CN117050540A - 一种基于纤维增强的轻质化层位功能沥青及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于纤维增强的轻质化层位功能沥青，包括按质量百分比计的以下组分：8‑25％废轮胎橡胶胶粉、0.5‑0.8％聚合物纤维、0.1‑0.2％的表面活性剂、0.1‑0.5％的稳定剂，其余为沥青材料；其中聚合物纤维中混杂有5％至15％的导热石墨材料。本申请中通过聚合物纤维生成网格骨架，从而对沥青材料进行增强，并结合导热石墨的导热能力以及受热发泡能力对聚合物纤维进行扩充，从而提高沥青的黏性和弹性，使其更具有抗裂和耐久性。改性后的沥青道路更能耐受交通负荷和气候变化，从而减少路面的开裂和破损。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于纤维增强的轻质化层位功能沥青材料及其制备工艺。
背景技术
随着公众对沥青地面结构的使用要求逐渐变高，目前常规的沥青地面结构的使用年限需要达到30年左右。而为了改善现有沥青的耐久性水平，延长沥青混合料的服役能力，技术人员通过研究沥青胶结料的流变性能，从而提出废旧胶粉、SBS等改性剂的混合生产工艺，从而满足日益严苛的使用要求。
且近年来，随着沥青道路的推广，沥青路面应用于各种环境地貌中，从而面临更多的挑战，如在高温高湿环境下长时间使用，其容易产生结构老化和变形，长期使用和环境因素会导致沥青材料的软化和流动，而在寒冷季节又会变脆，导致裂缝和损坏。
而在高载重条件下，又会基于上述问题进一步的导致道路的承载力崩塌，从而使得沥青路面的安全性面临挑战，轻则导致路面开裂影响机动车驾驶体验，重则导致一定的道路安全隐患。
目前，对于沥青性能的研究存在一定的桎梏，受制于传统观念以及环保要求的考虑，往往更多的采用再生材料对性能进行补充，而对于整体网格化强度提升方面的研究较少。一方面由于研究成本过高，研究后的产品造价往往很难进行推广，另一方面又因为安全要求较高，往往新工艺的可信赖程度较低。但是在某些特种应用场景下，市场对于基于网格化强度提升的沥青材料仍具有相当急迫的需求。
发明内容
为弥补现有技术的局限性，本发明即针对这一问题提出了一种基于纤维增强的轻质化层位功能沥青材料及其制备工艺，具体方案如下：
一种基于纤维增强的轻质化层位功能沥青材料，其中主体成分为沥青成分，并通过橡胶成分进行结构增强，橡胶成分可以采用较广泛使用的废轮胎胶粉或是采用其余来源的天然橡胶或是人工橡胶成分。
其中主要成分的配比为8-25％废轮胎橡胶胶粉、0.5-0.8％聚合物纤维、0.1-0.5％的稳定剂，其余为沥青材料；其中聚合物纤维中混杂有5％至15％的导热石墨材料。
废轮胎橡胶粉经过研磨后，制备得到一定粒径水平的粉料，该种粉料可以显著提升沥青的强度性能水平，但是由于缺少“骨架”结构，该种沥青材料仍然会在高温高湿环境下发生软化流动，从而在气候环境变动时产生性能的骤降。
为了解决上述问题，进一步的在沥青材料中添加一定量的纤维成分，其中可以选用聚丙烯纤维、聚酯纤维或是聚丙烯酸酯纤维，优选的材料为聚丙烯酸酯纤维，该种纤维材料可以显著的提升力学性能和耐久性，并且该种纤维材料可以增加沥青混合物的抗裂性能和疲劳强度，在与矿石混合后，还可以增强沥青材料与矿石的连接强度。
在具体制备中，聚合物纤维中为聚丙烯纤维、聚酯纤维中的一种或混合物与聚丙烯酸酯纤维进行混合制备得到的粉末状物料，其中导热石墨在添加后经过加热产生膨胀，此时聚合物纤维的分布呈现网格状分布。该种形式可以利用导热石墨在沥青搅拌时产生的吸热膨胀现象，从而通过内部膨胀的运动作用，进一步的促进聚合物纤维进行骨架生长。具体的是在二次剪切时，导热石墨吸热膨胀，从而迫使聚合物纤维生长呈网状结构。
同时，导热石墨还可以进一步的帮助聚合物纤维在生长过程中的热量传导，从而促进塑料分子进行交联，以帮助聚合物纤维在沥青材料中均匀分散，从而在冷却后可以形成稳定的骨架结构。
上述基于纤维增强的轻质化层位沥青材料的制备工序，主要包括以下步骤：
S1、对沥青基质进行加热，熔融状态后泵送至高温罐中等待混料；
S2、对获得的废轮胎橡胶胶粉进行破碎、筛选；
