的高低温及耐疲劳，耐老化等性能。但该方法制备复杂，对于操作的要求较高，生产成本高，无法完全满足客户的需要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种沥青混合料用玄武岩纤维，按重量份计，原料包括玄武岩粉料64-88份，锆英砂4-18份，调理剂52-174份。
优选的，所述玄武岩粉料为拉斑玄武岩粉料。
进一步优选的，所述玄武岩粉料中二氧化硅含量为55-67wt％，氧化铝含量为13-17wt％，氧化钙和氧化镁的总含量为10-13wt％，氧化钛的含量为1-1.5wt％，氧化钠和氧化钾的总含量为2.1-2.5wt％。拉斑玄武岩粉料具有较低的碱金属氧化物含量，防止碱性过高时，拉斑玄武岩粉料的粘度过低，影响纤维的成型。
优选的，所述锆英砂中氧化锆含量为60-70wt％，二氧化硅含量30-40wt％。
进一步优选的，所述玄武岩粉料和锆英砂的质量比为(75-85)：(8-13)。
沥青具有低温硬化，高温软化的缺陷，因此沥青路面容易受温度影响发生破坏。本发明意外研究发现通过玄武岩粉料和锆英砂复配可以显著改善玄武岩纤维的力学性能和耐温性。推测是由于锆英砂能够填充玄武岩粉料的间隙，帮助细化体系中晶体颗粒，当玄武岩粉料和锆英砂的质量比为(75-85)：(8-13)时，锆英砂含有较高的氧化锆与拉斑玄武岩粉料中含有的大量二氧化硅，氧化铝之间形成多种晶相结构，促进玄武岩纤维的力学性能和耐温性的提升。有效抑制裂缝的增长，提高沥青路面耐久性，防止路面被破坏。
优选的，按质量百分比计，所述调理剂包括表面活性剂0.1-5％，缓冲剂2-7％，偶联剂0.1-1％，水补充余量。
优选的，所述聚醚类表面活性剂，聚氧乙烯类表面活性剂，多元醇类表面活性剂，酰胺类表面活性剂中的一种或多种的组合。
进一步优选的，所述表面活性剂包括聚醚类表面活性剂和酰胺类表面活性剂。所述聚醚类表面活性剂和酰胺类表面活性剂的质量比为(2-4)：(3-7)。聚醚类表面活性剂和酰胺类表面活性剂可以进一步促进玄武岩纤维的集束性以减少散丝和断丝、防止纤维表面静电积累，增强浸润能力。
优选的，所述缓冲剂包括聚丙烯酸酯，环氧树脂，聚乙烯醇缩丁醛树脂，十二碳醇酯，2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，氨基甲酸酯改性乙烯基树脂中的一种或多种。
进一步优选的，所述缓冲剂为环氧树脂和氨基甲酸酯改性乙烯基树脂。所述环氧树脂和氨基甲酸酯改性乙烯基树脂的质量比为(1-3)：1。
单纯的玄武岩纤维强度高，但耐酸碱腐蚀性较差并且脆性较大。本发明意外研究发现通过用环氧树脂和氨基甲酸酯改性乙烯基树脂对玄武岩纤维进行处理可以有效增强玄武岩纤维的弹性性能和耐酸碱腐蚀性。推测是由于环氧树脂，氨基甲酸酯改性乙烯基树脂，玄武岩纤维之间发生物理共混和化学交联，分子链之间相互缠绕形成互穿网络，增强玄武岩纤维的韧性，降低玄武岩受力时的破坏性。当环氧树脂和氨基甲酸酯改性乙烯基树脂的质量比为(1-3)：1时，可以有效防止体系反应过大，导致力学性能下降。
优选的，所述环氧树脂在25℃时的粘度为1.8-2.2dPa·s，酸值为6-18KOH mg/g。避免粘度过大，固化不完全，影响玄武岩纤维的力学性能，吸油性，耐热性等性能。
优选的，所述环氧树脂为乙烯基环氧树脂。乙烯基环氧树脂具有较高的反应活性，且反应后残留的官能团较少，可以进一步增强玄武岩纤维的耐酸碱腐蚀性和力学性能。
优选的，所述偶联剂包括硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂。
进一步优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂。用缓冲剂处理过的玄武岩纤维会形成一个界面区，硅烷偶联剂可以有效改善界面性能，改变在界面上引起不连续效应，增强玄武岩纤维与缓冲剂之间复合能力。
优选的，所述硅烷偶联剂包括乙烯基硅烷，氨基硅烷，甲基丙烯酰氧基硅烷的至少一种。
进一步优选的，所述硅烷偶联剂包括氨基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷。所述氨基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷的质量比为(1-3)：(2-5)。氨基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷可以与玄武岩纤维表面的活性基团发生反应，Si-O极性键增多，改善玄武岩纤维在沥青中分散状态，与沥青的结合性更好。
优选的，所述氨基硅烷为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
