CN116217260A - 一种自发光陶粒、制备方法及含有其的自发光型超薄磨耗层 - Google Patents

一种自发光陶粒、制备方法及含有其的自发光型超薄磨耗层 Download PDF

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Abstract

本发明涉及道路工程技术领域，具体而言，提供了一种自发光陶粒，按重量份数计，包括氧化钡：10～20份、氧化镓：20～40份、二氧化锰1～8份、氧化铕1～8份；还提供了一种包含该自发光陶粒的自发光型超薄磨耗层，按重量份数计，包括粗集料50～70份、细集料20～30份、上述自发光陶粒40～50份、矿粉4～8份；SBS改性沥青6～10份；该自发光型超薄磨耗层既能够满足隧道出口防眩需要，又能够节约能源，还兼具预防性养护功能。

Description

一种自发光陶粒、制备方法及含有其的自发光型超薄磨耗层
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，具体而言，涉及一种自发光陶粒、制备方法及含有其的自发光型超薄磨耗层。
背景技术
随着我国隧道建设工程的快速发展，由于隧道封闭行车环境的特点，隧道照明的安全性、舒适性和经济性问题尤为突出。隧道内部无自然光照，白天行车时，隧道洞外和洞内一明一暗的行车环境，驾驶员在驶离隧道时，亮度的突变会引起人眼的暂时性功能降低，无法看清前方状况，出现隧道行车过程中的“眩光”现象，影响驾驶人正常行驶、造成安全隐患。
目前为了消除隧道出口处出现的“眩光”现象，通常采用改变隧道照明灯的布局设置视觉过渡段，从隧道中部至隧道出口处分成两个亮度不同的恒定照明段。但这种传统隧道照明设施的大规模应用带来的是日趋庞大的能源消耗和光污染。因此，有必要研究一种既能够满足隧道出口防眩需要，又能够节约能源，还兼具预防性养护功能的一种自发光型超薄磨耗层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能够满足隧道出口防眩需要，又能够节约能源，还兼具预防性养护功能的一种自发光型超薄磨耗层。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
一种自发光陶粒，按重量份数计，包括氧化钡：10～20份、氧化镓：20～40份、二氧化锰1～8份、氧化铕1～8份。
自发光陶粒的制备方法，包括如下步骤：
S1.将氧化钡、氧化镓、二氧化锰、氧化铕经研磨共混，得到预处理料，将预处理料在通氧气的状态下预烧，预烧温度为800～1000℃，时间为8～12h，并控制氧气的流速梯度上升，具体地：氧气的初始流速为5L/min，然后以1L/min的速率保持4min；随后以10L/min的速率保持40s；得到第一中间物；
S2.将第一中间物经研磨后，继续通氧气，再经煅烧处理，煅烧温度为1450～1600℃，时间为12～22h；同时控制氧气的流速以1L/min的速率梯度下降，得到第二中间物；
S3.将第二中间产物经研磨得到BaGa2O4:xMn4+,yEu3+自发光陶粒其中x+y＝1。
一种自发光型超薄磨耗层，按重量份数计，包括粗集料50～70份、细集料20～30份、上述自发光陶粒40～50份、矿粉4～8份；SBS改性沥青6～10份。
本发明采用玄武岩加工作为粗、细集料，矿粉为石灰岩矿粉，按比例添加自发光陶粒，采用聚合物SBS改性沥青进行拌合形成，采用骨架空隙间断级配设计，在规定的温度下，采用旋转压实方法成型试件。优选的，室内拌合温度为170℃～185℃，压实温度为160℃～165℃，旋转压实仪的单位压力为600Kpa，旋转压实次数为100次。所得的超薄磨耗层混合料具有良好的高温抗车辙能力、低温抗裂性能、抗水损害能力以及良好的抗滑、耐久性能，可用于高等级沥青或水泥路面的预防性养护。
所述的级配要求范围为：
筛孔尺寸(mm) 16 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
