一种沥青混凝土裂缝自愈微胶囊及制备方法 |
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| 申请号 | CN201710118132.8 | 申请日 | 2017-03-01 | 公开(公告)号 | CN106830739A | 公开(公告)日 | 2017-06-13 |
| 申请人 | 长安大学; | 发明人 | 纪小平; 侯月琴; 张宜洛; 杨自广; 雷雨滋; 陈博; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及到 沥青 路面工程领域，具体涉及一种沥青 混凝土 裂缝自愈微胶囊及制备方法。包括囊芯、囊壁、包裹材料与固体分散材料，囊芯储存于囊壁内，囊芯与囊壁包裹于包裹材料内，固体分散材料包裹于包裹材料的外部，囊芯、囊壁、包裹材料和固体分散材料的 质量 分别占所述 沥青混凝土 裂缝自愈微胶囊总质量的质量百分数为6‑12％、2‑5％、10‑14％和70‑80％。本发明的微胶囊能明显增强沥青混凝土自愈和能 力 ，延长沥青路面使用寿命，且工艺简单易操作、成本低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种沥青混凝土裂缝自愈微胶囊，其特征在于：包括囊芯、囊壁、包裹材料与固体分散材料，囊芯储存于囊壁内，囊芯与囊壁包裹于包裹材料内，固体分散材料包裹于包裹材料的外部，囊芯、囊壁、包裹材料和固体分散材料的质量分别占所述沥青混凝土裂缝自愈微胶囊总质量的质量百分数为6-12％、2-5％、10-14％和70-80％。 |
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| 说明书全文 | 一种沥青混凝土裂缝自愈微胶囊及制备方法【技术领域】 [0002] 裂缝是沥青路面最为常见的病害之一，它不仅直接降低路面行驶质量与行车安全性，还为水分进入路面内部提供了通道，加速松散等损害的发生，严重时水不断从裂缝处渗入路面基层甚至路床，导致路基承载力下降，产生唧浆、翻浆等病害；除此之外，在行车荷载作用下裂缝尖端形成应力集中，应力成倍乃至几十倍增长，不仅加剧裂缝几何尺寸快速增长，而且会极大降低路面疲劳寿命。荷载疲劳、低温收缩及半刚性基层反射，是形成沥青路面裂缝的主要原因。但不管何种裂缝，最初阶段的表现形式为微裂缝，几何尺寸为微米级甚至更小，不易被探测；在温度及荷载的耦合循环作用下，微裂缝尖端出现应力集中，导致其周期性扩展与收缩，使互相独立的微裂缝被扩展、并逐渐发展为贯通的宏观裂缝，最后形成贯穿裂缝；如果不及时采取措施，贯穿裂缝面积会逐渐增大、裂缝深度向下延伸，加之水分的进入而形成的高压动水冲刷作用，极易形成坑槽、松散以及深度的翻浆病害。 [0003] 国内外众多研究表明，在较高温度下沥青及沥青混合料有一定的自愈能力，通过裂缝两侧面的沥青渗透与扩散作用，裂缝能缓慢自动愈合。但该过程及其缓慢，不仅要求环境温度较高、且无行车荷载作用。运营中沥青路面暴露于复杂的自然环境中，高低温及行车荷载循环作用，因此仅通过沥青的自愈能力不足以让裂缝得到及时自动修复。因此，采取一定的技术措施大幅提高沥青及沥青混合料的自愈能力，在裂缝发展过程中及时自动地修复裂缝，就能极大地抑制裂缝发展速度、减小裂缝深度及宽度，势必会大大提高沥青路面的服务水平与使用寿命。 [0004] 目前，增强沥青混凝土自愈行为方面的研究主要有添加石灰粉、中空纤维法和微胶囊法。添加石灰粉对沥青混合料自愈和性能有所提高，但效果甚微；虽然中空纤维承载修复液法无需额外的外界触发条件且修复率高，但此种方法存在很多的弊端，首先纤维是刚性材料，在沥青混合料拌合过程中，纤维易断裂，愈和剂提前释放，达不到愈和的目的；其次，纤维半径太小，中空纤维制造工艺严格，成本造价太高，不利于大面积推广。 [0005] 鉴于此，研究者们把目光转移到微胶囊愈合剂方面。