CN117326814A - 一种实现隧道沥青路面抑烟阻燃功能一体化的微胶囊、沥青混合料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实现隧道沥青路面抑烟阻燃功能一体化的微胶囊、沥青混合料及制备方法。该微胶囊材料以膨胀石墨、活性炭与聚乙二醇形成的多孔材料为囊壳，以氢氧化镁、蒙脱土与二氧化硅形成的复合胶体为囊芯，该微胶囊能够在沥青混合料施工过程中，起到很好的抑烟的作用，囊芯采用的氢氧化镁、蒙脱土与二氧化硅制作，起到了良好的阻燃的作用的同时提供了良好的路用性能，满足了隧道沥青路面铺装的“低碳抑烟性”和“阻燃安全性”两大关键功能需求，且制备简单、使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程材料技术领域，特别涉及一种实现隧道沥青路面抑烟阻燃功能一体化的微胶囊、沥青混合料及制备方法。
背景技术
近年来，我国交通迅猛发展，随着我国中西部地区公路网建设的日益完善，隧道工程因其在改善公路技术状态、缩短运行距离、提高运行能力等方面发挥着重要作用，逐渐成为我国山区道路基础设施建设中的重要技术工程。隧道工程越来越被国内专家学者重视。大量研究与施工经验表明：沥青混凝土铺面施工时温度较高，会排放出大量的沥青烟(主要包括挥发性有机化合物、气溶胶、颗粒物等)，由于隧道处于一个相对密闭的环境，气体难以排出，不仅在施工过程中影响隧道内的路面施工环境与人员健康，还会在一定程度上延缓工期对工程质量造成负面影响；同时当隧道起火时，沥青路面材料因其可燃性，会发生热分解产生大量的热流和有毒烟雾，给隧道内被困人员逃生和火灾救援工作带来诸多困难，从而照成更大的经济损失和人员伤亡。因此兼顾隧道路面沥青铺面材料抑烟与阻燃对保障隧道工程的安全施工、平稳运营意义重大。
传统的施工工艺在一定程度上可以满足施工的要求，但是由于其加入的添加剂总类繁多，且各类添加剂之间有一些微弱的影响，导致直接添加阻燃、抑烟剂的方法效率较低，且过多的添加阻燃剂同样会给路面的路用性能带来很大的影响。现有的微胶囊阻燃剂通常在燃烧时起到阻燃作用，但是不能对沥青路面铺设时起到抑烟作用，或者微胶囊阻燃剂中阻燃芯材提前释放，阻燃效果不好。因此，提出一种实现隧道沥青路面抑烟、阻燃功能一体化铺装材料具有工程实践价值。
发明内容
本发明的目的在于克服隧道沥青铺面材料施工过程中的烟气排放问题及沥青路面材料可燃性问题，提供了一种实现隧道沥青路面抑烟阻燃功能一体化的微胶囊、沥青混合料及制备方法。该微胶囊材料既能够在铺装过程中减少隧道沥青路面施工过程中烟气的排放，又能够在隧道起火时起到阻燃作用，同时保障路面的路用耐久性，并且制备简单，使用方便。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种实现隧道沥青路面抑烟阻燃功能一体化的微胶囊，以膨胀石墨、活性炭与聚乙二醇形成的多孔材料为囊壳，以氢氧化镁、蒙脱土与二氧化硅形成的复合胶体为囊芯。
本发明还提供了上述技术方案所述微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氢氧化镁和蒙脱石混合后加入蒸馏水搅拌均匀，然后加入硅凝胶，搅拌均匀后干燥、研磨，得到复合胶体颗粒A；
(2)将膨胀石墨、活性炭搅拌均匀后，加入聚乙二醇进行搅拌反应，然后加入复合胶体颗粒A继续进行搅拌反应；
(3)反应结束后静置、干燥、研磨得到微胶囊。
优选地，步骤(1)所述氢氧化镁、蒙脱石的质量比为(3-5):1，优选为4:1；所述氢氧化镁与硅凝胶的比例为1g：3-4mL，优选为1g：3mL。
优选地，步骤(1)所述搅拌温度为70℃-85℃，优选为80℃，搅拌速率为100r/min-150r/min，优选为100r/min，搅拌时间为50min-70min，优选为60min。
优选地，步骤(1)所述复合胶体颗粒粒径为1-2mm。
优选地，步骤(2)所述膨胀石墨、活性炭、聚乙二醇的质量比为(1-2):(3-5):(12-18)，优选为1:4:15。
优选地，步骤(2)所述搅拌反应温度为70℃-85℃，优选为80℃，搅拌反应速率为80r/min-100r/min，优选为100r/min，搅拌反应时间为50min-70min，优选为60min。
优选地，步骤(2)所述微胶囊粒径为2-3mm。
本发明还提供了一种沥青混合料，包括上述技术方案所述的微胶囊和沥青。
有益技术效果：
本发明提供的微胶囊材料采用特定的壁膜结构，囊壳采用多孔吸附的方法，将抑烟分子锁在外壳上，外壳在施工过程中的拌合温度下得到剥落，释放抑烟分子实现温控下的沥青烟气抑制，内芯在路面燃烧过程中逐渐发挥，其网状结构释放出阻燃剂，阻止沥青路面的燃烧，同时满足了隧道沥青路面铺装的“低碳抑烟性”和“阻燃安全性”两大关键功能需求。同时阻燃剂被二氧化硅锁住，路面的摊铺、日常使用过程中，被二氧化硅锁住的阻燃剂不会对路用性能产生影响，本发明对于提高和保障隧道沥青路面的施工安全、环境效益及运营安全具有重要意义。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
