本發(fā)明屬于道路工程瀝青材料技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及到一種具有自修復(fù)功能的瀝青材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

瀝青路面作為道路直接與行車發(fā)生關(guān)系的“界面”，在整個(gè)路面結(jié)構(gòu)中具有特殊重要的意義。在瀝青路面的長(zhǎng)期使用過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)處要經(jīng)歷各種復(fù)雜環(huán)境的考驗(yàn)，一些微小開裂和局部損傷會(huì)不可避免的產(chǎn)生，如不能及時(shí)控制這些微損傷，這些微裂紋便會(huì)在外邊荷載的作用下擴(kuò)展開裂，進(jìn)而會(huì)影響路面結(jié)構(gòu)的使用壽命，重則會(huì)破壞整個(gè)道路的結(jié)構(gòu)。所以，如何能夠及時(shí)有效的修復(fù)路面中出現(xiàn)的裂紋和損傷成為了道路工作者關(guān)心的主要問(wèn)題。瀝青本身具備一定的自愈合能力，但與所處的溫度、修復(fù)的時(shí)間密切相關(guān)，實(shí)際應(yīng)用中很少出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間高溫階段供其發(fā)生自愈合。因此，有必要尋求一種新技術(shù)，對(duì)瀝青路面內(nèi)部出現(xiàn)的裂紋和損傷能夠及時(shí)感知并主動(dòng)修復(fù)，提升其自愈合能力，以延長(zhǎng)路面服務(wù)壽命。

自修復(fù)微膠囊是一類以物質(zhì)補(bǔ)給方式進(jìn)行的自修復(fù)手段。采取囊壁包覆囊芯的手段，在材料產(chǎn)生微裂紋時(shí)，對(duì)微膠囊產(chǎn)生刺激，囊壁破裂，釋放出囊芯材料，囊芯材料遇到分散在體系內(nèi)的催化劑，在微裂紋出發(fā)生反應(yīng)，改善基體性能、延緩材料損傷、延長(zhǎng)材料壽命。由于微膠囊自修復(fù)具有適用性廣、制備工藝成熟、對(duì)基體性能影響小等優(yōu)點(diǎn)，受到的關(guān)注與研究最為廣泛。目前，將自修復(fù)微膠囊技術(shù)應(yīng)用到瀝青的研究還相對(duì)較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種改善瀝青性能，延長(zhǎng)使用壽命的具有自修復(fù)功能的瀝青材料及其制備方法。

本發(fā)明所述的一種具有自修復(fù)功能的瀝青材料，所述瀝青材料包括石油瀝青、微膠囊以及固化劑，三者質(zhì)量比例為100:(0.1～10):(0.05～5)；所述石油瀝青為《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004中規(guī)定的基質(zhì)70#石油瀝青、90#石油瀝青或改性石油瀝青；所述微膠囊由囊壁和囊芯組成，囊壁材料為改性脲醛樹脂，囊芯材料為環(huán)氧樹脂，二者質(zhì)量比為(1:3)～(3:1)。

本發(fā)明所述的具有自修復(fù)功能的瀝青材料，所述改性脲醛樹脂的改性劑為硅烷偶聯(lián)劑KH-550、KH-560或KH-570。

本發(fā)明所述的具有自修復(fù)功能的瀝青材料，所述環(huán)氧樹脂為E51或/和E44。

本發(fā)明所述的具有自修復(fù)功能的瀝青材料，所述固化劑為脂肪胺固化劑或6-羥甲基-4-異丙基-7-甲氧基-1-萘甲酸甲酯。

本發(fā)明所述的一種具有自修復(fù)功能的瀝青材料，所述脂肪胺為二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一種或幾種。

本發(fā)明所述瀝青材料的制備方法，所述制備方法的具體步驟為:制備時(shí)，控制溫度為160℃～180℃，加入石油瀝青、微膠囊以及固化劑高速剪切攪拌，攪拌速率為500～2000r/min，攪拌時(shí)間為5～10min，冷卻至室溫，即得具有自修復(fù)功能的瀝青。

原理:瀝青中產(chǎn)生微裂紋時(shí)，刺激微膠囊囊壁破裂，釋放出其中的環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂與分散在瀝青中的固化劑相遇，發(fā)生固化交聯(lián)反應(yīng)，使其微裂紋得到修復(fù)，改善瀝青性能，延長(zhǎng)其使用壽命。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的具有自修復(fù)功能的瀝青材料具有配方簡(jiǎn)單，效率高、效果明顯的優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1為采用本發(fā)明所述瀝青材料后的瀝青延度自愈合試驗(yàn)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的具有自修復(fù)功能的瀝青材料及其制備方法做進(jìn)一步說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

