本發(fā)明涉及到瀝青路面工程領(lǐng)域，具體涉及一種瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊及其制備方法。

背景技術(shù)：

裂縫是瀝青路面最為常見的病害之一，它不僅直接降低路面行駛質(zhì)量與行車安全性，還為水分進(jìn)入路面內(nèi)部提供了通道，加速松散等損害的發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)水不斷從裂縫處滲入路面基層甚至路床，導(dǎo)致路基承載力下降，產(chǎn)生唧漿、翻漿等病害；除此之外，在行車荷載作用下裂縫尖端形成應(yīng)力集中，應(yīng)力成倍乃至幾十倍增長，不僅加劇裂縫幾何尺寸快速增長，而且會(huì)極大降低路面疲勞壽命。荷載疲勞、低溫收縮及半剛性基層反射，是形成瀝青路面裂縫的主要原因。但不管何種裂縫，最初階段的表現(xiàn)形式為微裂縫，幾何尺寸為微米級(jí)甚至更小，不易被探測(cè)；在溫度及荷載的耦合循環(huán)作用下，微裂縫尖端出現(xiàn)應(yīng)力集中，導(dǎo)致其周期性擴(kuò)展與收縮，使互相獨(dú)立的微裂縫被擴(kuò)展、并逐漸發(fā)展為貫通的宏觀裂縫，最后形成貫穿裂縫；如果不及時(shí)采取措施，貫穿裂縫面積會(huì)逐漸增大、裂縫深度向下延伸，加之水分的進(jìn)入而形成的高壓動(dòng)水沖刷作用，極易形成坑槽、松散以及深度的翻漿病害。

國內(nèi)外眾多研究表明，在較高溫度下瀝青及瀝青混合料有一定的自愈能力，通過裂縫兩側(cè)面的瀝青滲透與擴(kuò)散作用，裂縫能緩慢自動(dòng)愈合。但該過程及其緩慢，不僅要求環(huán)境溫度較高、且無行車荷載作用。運(yùn)營中瀝青路面暴露于復(fù)雜的自然環(huán)境中，高低溫及行車荷載循環(huán)作用，因此僅通過瀝青的自愈能力不足以讓裂縫得到及時(shí)自動(dòng)修復(fù)。因此，采取一定的技術(shù)措施大幅提高瀝青及瀝青混合料的自愈能力，在裂縫發(fā)展過程中及時(shí)自動(dòng)地修復(fù)裂縫，就能極大地抑制裂縫發(fā)展速度、減小裂縫深度及寬度，勢(shì)必會(huì)大大提高瀝青路面的服務(wù)水平與使用壽命。

目前，增強(qiáng)瀝青混凝土自愈行為方面的研究主要有添加石灰粉、中空纖維法和微膠囊法。添加石灰粉對(duì)瀝青混合料自愈和性能有所提高，但效果甚微；雖然中空纖維承載修復(fù)液法無需額外的外界觸發(fā)條件且修復(fù)率高，但此種方法存在很多的弊端，首先纖維是剛性材料，在瀝青混合料拌合過程中，纖維易斷裂，愈和劑提前釋放，達(dá)不到愈和的目的；其次，纖維半徑太小，中空纖維制造工藝嚴(yán)格，成本造價(jià)太高，不利于大面積推廣。

鑒于此，研究者們把目光轉(zhuǎn)移到微膠囊愈合劑方面。當(dāng)微裂縫擴(kuò)展至微膠囊處時(shí)，必將造成微膠囊包裹材料破裂，流出的瀝青再生劑不但改善裂縫處瀝青的性質(zhì)、同時(shí)促使裂縫處瀝青能夠在室溫下或較低溫度下實(shí)現(xiàn)很好的自愈合特性，從而起到延緩裂縫的擴(kuò)展甚至完全修復(fù)裂縫的作用，延長瀝青路面的疲勞壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的瀝青裂縫修復(fù)技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊及其制備方法，本發(fā)明制備的瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊無需外加觸發(fā)條件即可實(shí)現(xiàn)瀝青裂縫的自修復(fù)、提高瀝青的自修復(fù)能力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊，包括囊芯、囊壁、包裹材料與固體分散材料，囊芯儲(chǔ)存于囊壁內(nèi)，囊芯與囊壁包裹于包裹材料內(nèi)，固體分散材料包裹于包裹材料的外部，囊芯、囊壁、包裹材料和固體分散材料的質(zhì)量分別占所述瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：5.86-10％、7.8-14％、10-15％、65-80％。