S3、按质量百分比进行橡胶胶粉的配料，配料完成后，逐步添加在高温罐中，添加过程中保持剪切研磨，并控制温度为180-220℃之间；
S4、混合均匀后，逐步降温至170℃以下，添加已混有导热石墨的聚合物纤维材料，并进行二次剪切研磨，剪切研磨完成后进行粘度均匀性测定；
S5、保温一定时间后，进行发育培养，并在使用时与相应粒径的矿料适配。
为了保持橡胶材料粒子尺寸可控，S2中对获得的橡胶胶粉进行破碎、筛选，按粒径大小进行分组，其中粒径低于100μm的定义为细粉料，高于1000μm的定义为粗粉料，中间段的定义为中粉料；配料时中粉料的占比不低于90％。该种方式既可以减少过大粒径的橡胶胶粉分解慢导致的性能不稳定的问题，也可以通过减少过细粒径的橡胶胶粉的分解变性程度过大导致的材料老化程度高的问题。
进一步的，所述的粘度均匀性测定包括以下步骤：
S41、沿高度方向，选择搅拌中物料的1/5、1/4、1/3、1/2、3/5、3/4的高度点作为初始点，并开始取样；
S42、初始点取样完成后，沿搅拌方向进行角度选择，30°、60°、120°、240°各取样一次；
S43、沿高度方向，进行物料中导热石墨含量的检测，相差值小于15％时认定高度方向的导热石墨已均匀分布；
S44、沿旋转方向，进行物料中聚合物纤维含量的检测，相差值小于8％时认定环向方向的聚合物纤维已均匀分布；
S45、选择距离最远的至少三个测量点，进行粘度测试，并近似生成搅拌系统的粘度分布图。
进一步的，在添加聚合物纤维后，加入不超过聚合物纤维含量10％的交联剂，所述的交联剂为双组份聚氨酯。
其中，为了保持沥青主体材料的稳定性，沥青养育前还需要添加小于总质量0.5％的稳定剂，其中稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硫磺、马来酸酐、二甲基二硫代氨基甲酸锌、异丙基黄原酸钠中的一种或混合物。
制备得到的沥青在应用于公路的铺设时，其中矿料在与沥青进行混料铺设时，初次压实时的温度不低于140℃，从而保持在压实过程前以及压实过程中，聚合物纤维不会产生固化，以保证压实的稳定可靠，并在压实结束后聚合物纤维才形成骨架结构，从而使得该骨架结构更好的切合实际的路面结构特征。
有益效果：
本申请中通过聚合物纤维生成网格骨架，从而对沥青材料进行增强，并结合导热石墨的导热能力以及受热发泡能力对聚合物纤维进行扩充，从而提高沥青的黏性和弹性，使其更具有抗裂和耐久性。改性后的沥青道路更能耐受交通负荷和气候变化，从而减少路面的开裂和破损。
其次，聚合物纤维的添加可以改善沥青的抗水性能。这可有效减少雨水和水分渗透到沥青层内，从而延长道路的使用寿命。聚合物纤维改性还可以提高沥青的抗滑性和抗老化性能。这使道路更安全，并减少了维护和修复成本。
最后，聚合物纤维还可以改善沥青的温度敏感性能，使之更适应不同的气候条件。这有助于减少道路因温度变化而引起的膨胀和收缩问题。可以显著提高道路的质量和性能，延长其使用寿命，并减少维护成本。
附图说明
图1是添加碎石混合料后的沥青在实验路段敷设时的性能参数；
图2是沥青混合料的各项试验参数表。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
为更好的理解技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一：
一种基于纤维增强的轻质化层位功能沥青材料的制备工序，主要包括以下步骤：
S1、对沥青基质进行加热，熔融状态后泵送至高温罐中等待混料；
S2、对获得的橡胶胶粉进行破碎、筛选，其中橡胶胶粉来自于废轮胎胶粉，占据总体配重的21％。
S3、进行橡胶胶粉的配料，选择粒径在100μm至1000μm的橡胶胶粉为92％，其余为其他粒径，配料完成后，逐步添加在高温罐中，添加过程中保持剪切研磨，并控制温度为190℃左右；
S4、混合均匀后，逐步降温至170℃以下，添加已混有7％左右导热石墨的聚合物纤维材料，其中聚合物纤维为聚丙烯纤维与聚丙烯酸酯纤维的混合物，其中聚丙烯酸酯纤维的占比不低于75％。总体混料后的物料的总重量为沥青材料总质量的0.6％，加入稳定剂、表面活性剂和交联剂，并进行二次剪切研磨，剪切研磨完成后进行粘度均匀性测定；