优选的，所述甲基丙烯酰氧基硅烷为甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷。
影响玄武岩纤维对沥青路面性能改善的因素有很多，但最主要的是玄武岩纤维与沥青的结合情况。本发明意外研究发现通过N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷对玄武岩纤维进行表面改性可以进一步显著提高其吸油性和力学性能等。推测是由于N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷含有更多的活性官能团，在玄武岩纤维表面发生反应，有效改善了玄武岩纤维的表面性质，比表面积增大，集束性好，增强玄武岩纤维与沥青的粘结强度，形成更为牢固的机械结合，提高了玄武岩纤维整体性能。
本发明的第二个方面提供了一种沥青混合料用玄武岩纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将玄武岩粉料和锆英砂混合粉碎，然后投入电熔窑中熔融拉丝；(2)加入调理剂浸润；(3)对浸润后的材料进行烘干、短切，得到玄武岩纤维成品。
一种沥青混合料用玄武岩纤维在沥青混料料方面的应用。
有益效果：
沥青由于其半刚性的特点，用于道路建设具有广阔的使用前景，但是由于水损害等各种因素往往导致在达到设计年限前出现损坏现象，严重影响其耐久性，限制了在交通道路技术领域的发展。本发明采用玄武岩粉和锆英砂制备玄武岩纤维，促进l多相晶型结构的形成，不仅提高了玄武岩纤维力学性能，而且由于60-70wt％高含量的氧化锆的存在进一步提高了其耐温性；同时N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷组成的硅烷偶联剂与表面活性剂等成分构成调理剂对玄武岩纤维进行进一步改性，促使玄武岩纤维与沥青形成更为牢固的结合，有效抑制内部的裂纹扩散长大，促进体系内部的应力的释放。
具体实施方式
实施例
实施例1
一种沥青混合料用玄武岩纤维，按重量份计，原料包括玄武岩粉料80份，锆英砂10份，调理剂130份。
所述玄武岩粉料为拉斑玄武岩粉料。所述玄武岩粉料中二氧化硅含量为55-67wt％，氧化铝含量为13-17wt％，氧化钙和氧化镁的总含量为10-13wt％，氧化钛的含量为1-1.5wt％，氧化钠和氧化钾的总含量为2.1-2.5wt％。所述玄武岩粉料购自灵寿县润鑫矿产品加工厂。
所述锆英砂中氧化锆含量为62-68wt％，二氧化硅含量32-37wt％。所述锆英砂购自购自灵寿县润鑫矿产品加工厂。
按质量百分比计，所述调理剂包括表面活性剂0.9％，缓冲剂6％，偶联剂0.4％，水补充余量。
所述表面活性剂包括聚醚类表面活性剂和酰胺类表面活性剂。所述聚醚类表面活性剂和酰胺类表面活性剂的质量比为3：5。所述聚醚类表面活性剂为SG-20。购自江苏省海安石油化工厂。
所述酰胺类表面活性剂为脂肪酰胺季铵盐，购自武汉华翔科洁生物技术有限公司，型号：TEGOTEX CS 0182。
所述缓冲剂为环氧树脂和氨基甲酸酯改性乙烯基树脂。所述环氧树脂和氨基甲酸酯改性乙烯基树脂的质量比为2：1所述环氧树脂在25℃时的粘度为1.8-2.2dPa·s，酸值为6-18KOH mg/g。所述环氧树脂为乙烯基环氧树脂。所述环氧树脂购自常州乐邦复合材料有限公司，型号：RIPOXY H-630EX。所述氨基甲酸酯改性乙烯基树脂购自凯茵化工，型号为Atlac 580树脂。
所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述硅烷偶联剂包括氨基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷。所述氨基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷的质量比为2：4。所述氨基硅烷为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。所述甲基丙烯酰氧基硅烷为甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷。
一种沥青混合料用玄武岩纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将玄武岩粉料和锆英砂混合粉碎，然后投入电熔窑中熔融拉丝；(2)加入调理剂浸润；(3)对浸润后的材料进行烘干、短切，得到玄武岩纤维成品。
实施例2
一种沥青混合料用玄武岩纤维，具体实施方式同实施例1，不同之处在于原料包括玄武岩粉料88份，锆英砂18份，调理剂174份。
实施例3