所述的囊芯采用瀝青再生劑。

所述的囊壁采用多孔沸石。

所述的包裹材料包括環(huán)氧樹脂、固化劑、稀釋劑與分散劑，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包裹材料中包含36-47％的環(huán)氧樹脂、28-36％的固化劑、20-30％的稀釋劑與0.5-2％的分散劑。

所述的鳳凰牌環(huán)氧樹脂。

所述的固化劑為鳳凰牌650固化劑。

所述的稀釋劑為脂肪族縮水甘油醚。

所述的分散劑為琥珀酸脂類合成物潤濕劑。

所述的固體分散劑采用硅酸鹽42.5R早強(qiáng)型水泥。

一種制備上述的瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊的制備方法，包括如下步驟：

(1)將囊壁放入囊芯材料中充分浸泡后靜置，以使浸泡后的囊壁溫度降低，同時(shí)去除囊壁材料表面吸附的多余囊芯材料；

(2)將包裹材料加入容器中，攪拌均勻；

(3)將步驟(1)中靜置后的囊壁加入到步驟(2)中的包裹材料中，攪拌均勻；

(4)再將固體分散材料加入步驟(3)中的混合料中，拌合均勻并形成微膠囊顆粒，再分散出微膠囊顆粒，并靜置，使包裹材料充分反應(yīng)，固化完全；

(5)再在步驟(4)中分散出的微膠囊顆粒上噴灑水，經(jīng)養(yǎng)護(hù)后，起分散作用的分散材料凝固，即得到產(chǎn)物瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊無需專門的觸發(fā)條件即可實(shí)現(xiàn)瀝青疲勞性能的明顯改善，可以明顯增強(qiáng)瀝青的自修復(fù)能力，對(duì)瀝青自身的基本性能影響不大，而且本發(fā)明的微膠囊高溫及力學(xué)穩(wěn)定性好，瀝青裂縫破壞壁材，從而將瀝青再生劑釋放出來，滲入瀝青中進(jìn)行瀝青再生，本發(fā)明的制備方法簡單、成本低，適合大范圍推廣，當(dāng)瀝青混凝土在荷載與環(huán)境耦合作用下發(fā)生微裂縫后，裂縫尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致包裹材料破裂，囊芯材料從囊壁的孔隙滲漏至瀝青混凝土的微裂縫，然后與微裂縫兩側(cè)的瀝青材料發(fā)生滲透、粘結(jié)等作用，達(dá)到修復(fù)微裂縫的目的。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明的瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊的制備工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】

為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例和實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明不僅限于下述的實(shí)施情形。

本發(fā)明的瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊，包括囊芯、囊壁、包裹材料與固體分散材料，其中囊芯、囊壁、包裹材料與固體分散材料的質(zhì)量分別占所述瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為：5.86-10％、7.8-14％、10-15％和65-80％。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的囊芯采用一種瀝青再生劑，主要起修復(fù)瀝青混凝土微裂縫的作用，是主要的功能材料。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的囊壁采用多孔沸石，利用其多孔特性儲(chǔ)存囊芯材料。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的包裹材料包括環(huán)氧樹脂、固化劑、稀釋劑與分散劑，是成膜材料，將囊壁與囊芯包裹其中，起保護(hù)作用。包裹材料各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：環(huán)氧樹脂36-47％、固化劑28-36％、稀釋劑20-30％及分散劑0.5-2％。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的環(huán)氧樹脂為鳳凰牌環(huán)氧樹脂(E-44)。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的固化劑為鳳凰牌650固化劑。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的稀釋劑為脂肪族縮水甘油醚。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的分散劑為琥珀酸脂類合成物高效潤濕劑。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的固體分散劑采用水泥，具體為硅酸鹽42.5R早強(qiáng)型水泥，主要起分散作用。

如圖1所示，本發(fā)明的制備上述的瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊的制備方法，包括以下步驟：

(1)將一定量的囊壁放入囊芯材料中充分浸泡后靜置24h～36h以降低浸泡后囊壁溫度，同時(shí)去除囊壁材料表面吸附的多余囊芯材料，囊壁放入囊芯材料時(shí)，囊壁材料能夠完全浸泡在囊芯材料溶液中即可，可以根據(jù)容器的大小自行設(shè)計(jì)；