筛孔通过率上限 100 100 80 35 30 22 17 12 10 8
筛孔通过率下限 100 85 60 25 23 12 8 6 5 4
将制得的自发光型超薄磨耗层应用于隧道的进出口作为发光路段。
本发明所制得的超薄磨耗层体积技术要求为：空隙率为≥10％，矿料间隙率≥20％，沥青饱和度为35％～55％，油膜厚度>9um。超薄磨耗层性能要求为沥青析漏损失≤0.1％，冻融劈裂强度比>80％，残留稳定度>90％，车辙试验动稳定度>4500次/mm。
进一步地，所述粗集料和细集料均以玄武岩为原材，采用三级破碎(一级颚破、二级圆锥破、三级制砂机)制得；其中粗集料粒径为5～10mm、10～15mm，细集料粒径为0～3mm；
优选的，所述粗集料吸水率≤2％，洛杉矶磨耗损失≤28％，磨光值≥42；细集料的砂当量≥75％，棱角性(流动时间)≥30s。
进一步地，所述矿粉为石灰岩矿粉，矿粉的0.075mm通过率≥70％，塑性指数＜4％，亲水系数＜1；所述SBS改性沥青的针入度≥50，延度≥20，软化点≥75。
进一步地，所述自发光陶粒粒径为0～3mm，硬度为6.2-6.8，pH值为7。
本发明通过高温固相反应法，成功合成了BaGa2O4:xMn4+,yEu3+自发光陶粒，具有耐磨、强度高、与沥青黏附性好等优良特性。该种荧光材料，是以BaGa2O4为基质，以Mn4+和Eu3+离子为发光中心，两种离子共掺杂，形成红色发光中心。
具体地，Mn源是MnO2，即Mn4+离子，Eu源是Eu2O3，即Eu3+离子。基质BaGa2O4的形成则通过BaO以及Ga2O3煅烧合成。由于Mn4+离子和Eu3+在煅烧过程中可能产生变价现象，因此采用氧气作为煅烧的氧化气氛，并在不同阶段梯度控制氧气的通入速率，保护发光中心不被还原，且能形成稳定的发光中心，这样自发光陶粒可以产生稳定的、高纯度的红光单色发射。
此外，长余辉材料的发光性能与材料本身的微观缺陷有关，且缺陷一定程度的增多有利于荧光材料长余辉性能的提高，本发明采用Mn4+和Eu3共掺，可以制造更多的微观缺陷，通过Mn4+和Eu3+共掺杂的荧光粉的发光强度与长余辉性能更好，更稳定。不仅可营造红色发光，更重要的目的是为了研制一种隧道用自发光超薄磨耗层混合料，对于隧道的防眩光以及预防性养护有很大的帮助，具有降耗增效的作用。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
本发明通过高温固相反应法成功合成了BaGa2O4:xMn4+,yEu3+自发光陶粒。该种荧光材料，是以BaGa2O4为基质，以Mn4+和Eu3+离子为发光中心。该种荧光材料在自然光的激发下可产生红色长余辉信号，并利用该种具有高硬度的自发光陶粒应用于一种聚合物改性沥青自发光超薄磨耗层混合料中，用于隧道出口的铺设。该技术应用于防止隧道出口眩光技术中，不仅能够节约能源还兼具预防性养护的优点，同时还具有更高水平的行车安全性以及可观赏性，且由于其成本低廉，工艺简单，因而在道路领域有着广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1-3制备得到的自发光陶粒在668nm波长监测下的长余辉图谱；
图2是本发明实施例1-3制备得到的自发光陶粒的色坐标图谱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
一种聚合物改性沥青自发光超薄磨耗层混合料，主要包括自发光陶粒以及高性能超薄磨耗层，具体来说，该方法包括以下步骤：
在此需要说明的是，以下所述的技术指标的试验方法是《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》、《公路工程集料试验规程》中的内容，是本领域技术人员公知的内容，故在此不做详述。
步骤一，本发明提供了一种具有高硬度的自发光陶粒，以BaGa2O4为基质，以Mn4+和Eu3+离子为发光中心。自发光陶粒包括以下组分：氧化钡：10～20份；氧化镓：20～40份；二氧化锰1～8份；氧化铕1～8份。