当微裂缝扩展至微胶囊处时，必将造成微胶囊包裹材料破裂，流出的糖醛抽出油不但改善裂缝处沥青的性质、同时促使裂缝处沥青能够在室温下或较低温度下实现很好的自愈合特性，从而起到延缓裂缝的扩展甚至完全修复裂缝的作用，延长沥青路面的疲劳寿命。【发明内容】 [0006] 为了克服现有的沥青裂缝修复技术所存在的不足，本发明提供一种沥青混凝土裂缝自愈微胶囊及制备方法，通过本发明的制备方法制备的沥青混凝土裂缝自愈微胶囊无需外加触发条件即可实现沥青裂缝的自修复、提高沥青的自修复能力。 [0007] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是： [0008] 一种沥青混凝土裂缝自愈微胶囊，包括囊芯、囊壁、包裹材料与固体分散材料，囊芯储存于囊壁内，囊芯与囊壁包裹于包裹材料内，固体分散材料包裹于包裹材料的外部，囊芯、囊壁、包裹材料和固体分散材料的质量分别占所述沥青混凝土裂缝自愈微胶囊总质量的质量百分数为6-12％、2-5％、10-14％和70-80％。 [0009] 所述的囊芯采用起修复沥青混凝土微裂缝作用的糖醛抽出油。 [0010] 所述的囊壁采用多孔膨胀珍珠岩。 [0012] 作为上述技术方案的优选，所述的环氧树脂为凤凰牌环氧树脂(E-44)。 [0013] 作为上述技术方案的优选，所述的固化剂为凤凰牌650固化剂。 [0014] 作为上述技术方案的优选，所述的稀释剂为脂肪族缩水甘油醚。 [0015] 作为上述技术方案的优选，所述的分散剂为琥珀酸脂类合成物润湿剂。 [0017] 一种制备上述的沥青混凝土裂缝自愈微胶囊的制备方法，包括如下步骤： [0018] (1)将囊壁放入囊芯材料中充分浸泡后静置，以使降低浸泡后囊壁温度，同时去除囊壁材料表面吸附的多余囊芯材料； [0019] (2)将包裹材料加入容器中，并搅拌均匀； [0020] (3)将步骤(1)中静置后的囊壁加入到步骤(2)中的包裹材料中，搅拌均匀； [0021] (4)再将固体分散材料加入步骤(3)中的混合料中，拌合均匀并形成微胶囊颗粒，再分散出微胶囊颗粒，并静置，以使包裹材料充分反应，固化完全； [0022] (5)再在步骤(4)中分散出的微胶囊颗粒上喷洒水，经养护后，起分散作用的固体分散材料凝固，即得到产物沥青混凝土裂缝自愈微胶囊。 [0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于： [0024] 本发明的沥青混凝土裂缝自愈微胶囊无需专门的触发条件即可实现沥青疲劳性能的明显改善，可以明显增强沥青的自修复能力，对沥青自身的基本性能影响不大，而且本发明的微胶囊高温及力学稳定性好，沥青裂缝破坏壁材，从而将糖醛抽出油释放出来，渗入沥青中进行沥青再生，本发明的制备方法简单、成本低，适合大范围推广，当沥青混凝土在荷载与环境耦合作用下发生微裂缝后，裂缝尖端产生应力集中导致包裹材料破裂，经过破裂后的包裹材料最终渗透至沥青混凝土的微裂缝，然后与微裂缝两侧的沥青材料发生渗透、粘结等作用，达到修复微裂缝的目的。【附图说明】 [0025] 图1为本发明的沥青混凝土裂缝自愈微胶囊的制备工艺流程图。【具体实施方式】 [0026] 为了加深对本发明的理解，现结合实施例和实验对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。 [0027] 本发明的沥青混凝土裂缝自愈微胶囊是由囊芯、囊壁、包裹材料与固体分散材料组成，其中，囊芯、囊壁、包裹材料与固体分散材料的质量分别占所述沥青混凝土裂缝自愈微胶囊总质量的质量百分数分别为：6-12％、2-5％、10-14％和70-80％。 [0028] 作为上述技术方案的优选，所述的囊芯采用一种糖醛抽出油，主要起修复沥青混凝土微裂缝的作用，是主要的功能材料。 [0029] 作为上述技术方案的优选，所述的囊壁采用多孔膨胀珍珠岩，利用其多孔特性储存囊芯材料。 [0030] 作为上述技术方案的优选，所述的包裹材料由环氧树脂、固化剂、稀释剂与分散剂，是成膜材料，将囊壁与囊芯包裹其中，起保护作用。包裹材料各组分的质量百分数为：环氧树脂35-45％、固化剂30-40％、稀释剂25-30％及分散剂1-3％。 [0031] 作为上述技术方案的优选，所述的固体分散材料采用水泥为硅酸盐42.5R早强型水泥，主要起分散作用，兼提供一定的强度。 [0032] 作为上述技术方案的优选，所述的环氧树脂为凤凰牌环氧树脂，即E-44。 [0033] 作为上述技术方案的优选，所述的固化剂为凤凰牌650固化剂。 [0034] 作为上述技术方案的优选，所述的稀释剂为脂肪族缩水甘油醚。 [0035] 作为上述技术方案的优选，所述的分散剂为一种琥珀酸脂类合成物高效润湿剂。 [0036] 如图1所示，本发明的制备上述的沥青混凝土裂缝自愈微胶囊的制备方法，包括如下步骤： [0037] (1)将一定量的囊壁放入囊芯材料中充分浸泡后静置24h～36h，以降低浸泡后囊壁温度，同时去除囊壁材料表面吸附的多余囊芯材料，囊壁放入囊芯材料时，囊壁材料能够完全浸泡在囊芯材料溶液中即可，可以根据容器的大小自行设计； [0038] (2)将包裹材料的各组分，即环氧树脂、固化剂、稀释剂和分散剂按质量百分数加入容器中，搅拌均匀； [0039] (3)将步骤(1)中静置后的吸附了囊芯材料的囊壁(即囊芯囊壁组合)加入到步骤(2)中的包裹材料中，搅拌均匀； [0040] (4)取经浸泡后的囊壁材料6～8倍质量的水泥(即固体分散材料)加入步骤(3)中的容器中，拌合均匀形成微胶囊颗粒，分散出微胶囊颗粒，静置24h～36h，至包裹材料中的环氧树脂和固化剂充分反应，固化完全，颗粒材料具备较高的力学强度； [0041] (5)再在步骤(4)分散出的微胶囊颗粒上喷洒少量水，至颗粒表面有一层薄水膜，经分散养护后，起分撒作用的谁您材料凝固并形成一定强度，即得到产物沥青混凝土裂缝自愈微胶囊。 [0042] 实施例 [0043] 在实施例1-2中，使用的包裹材料由以下重量百分比的原料混合而成：环氧树脂38.9％、固化剂31.9％、稀释剂26.6％、分散剂1.6％。 [0044] 实施例1 [0045] 本实施例中，以质量百分数计，糖醛抽出油为8.6％，多孔膨胀珍珠岩为2.4％，包裹材料为12.5％，固体分散材料为76.5％： [0046] 称量20g粒径为1.18～2.36mm的膨胀珍珠岩颗粒，将称量好的多孔膨胀珍珠岩颗粒在100℃含有糖醛抽出油的烧杯中充分浸泡2h，吸收糖醛抽出油为71g，放于干燥托盘中静置24h，待温度降至25-35℃；取环氧树脂22.5g、凤凰牌650固化剂18.3g、稀释剂脂肪族缩水甘油醚15.1g、琥珀酸脂类合成物高效润湿剂0.7g，将上述材料混合搅拌均匀成乳液；然后加入制作好的多孔膨胀珍珠岩(吸附糖醛抽出油后)50g，搅拌均匀，然后加入硅酸盐42.5R强度型水泥347.0g，为防止环氧树脂强度形成要求15min以内完成上述过程，放置于干燥处静置24h。用1.18mm方孔筛筛除多余的水泥，摊开后喷撒20g饮用水，4h终凝后强度形成，经干燥得到产物微胶囊。 [0047] 按将质量比为8％(与沥青混合料质量的比值)加入到AC-13型沥青混合料中，制备得到裂缝自愈微胶囊沥青混合料，然后测试裂缝自愈性能，结果如表1。 [0048] 将实施例1制备的产品1与普通沥青混合料相比，渗水速率指标由1.59降为0.72，间歇式疲劳寿命提高17.47％，劈裂强度比增长16.3％，说明该种微胶囊沥青混合料具有较强的裂缝自愈效果。 [0049] 实施例2(糖醛抽出油7.8％，多孔膨胀珍珠岩2.2％，包裹材料13.0％，固体分散材料77.0％)： [0050] 称量20g粒径为1.18～2.36mm的膨胀珍珠岩颗粒，将称量好的多孔膨胀珍珠岩颗粒在100℃含有糖醛抽出油的烧杯中充分浸泡2h，吸收糖醛抽出油50g，放于干燥托盘中静置30h，待温度降至25-35℃；取环氧树脂25.2g、凤凰牌650固化剂20.7g、稀释剂脂肪族缩水甘油醚17.3g、琥珀酸脂类合成物高效润湿剂1.0g，将上述材料混合搅拌均匀成乳液；然后加入制作好的多孔膨胀珍珠岩材料(吸附糖醛抽出油后)50g，搅拌均匀，然后加入硅酸盐42.5R早强水泥385.0g，为防止环氧树脂强度形成要求15min以内完成上述过程，放置于干燥处静置28h。