(2)將包裹材料的各組分，即鳳凰牌環(huán)氧樹脂(E-44)、固化劑、稀釋劑和分散劑按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)加入容器中，攪拌均勻；

(3)將步驟(1)中靜置后的吸附了囊芯材料的囊壁(即囊芯囊壁組合)加入到步驟(2)中的包裹材料中，攪拌均勻；

(4)取經(jīng)浸泡后的囊壁材料4～6倍質(zhì)量的水泥(即固體分散材料)加入步驟(3)中的容器中，拌合均勻形成微膠囊顆粒，分散出微膠囊顆粒，靜置24h-36h，至包裹材料中的環(huán)氧樹脂和固化劑充分反應(yīng)，固化完全，顆粒材料具備較高的力學(xué)強(qiáng)度；

(5)再在步驟(4)分散出的微膠囊顆粒上噴灑少量水，至顆粒表面有一層薄水膜，經(jīng)分散養(yǎng)護(hù)后，起分撒作用的分散材料凝固并形成一定強(qiáng)度，即得到產(chǎn)物瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊。

實(shí)施例

在實(shí)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：鳳凰牌環(huán)氧樹脂(E-44)40.0％、固化劑33.3％、稀釋劑25.0％、分散劑1.6％。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，瀝青再生劑為7.5％，多孔沸石為10.3％，包裹材料為10.7％，固體分散材料為71.4％：

稱量50g粒徑為1.18～2.36mm的多孔沸石顆粒，將稱量好的多孔沸石顆粒在100℃含有瀝青再生劑的燒杯中充分浸泡2h，吸收瀝青再生劑36.5g，放于干燥托盤中靜置24h，待溫度降至25-35℃；取鳳凰牌環(huán)氧樹脂(E-44)12g、鳳凰牌650固化劑10g、稀釋劑脂肪族縮水甘油醚7.5g、琥珀酸脂類合成物高效潤濕劑0.5g，將上述材料混合攪拌均勻成乳液；然后加入制作好的多孔沸石(吸附瀝青再生劑后)50g，攪拌均勻，然后加入硅酸鹽42.5R強(qiáng)度型水泥200g，為防止環(huán)氧樹脂強(qiáng)度形成要求15min以內(nèi)完成上述過程，放置于干燥處靜置24h。用1.18mm方孔篩篩除多余的水泥，攤開后噴撒15g飲用水，4h終凝后強(qiáng)度形成，經(jīng)干燥得到產(chǎn)物微膠囊。

將質(zhì)量比為8％(與瀝青混合料質(zhì)量的比值)加入到AC-13型瀝青混合料中，制備得到裂縫自愈微膠囊瀝青混合料，然后測(cè)試裂縫自愈性能，結(jié)果如表1。

將實(shí)施例1制備的產(chǎn)品1與普通瀝青混合料相比，滲水速率指標(biāo)由1.59降為1.12，間歇式疲勞壽命提高10.32％，劈裂強(qiáng)度比增長9.3％，說明該種微膠囊瀝青混合料具有較強(qiáng)的裂縫自愈效果。

實(shí)施例2(瀝青再生劑5.86％，多孔沸石7.8％，包裹材料10.8％，固體分散材料75.7％)：

稱量50g粒徑為1.18～2.36mm的多孔沸石顆粒，將稱量好的多孔沸石顆粒在100℃含有瀝青再生劑的燒杯中充分浸泡2h，吸收瀝青再生劑36.5g，放于干燥托盤中靜置32h，待溫度降至25-35℃；取鳳凰牌環(huán)氧樹脂(E-44)16g、鳳凰牌650固化劑13.32g、稀釋劑脂肪族縮水甘油醚10g、琥珀酸脂類合成物高效潤濕劑0.6g，將上述材料混合攪拌均勻成乳液；然后加入制作好的多孔沸石材料(吸附瀝青再生劑后)50g，攪拌均勻，然后加入硅酸鹽42.5R早強(qiáng)水泥280.0g，為防止鳳凰牌環(huán)氧樹脂(E-44)強(qiáng)度形成要求15min以內(nèi)完成上述過程，放置于干燥處靜置30h。用1.18mm孔徑的方孔篩篩除多余的水泥，攤開后噴撒20g飲用水，8h終凝后強(qiáng)度形成，經(jīng)干燥得到產(chǎn)物微膠囊。