步骤二，本发明提供了一种前述的荧光材料的制备方法，包括如下步骤：
S1将BaO、Ga2O3、Eu2O3、MnO2经研磨共混，得到预处理料，将预处理料预烧(通氧气)，煅烧温度为800℃～1000℃，得到第一中间物；
S2将中间产物经研磨后，再煅烧处理(通氧气)，煅烧温度为1450℃～1600℃，得到第二中间物；
S3将第二中间产物经研磨得到成品。
本发明中，S1中，预烧时间为8～12h。S2中，煅烧时间为10～22h。S1至S3中，研磨均采用球磨机进行处理，预烧和煅烧均在箱式炉中处理。
所制备的自发光陶粒的技术指标如下：
硬度为6.2-6.8，pH值为7，吸水率：≤9％(一小时重量计)，长余辉时间(自然光激发20min)≥6h，粒径0～3mm。
步骤三，本发明提供了一种前述的自发光陶粒掺入一种聚合物SBS改性沥青自发光超薄磨耗层混合料中，该种混合料采用骨架空隙的间断级配，并包括以下组分：粗集料：50～70份；细集料：20～30份；自发光陶粒40～50份；矿粉4～8份；SBS改性沥青6～10份。
以50～70份粗集料，20～30份细集料，40～50份自发光陶粒；4～8份矿粉，筛分合成级配符合要求的矿料。
所述的粗集料粒径为10～15mm、5～10mm，细集料为0～3mm；
所述细集料的砂当量≥60％，棱角性(流动时间)≥40s；
矿粉为石灰岩磨成的矿粉；
将SBS改性沥青与合成的矿料级配，在规定的温度下进行拌合，采用旋转压实方法成型试件，最佳沥青用量6.1％。
所述的规定的温度为室内拌合温度为170℃～180℃，压实温度为160℃～165℃。
所述的旋转压实方法，旋转压实仪的单位压力为600Kpa，旋转压实次数为100次。
所述的混合料体积性质、沥青膜厚度为：空隙率≥10％，矿料间隙率≥20％，沥青饱和度为35％～55％，油膜厚度>9um。
所述的混合料性能为：沥青析漏损失≤0.1％，冻融劈裂强度比>80％，残留稳定度>90％，车辙试验动稳定度>4500次/mm。
所述的最佳沥青用量为：以矿料间隙率最小时对应的油石比为最佳油石比，如果该油石比对应的体积指标包括矿料间隙率、沥青饱和度、油膜厚度满足要求，则对其进行性能验证，主要包括沥青析漏损失、冻融劈裂强度比、残留稳定度等，如果该最佳沥青用量满足体积指标和性能要求，则为最佳沥青用量。
实施例1
一种自发光陶粒，包括：氧化钡10份；氧化镓20份；二氧化锰1份；氧化铕1份。
自发光陶粒的制备方法为：
称量10mol BaO、10mol Ga2O3、1mol MnO2、1mol Eu2O3分别为1533.26g、1874.4g、86.937g以及351.9262g。研磨45min使混合料混合均匀，在1000℃下在箱式炉预烧9h，同时通氧气，氧气的初始流速为5L/min，维持4min后，以1L/min的速率梯度增加；然后再研磨45min，将样品放入箱式炉中，在1450℃下煅烧16h，同时通氧气，氧气的流速以1L/h的速率减少，研磨40min后得到自发光陶粒。
实施例2
一种自发光陶粒，包括：氧化钡15份；氧化镓30份；二氧化锰5份；氧化铕5份。
自发光陶粒的制备方法与实施例1的区别在于：称量15mol BaO、30mol Ga2O3、5molMnO2、5mol Eu2O3分别为2299.89g、5623.2g、434.685g以及1759.631g。
实施例3
一种自发光陶粒，包括：氧化钡20份；氧化镓40份；二氧化锰8份；氧化铕8份。
自发光陶粒的制备方法与实施例1的区别在于：称量15mol BaO、30mol Ga2O3、5molMnO2、5mol Eu2O3分别为2299.89g、5623.2g、434.685g以及1759.631g。
实施例4
将前述的实施例1的自发光陶粒掺入一种聚合物SBS改性沥青自发光超薄磨耗层混合料中，该种混合料采用骨架空隙的间断级配，并包括以下组分：粗集料：60份；细集料：25份；自发光陶粒45份；矿粉5份；SBS改性沥青8份。
实施例5