一种沥青混合料用玄武岩纤维，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述环氧树脂和氨基甲酸酯改性乙烯基树脂的质量比为3：1。
实施例4
一种沥青混合料用玄武岩纤维，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述聚醚类表面活性剂和酰胺类表面活性剂的质量比为4：7。
实施例5
一种沥青混合料用玄武岩纤维，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述调理剂包括表面活性剂5％，缓冲剂7％，偶联剂1％，水补充余量。
对比例1
一种沥青混合料用玄武岩纤维，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述氨基硅烷为KH550。
对比例2
一种沥青混合料用玄武岩纤维，具体实施方式同实施例1，不同之处在于原料包括玄武岩粉料80份，锆英砂3份，调理剂130份。
对比例3
一种沥青混合料用玄武岩纤维，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述氨基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷的质量比为2：1。
性能测试
1.按照JT/T 776.1-2010进行断裂强度，弹性模量，吸油率，耐热性测试。
表1性能测试结果
2.在沥青混合料中的应用测试
按照JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》进行测试，所述沥青混合料包括SBS改性沥青4.5份，实施例1提供的玄武岩纤维0.4份，玄武岩集料90份，石灰岩矿粉3份。所述玄武岩集料中1#号料，2#号料，3#号料，4#号料的质量比为25:32:15:25。
所述SBS改性沥青(在135℃时运动粘度为2.3Pa·s)购自淄博齐文化工有限公司；所述玄武岩集料和石灰岩矿粉(粒径为3-5mm)均购自灵寿县润鑫矿产品加工厂。
表2性能测试结果
Claims (10)
1.一种沥青混合料用玄武岩纤维，其特征在于，按重量份计，原料包括玄武岩粉料64-88份，锆英砂4-18份，调理剂52-174份。
2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料用玄武岩纤维，其特征在于，所述玄武岩粉料中二氧化硅含量为55-67wt％。
3.根据权利要求1所述的一种沥青混合料用玄武岩纤维，其特征在于，所述锆英砂中氧化锆含量为60-70wt％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种沥青混合料用玄武岩纤维，其特征在于，所述玄武岩粉料和锆英砂的质量比为(75-85)：(8-13)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种沥青混合料用玄武岩纤维，其特征在于，按质量百分比计，所述调理剂包括表面活性剂0.1-5％，缓冲剂2-7％，偶联剂0.1-1％，水补充余量。
6.根据权利要求5所述的一种沥青混合料用玄武岩纤维，其特征在于，所述缓冲剂包括聚丙烯酸酯，环氧树脂，聚乙烯醇缩丁醛树脂，十二碳醇酯，2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，氨基甲酸酯改性乙烯基树脂中的一种或多种。
7.根据权利要求5-6任一项所述的一种沥青混合料用玄武岩纤维，其特征在于，所述偶联剂包括硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂。
8.根据权利要求7所述的一种沥青混合料用玄武岩纤维，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括氨基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的一种沥青混合料用玄武岩纤维，其特征在于，所述玄武岩纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将玄武岩粉料和锆英砂混合粉碎，然后投入电熔窑中熔融拉丝；(2)加入调理剂浸润；(3)对浸润后的材料进行烘干、短切，得到玄武岩纤维成品。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的一种沥青混合料用玄武岩纤维在沥青混合料方面的应用。
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