按將質(zhì)量比為8％(與瀝青混合料質(zhì)量的比值)加入到AC-13型瀝青混合料中，制備得到裂縫自愈微膠囊瀝青混合料，然后測(cè)試裂縫自愈性能，結(jié)果如表1。

將實(shí)施例2制備的產(chǎn)品2瀝青混合料與普通瀝青混合料相比，滲水速率指標(biāo)由1.59降為1.25，間歇式疲勞壽命提高9.45％，劈裂強(qiáng)度比增長9.1％，說明該種微膠囊瀝青混合料具有較強(qiáng)的裂縫自愈效果。

實(shí)施例1與實(shí)施例2的結(jié)果如表1所示，為不同微膠囊瀝青混合料指標(biāo)對(duì)照表：

表1

表1中各項(xiàng)目測(cè)試方法及試驗(yàn)條件如下：

(1)滲水速率試驗(yàn)

本試驗(yàn)采用穩(wěn)定度儀進(jìn)行人工劈裂造縫，并用自主開發(fā)設(shè)計(jì)的高壓滲水設(shè)備進(jìn)行本試驗(yàn)。試驗(yàn)條件控制如下：水壓0.1Mpa，造縫溫度5℃，愈合側(cè)向壓力1.0Mpa，愈合時(shí)間5h，愈合溫度45℃。

(2)間歇式疲勞壽命

本試驗(yàn)采用UTM試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，試驗(yàn)條件控制如下：溫度20℃，間歇時(shí)間0.032s，加載時(shí)間0.016s，應(yīng)力控制加載方式，應(yīng)力水平0.2。

(3)劈裂強(qiáng)度比

本試驗(yàn)利用穩(wěn)定度試驗(yàn)儀進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)條件控制如下：試驗(yàn)溫度20℃，愈合側(cè)向壓力1.0Mpa，愈合時(shí)間5h，愈合溫度45℃。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊中的囊芯、囊壁、包裹材料和固體分散材料的質(zhì)量分別占瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為7％、12％、12％和65％，囊芯采用起修復(fù)瀝青混凝土微裂縫作用的瀝青再生劑，囊壁采用多孔沸石，固體分散材料采用起分散作用的水泥為硅酸鹽42.5R早強(qiáng)型水泥，其中，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包裹材料中含36％的環(huán)氧樹脂、28％的固化劑、22％的稀釋劑和0.5％的分散劑，瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊的制備過程同實(shí)施例1或?qū)嵤├?。

實(shí)施例4

本實(shí)施例中，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊中的囊芯、囊壁、包裹材料和固體分散材料的質(zhì)量分別占瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為9％、9％、10.0％和70％，囊芯采用起修復(fù)瀝青混凝土微裂縫作用的瀝青再生劑，囊壁采用多孔沸石，固體分散材料采用起分散作用的水泥為硅酸鹽42.5R早強(qiáng)型水泥，其中，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包裹材料中含45％的環(huán)氧樹脂、30％的固化劑、20％的稀釋劑和1.0％的分散劑，瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊的制備過程同實(shí)施例1或?qū)嵤├?。

實(shí)施例5

本實(shí)施例中，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊中的囊芯、囊壁、包裹材料和固體分散材料的質(zhì)量分別占瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10％、14％、15％和78％，囊芯采用起修復(fù)瀝青混凝土微裂縫作用的瀝青再生劑，囊壁采用多孔沸石，固體分散材料采用起分散作用的水泥為硅酸鹽42.5R早強(qiáng)型水泥，其中，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包裹材料中含43％的環(huán)氧樹脂、34％的固化劑、27％的稀釋劑和1.8％的分散劑，瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊的制備過程同實(shí)施例1或?qū)嵤├?。

實(shí)施例6

本實(shí)施例中，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊中的囊芯、囊壁、包裹材料和固體分散材料的質(zhì)量分別占瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊總質(zhì)量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為8.5％、13％、13％和80％，囊芯采用起修復(fù)瀝青混凝土微裂縫作用的瀝青再生劑，囊壁采用多孔沸石，固體分散材料采用起分散作用的水泥為硅酸鹽42.5R早強(qiáng)型水泥，其中，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包裹材料中含47％的環(huán)氧樹脂、36％的固化劑、30％的稀釋劑和2.0％的分散劑，瀝青混凝土裂縫自愈微膠囊的制備過程同實(shí)施例1或?qū)嵤├?。