S41、沿高度方向，选择搅拌中物料的1/5、1/4、1/3、1/2、3/5、3/4的高度点作为初始点，并开始取样；
S42、初始点取样完成后，沿搅拌方向进行角度选择，30°、60°、120°、240°各取样一次；
S43、沿高度方向，进行物料中导热石墨含量的检测，相差值小于15％时认定高度方向的导热石墨已均匀分布；
S44、沿旋转方向，进行物料中聚合物纤维含量的检测，相差值小于8％时认定环向方向的聚合物纤维已均匀分布；
S45、选择距离最远的至少三个测量点，进行粘度测试，并获得搅拌系统的粘度分布。
S5、保温一定时间后，进行发育培养。
S6、在200摄氏度左右的温度下，与矿料进行混合，混合后进行路面铺设，初始铺设时的温度控制在160℃，压实时的温度控制在145℃。
实施例二：
一种基于纤维增强的轻质化层位功能沥青材料的制备工序，主要包括以下步骤：
S1、对沥青基质进行加热，熔融状态后泵送至高温罐中等待混料；
S2、对获得的橡胶胶粉进行破碎、筛选，其中橡胶胶粉来自于废轮胎胶粉，占据总体配重的21％。
S3、进行橡胶胶粉的配料，选择粒径在100μm至1000μm的橡胶胶粉为92％，其余为其他粒径，配料完成后，逐步添加在高温罐中，添加过程中保持剪切研磨，并控制温度为200℃左右；
S4、混合均匀后，逐步降温至160℃，添加已混有6％左右导热石墨的聚合物纤维材料，其中聚合物纤维为聚酯纤维与聚丙烯酸酯纤维的混合物，其中聚丙烯酸酯纤维的占比不低于80％。总体混料后的物料的总重量为沥青材料总质量的0.8％，加入稳定剂、表面活性剂和交联剂，并进行二次剪切研磨，剪切研磨完成后进行粘度均匀性测定；
S41、沿高度方向，选择搅拌中物料的1/5、1/4、1/3、1/2、3/5、3/4的高度点作为初始点，并开始取样；
S42、初始点取样完成后，沿搅拌方向进行角度选择，30°、60°、120°、240°各取样一次；
S43、沿高度方向，进行物料中导热石墨含量的检测，相差值小于15％时认定高度方向的导热石墨已均匀分布；
S44、沿旋转方向，进行物料中聚合物纤维含量的检测，相差值小于8％时认定环向方向的聚合物纤维已均匀分布；
S45、选择距离最远的至少三个测量点，进行粘度测试，并获得搅拌系统的粘度分布。
S5、保温一定时间后，进行发育培养。
S6、在200摄氏度左右的温度下，与矿料进行混合，混合后进行路面铺设，初始铺设时的温度控制在160℃，压实时的温度控制在145℃。
通过上述工艺制备得到的沥青材料，在80℃处理5h，-10℃处理2h后，进行各项试验，获得的各项数据均能够满足正常的使用，并且在高低温变换的条件下，仍能保持较好的性能。可以满足高载重条件下承载力的保持能力，从而减少由于路面问题造成的道路交通隐患。
作为进一步改进，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)
1.一种基于纤维增强的轻质化层位沥青，其特征在于，包括按质量百分比计的以下组分：8-25％废轮胎橡胶胶粉、0.5-0.8％聚合物纤维、0.1-0.5％的稳定剂，其余为沥青材料；其中聚合物纤维中混杂有5％至15％的导热石墨材料。
2.一种基于纤维增强的轻质化层位沥青的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对沥青基质进行加热，熔融状态后泵送至高温罐中等待混料；
S2、对获得的废轮胎橡胶胶粉进行进一步破碎、筛选；
S3、按质量百分比进行橡胶胶粉的配料，配料完成后，逐步添加在高温罐中，添加过程中保持剪切研磨，并控制温度为180-220℃之间；
S4、混合均匀后，逐步降温至170℃以下，添加已混有导热石墨的聚合物纤维材料，并进行二次剪切研磨，剪切研磨完成后进行粘度均匀性测定，二次剪切时，导热石墨吸热膨胀，从而迫使聚合物纤维生长呈网状结构；
S5、保温一定时间后，进行发育培养，并在使用时与相应粒径的矿料适配。
3.根据权利要求2所述的一种基于纤维增强的轻质化层位沥青的制备工艺，其特征在于，S2中对获得的橡胶胶粉进行破碎、筛选，按粒径大小进行分组，其中粒径低于100μm的定义为细粉料，高于1000μm的定义为粗粉料，中间段的定义为中粉料；配料时中粉料的占比不低于90％。