用1.18mm孔径的方孔筛筛除多余的水泥，摊开后喷撒25g饮用水，6h终凝后强度形成，经干燥得到产物微胶囊。 [0051] 按将质量比为8％(与沥青混合料质量的比值)加入到AC-13型沥青混合料中，制备得到裂缝自愈微胶囊沥青混合料，然后测试裂缝自愈性能，结果如表1。 [0052] 将实施例2制备的产品2沥青混合料与普通沥青混合料相比，渗水速率指标由1.59降为0.81，间歇式疲劳寿命提高13.48％，劈裂强度比增长14.7％，说明该种微胶囊沥青混合料具有较强的裂缝自愈效果。 [0053] 实施例1与实施例2的结果如表1所示，为不同微胶囊沥青混合料指标对照表： [0054] 表1 [0055] [0056] 表1中各项目测试方法及试验条件如下： [0057] (1)渗水速率试验 [0058] 本试验采用稳定度仪进行人工劈裂造缝，并用自主开发设计的高压渗水设备进行本试验。试验条件控制如下：水压0.1Mpa，造缝温度5℃，愈合侧向压力1.0Mpa，愈合时间5h，愈合温度45℃。 [0059] (2)间歇式疲劳寿命 [0060] 本试验采用UTM试验机测试，试验条件控制如下：温度20℃，间歇时间0.032s，加载时间0.016s，应力控制加载方式，应力水平0.2。 [0061] (3)劈裂强度比 [0062] 本试验利用稳定度试验仪进行劈裂试验，试验条件控制如下：试验温度20℃，愈合侧向压力1.0Mpa，愈合时间5h，愈合温度45℃。 [0063] 实施例3 [0064] 本实施例中，以质量百分数计，沥青混凝土裂缝自愈微胶囊中的囊芯、囊壁、包裹材料和固体分散材料的质量分别占沥青混凝土裂缝自愈微胶囊总质量的质量百分数为6％、4％、14％和70％，囊芯采用起修复沥青混凝土微裂缝作用的糖醛抽出油，囊壁采用多孔膨胀珍珠岩，固体分散材料采用起分散作用的水泥为硅酸盐42.5R早强型水泥，其中，以质量百分数计，包裹材料中含35％的环氧树脂、35％的固化剂、28％的稀释剂和2.5％的分散剂，沥青混凝土裂缝自愈微胶囊的制备过程同实施例1或实施例2。 [0065] 实施例4 [0066] 本实施例中，以质量百分数计，沥青混凝土裂缝自愈微胶囊中的囊芯、囊壁、包裹材料和固体分散材料的质量分别占沥青混凝土裂缝自愈微胶囊总质量的质量百分数为10％、2％、12％和73％，囊芯采用起修复沥青混凝土微裂缝作用的糖醛抽出油，囊壁采用多孔膨胀珍珠岩，固体分散材料采用起分散作用的水泥为硅酸盐42.5R早强型水泥，其中，以质量百分数计，包裹材料中含40％的环氧树脂、30％的固化剂、29％的稀释剂和2％的分散剂，沥青混凝土裂缝自愈微胶囊的制备过程同实施例1或实施例2。 [0067] 实施例5 [0068] 本实施例中，以质量百分数计，沥青混凝土裂缝自愈微胶囊中的囊芯、囊壁、包裹材料和固体分散材料的质量分别占沥青混凝土裂缝自愈微胶囊总质量的质量百分数为11％、3％、11％和78％，囊芯采用起修复沥青混凝土微裂缝作用的糖醛抽出油，囊壁采用多孔膨胀珍珠岩，固体分散材料采用起分散作用的水泥为硅酸盐42.5R早强型水泥，其中，以质量百分数计，包裹材料中含42％的环氧树脂、38％的固化剂、30％的稀释剂和3％的分散剂，沥青混凝土裂缝自愈微胶囊的制备过程同实施例1或实施例2。 [0069] 实施例6 [0070] 本实施例中，以质量百分数计，沥青混凝土裂缝自愈微胶囊中的囊芯、囊壁、包裹材料和固体分散材料的质量分别占沥青混凝土裂缝自愈微胶囊总质量的质量百分数为12％、5％、10％和80％，囊芯采用起修复沥青混凝土微裂缝作用的糖醛抽出油，囊壁采用多孔膨胀珍珠岩，固体分散材料采用起分散作用的水泥为硅酸盐42.5R早强型水泥，其中，以质量百分数计，包裹材料中含45％的环氧树脂、40％的固化剂、25％的稀释剂和1.0％的分散剂，沥青混凝土裂缝自愈微胶囊的制备过程同实施例1或实施例2。 |
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