将前述的实施例2的自发光陶粒掺入一种聚合物SBS改性沥青自发光超薄磨耗层混合料中，该种混合料采用骨架空隙的间断级配，并包括以下组分：粗集料：52份；细集料：24份；自发光陶粒41份；矿粉7份；SBS改性沥青6份。
实施例6
将前述的实施例3的自发光陶粒掺入一种聚合物SBS改性沥青自发光超薄磨耗层混合料中，该种混合料采用骨架空隙的间断级配，并包括以下组分：粗集料68份；细集料：27份；自发光陶粒48份；矿粉6份；SBS改性沥青8份。
实验例
(1)对实施例1制得的自发光陶粒(0～3mm)进行了检测，如表1所示：
表1实施例1制得的自发光陶粒的性质
指标 单位 试验结果 技术要求
砂当量 ％ 81 ≥60
棱角性 S 42.5 ≥40
(2)对实施例4制备得到的聚合物SBS改性沥青自发光超薄磨耗层混合料进行性能测试，测试该种自发光超薄磨耗层的发光时间、发光强度以及耐候性，结果如表2所示：
表2实施例4制得的自发光超薄磨耗层的性能
检测项目 标准 实施例1 实施例2 实施例3
发光时间(h) ≥6 7.1 6.5 6.1
发光强度(mcd/m2) ≥6000 9001 8958 8605
耐候性(亮度因数变化范围) ≤20％ 11.8％ 8.8％ 8.3％
由表2内容可知：采用本发明制得的自发光陶粒制备的自发光型超薄磨耗层的发光时间、发光强度以及耐候性均可达标，且表现出更优异的性能，这样在应用到隧道出口处时，不仅可代替现有的照明灯，具有降耗增效的作用，还具有更高水平的行车安全性以及可观赏性，且成本低廉，具有广阔的应用前景。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自发光陶粒，其特征在于，为BaGa2O4:xMn4+,yEu3+自发光陶粒；其原料按重量份数计，包括氧化钡：10～20份、氧化镓：20～40份、二氧化锰1～8份、氧化铕1～8份。
2.根据权利要求1所述的自发光陶粒，其特征在于，按重量份数计，包括氧化钡：12～18份、氧化镓：22～37份、二氧化锰1～5份、氧化铕1～5份。
3.一种如权利要求1或2所述的自发光陶粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将氧化钡、氧化镓、二氧化锰、氧化铕经研磨共混，得到预处理料，将预处理料在通氧气的状态下预烧，并控制氧气的流速梯度上升，得到第一中间物；
S2.将第一中间物经研磨后，继续通氧气，再经煅烧处理，同时控制氧气的流速梯度下降，得到第二中间物；
S3.将第二中间产物经研磨得到BaGa2O4:xMn4+,yEu3+自发光陶粒。
4.根据权利要求3所述的自发光陶粒的制备方法，其特征在于，S1中，预烧温度为800～1000℃，时间为8～12h。
5.根据权利要求3所述的自发光陶粒的制备方法，其特征在于，S2中，煅烧温度为1450～1600℃，时间为12～22h。
6.根据权利要求3所述的自发光陶粒的制备方法，其特征在于，S1中，氧气的初始流速为5L/min，然后以1L/min的速率梯度增加；S2中，氧气的流速以1L/min的速率减少。
7.一种自发光型超薄磨耗层，其特征在于，按重量份数计，包括粗集料50～70份、细集料20～30份、自发光陶粒40～50份、矿粉4～8份；SBS改性沥青6～10份；所述自发光陶粒为权利要求1或2所述的自发光陶粒或由权利要求3-6任一项所述的制备方法制得的自发光陶粒。
8.根据权利要求7所述的自发光型超薄磨耗层，其特征在于，所述粗集料和细集料均以玄武岩为原材，采用三级破碎制得；所述粗集料粒径为5～15mm，细集料粒径为0～3mm。
9.根据权利要求7所述的自发光型超薄磨耗层，其特征在于，所述矿粉为石灰岩矿粉；所述SBS改性沥青的针入度≥50，延度≥20，软化点≥75。
10.根据权利要求7所述的自发光型超薄磨耗层，其特征在于，所述自发光陶粒粒径为0～3mm，硬度为6.2-6.8，pH值为7。
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