4.根据权利要求2所述的一种基于纤维增强的轻质化层位沥青的制备工艺，其特征在于，所述的粘度均匀性测定包括以下步骤：
S41、沿高度方向，选择搅拌中物料的1/5、1/4、1/3、1/2、3/5、3/4的高度点作为初始点，并开始取样；
S42、初始点取样完成后，沿搅拌方向进行角度选择，30°、60°、120°、240°各取样一次；
S43、沿高度方向，进行物料中导热石墨含量的检测，相差值小于15％时认定高度方向的导热石墨已均匀分布；
S44、沿旋转方向，进行物料中聚合物纤维含量的检测，相差值小于8％时认定环向方向的聚合物纤维已均匀分布；
S45、选择距离最远的至少三个测量点，进行粘度测试，并近似生成搅拌系统的粘度分布图。
5.根据权利要求2所述的一种基于纤维增强的轻质化层位沥青的制备工艺，其特征在于，在添加聚合物纤维后，加入不超过聚合物纤维含量10％的交联剂，所述的交联剂为双组份聚氨酯。
6.根据权利要求2-5中任一权利要求所述的一种基于纤维增强的轻质化层位沥青的制备工艺，其特征在于，沥青养育前添加小于总质量0.5％的稳定剂，其中稳定剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硫磺、马来酸酐、二甲基二硫代氨基甲酸锌、异丙基黄原酸钠中的一种或混合物。
7.根据权利要求2-6中任一权利要求所述的一种基于纤维增强的轻质化层位沥青的制备工艺，其特征在于，聚合物纤维中为聚丙烯纤维、聚酯纤维中的一种或混合物与聚丙烯酸酯纤维进行混合制备得到的粉末状物料，其中导热石墨在添加后经过加热产生膨胀，此时聚合物纤维的分布呈现网格状分布。
8.根据权利要求2所述的一种基于纤维增强的轻质化层位沥青的制备工艺，其特征在于，制备得到的沥青在应用于公路的铺设时，其中矿料在与沥青进行混料铺设时，初次压实时的温度不低于140℃。
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| CN202310892494.8A CN117050540A (zh) | 2023-07-19 | 2023-07-19 | 一种基于纤维增强的轻质化层位功能沥青及其制备工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117050540A true CN117050540A (zh) | 2023-11-14 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310892494.8A Pending CN117050540A (zh) | 2023-07-19 | 2023-07-19 | 一种基于纤维增强的轻质化层位功能沥青及其制备工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117050540A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117801400A (zh) * | 2024-02-23 | 2024-04-02 | 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 | 一种用于路面过渡层的高弹胶体材料制备方法 |
-
2023
- 2023-07-19 CN CN202310892494.8A patent/CN117050540A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117801400A (zh) * | 2024-02-23 | 2024-04-02 | 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 | 一种用于路面过渡层的高弹胶体材料制备方法 |
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