(1)称取8g氢氧化镁与2g蒙脱土加入烧杯中，将5ml蒸馏水加入烧杯中，室温下用搅拌棒均匀搅拌，然后加入24ml硅凝胶，在80℃温下用搅拌器搅拌60min，转速控制在100r/min，搅拌完成后80℃温度真空干燥24h，然后研磨成直径为1～2mm的复合胶体颗粒A；
(2)分别称取2g膨胀石墨和8g活性炭以及30g聚乙二醇，然后分别将膨胀石墨、活性炭以及聚乙二醇放入烧杯内混合在一起，将烧杯放于磁力搅拌机上，在80℃的温度下，加热60min，将磁力搅拌机的转速控制在100r/min，然后加入复合胶体颗粒A在80℃的温度下，加热60min，此时磁力搅拌机的转速控制在100r/min；
(3)反应完成后静置12h，然后进行干燥、研磨、定型，得到所述微胶囊。
实施例2
本实施例提供了一种沥青混合料，包括沥青、集料和实施例1制备的微胶囊；
选用沥青为70号基质沥青。
选用集料为AC-13。
微胶囊用量为沥青质量的3％。
它是按以下步骤制备进行的：
步骤一，将拌合锅升温至160℃，保温45min；
步骤二，将集料和沥青加入到保温后的拌合锅内，搅拌90s；
步骤三，将质量为沥青质量3％的微胶囊加入到步骤二充分搅拌后的混合料内，搅拌90s；
步骤四，将矿粉加入到步骤三充分搅拌后的混合料内，搅拌3min，得到沥青混合料。
将所得沥青混合料按要求摊铺在路面上，即可达到沥青路面铺装过程抑制烟气，同时阻止沥青材料燃烧的效果。
试验例
测试实施例2所得微胶囊加入到沥青混合料中的沥青混合料的阻燃性能和抑烟性能
通过氧指数实验来反应沥青混合料的阻燃性能，氧指数的检测方法按照NB/SH/T0815的规定进行检测，通过实验得到基质沥青的氧指数为20.5％，加入了微胶囊沥青混合料的氧指数为24.2％。通过测得两种混合料在拌合过程中产生的烟气，发现加入了微胶囊后的沥青混合料产生的烟气比不加微胶囊的沥青混合料少。
测试掺入微胶囊后的路面的路用性能，采用JTG E20-2011中要求的方法进行测试，测试结果如表1所示。
表1路面的路用性能数据
由表1可以看出，微胶囊沥青混合料的路用性能均满足路用性能的要求，且高温稳定性优于基质沥青混合料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种实现隧道沥青路面抑烟阻燃功能一体化的微胶囊，其特征在于，以膨胀石墨、活性炭与聚乙二醇形成的多孔材料为囊壳，以氢氧化镁、蒙脱土与二氧化硅形成的复合胶体为囊芯。
2.权利要求1所述微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氢氧化镁和蒙脱石混合后加入蒸馏水搅拌均匀，然后加入硅凝胶，搅拌均匀后干燥、研磨，得到复合胶体颗粒A；
(2)将膨胀石墨、活性炭搅拌均匀后，加入聚乙二醇进行搅拌反应，然后加入复合胶体颗粒A继续进行搅拌反应；
(3)反应结束后静置、干燥、研磨得到微胶囊。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氢氧化镁、蒙脱石的质量比为(3-5):1；所述氢氧化镁与硅凝胶的比例为1g：3-4mL。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述搅拌温度为70℃-85℃，搅拌速率为100r/min-150r/min，搅拌时间为50min-70min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述复合胶体颗粒粒径为1-2mm。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述膨胀石墨、活性炭、聚乙二醇的质量比为(1-2):(3-5):(12-18)。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述搅拌反应温度为70℃-85℃，搅拌反应速率为80r/min-100r/min，搅拌反应时间为50min-70min。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述微胶囊粒径为2-3mm。
9.一种沥青混合料，其特征在于，包括权利要求1所述的微胶囊和沥青。
10.根据权利要求9所述的沥青混合料，其特征在于，所述微胶囊的加入量为沥青质量的1％-5％。
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