實(shí)施例1

稱量70#石油瀝青100g，加熱至160℃，加入0.5g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550，環(huán)氧樹脂為E51，壁材:芯材＝2:1)以及0.25g固化劑T31，高剪切分散儀攪拌5min，攪拌速率為1000r/min，冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗(yàn)，分析微膠囊加入對(duì)瀝青自愈合性能的影響。瀝青延度自愈合試驗(yàn)步驟如下：依照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E20-2011中T 0605-2011進(jìn)行延度試驗(yàn)，制備瀝青延度試樣，用刀片在試件中部割開一段，產(chǎn)生破壞(如附圖1)，未破壞深度為樣品下部?jī)蓚€(gè)1元硬幣的厚度，使破壞的樣品進(jìn)行自修復(fù)，自修復(fù)完成后，按照T 0605-2011測(cè)試延度L_a，定義L_a與未經(jīng)破壞的樣品延度(L_b)的比值(L_a/L_b)為瀝青的延度愈合率。具體試驗(yàn)結(jié)果如表1所示:

表1微膠囊添加量(0.5％)對(duì)瀝青三大指標(biāo)的影響

表1結(jié)果顯示，添加微膠囊0.5％后，瀝青三大指標(biāo)變化不大，仍符合技術(shù)要求。將樣品破壞后，進(jìn)行自修復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果如下：

未添加微膠囊時(shí)，修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，修復(fù)后10℃延度L_a為6cm，修復(fù)率L_b/L_a＝24％；添加微膠囊0.5％后，L_b為9cm，修復(fù)率為37.5％，明顯高于未添加的樣品。

實(shí)施例2

稱量70#石油瀝青100g，加熱至160℃，加入0.5g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550，環(huán)氧樹脂為E51，壁材:芯材＝2:1)以及0.25g固化劑T31，高剪切分散儀攪拌5min，攪拌速率為1000r/min，冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗(yàn)，分析微膠囊加入對(duì)瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為30℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，結(jié)果如下：

未添加微膠囊時(shí)，修復(fù)溫度為30℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，修復(fù)后10℃延度L_a為7cm，修復(fù)率L_b/L_a＝28％；添加微膠囊0.5％后，L_b為10cm，修復(fù)率為41.6％，明顯高于未添加的樣品，且高于實(shí)施例1中的修復(fù)率。

實(shí)施例3

稱量70#石油瀝青100g，加熱至160℃，加入0.5g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550，環(huán)氧樹脂為E51，壁材:芯材＝2:1)以及0.25g固化劑T31，高剪切分散儀攪拌5min，攪拌速率為1000r/min，冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗(yàn)，分析微膠囊加入對(duì)瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為10℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，結(jié)果如下：

未添加微膠囊時(shí)，修復(fù)溫度為10℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，修復(fù)后10℃延度L_a為5cm，修復(fù)率L_b/L_a＝20％；添加微膠囊0.5％后，L_b為6cm，修復(fù)率為25％，稍微高于未添加的樣品，但低于實(shí)施例1、2中的修復(fù)率。

實(shí)施例4

稱量70#石油瀝青100g，加熱至160℃，加入0.5g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-560，環(huán)氧樹脂為E51，壁材:芯材＝2:1)以及0.25g固化劑T31，高剪切分散儀攪拌5min，攪拌速率為1000r/min，冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗(yàn)，分析微膠囊加入對(duì)瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為30℃、修復(fù)時(shí)間為1小時(shí)，結(jié)果如下：

未添加微膠囊時(shí)，修復(fù)溫度為30℃、修復(fù)時(shí)間為1小時(shí)，修復(fù)后10℃延度L_a為3cm，修復(fù)率L_b/L_a＝12％；添加微膠囊0.5％后，L_b為5cm，修復(fù)率為20.8％，高于未添加的樣品，但低于實(shí)施例1中的修復(fù)率。

實(shí)施例5

稱量70#石油瀝青100g，加熱至160℃，加入0.5g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550，環(huán)氧樹脂為E51，壁材:芯材＝2:1)以及0.25g固化劑二乙烯三胺，高剪切分散儀攪拌5min，攪拌速率為1000r/min，冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗(yàn)，分析微膠囊加入對(duì)瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，結(jié)果如下：

未添加微膠囊時(shí)，修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，修復(fù)后10℃延度L_a為5cm，修復(fù)率L_b/L_a＝20％；添加微膠囊0.5％后，L_b為8cm，修復(fù)率為32％，明顯高于未添加的樣品。

實(shí)施例6

稱量90#石油瀝青100g，加熱至160℃，加入0.5g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550，環(huán)氧樹脂為E51，壁材:芯材＝2:1)以及0.25g固化劑二乙烯三胺，高剪切分散儀攪拌5min，攪拌速率為1000r/min，冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗(yàn)，分析微膠囊加入對(duì)瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，結(jié)果如下：

未添加微膠囊時(shí)，修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，修復(fù)后10℃延度L_a為5cm，修復(fù)率L_b/L_a＝20％；添加微膠囊0.5％后，L_b為8cm，修復(fù)率為32％，明顯高于未添加的樣品。

實(shí)施例7

稱量70#石油瀝青100g，加熱至160℃，加入0.8g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550，環(huán)氧樹脂為E51，壁材:芯材＝2:1)以及0.35g固化劑6-羥甲基-4-異丙基-7-甲氧基-1-萘甲酸甲酯，高剪切分散儀攪拌5min，攪拌速率為1000r/min，冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗(yàn)，分析微膠囊加入對(duì)瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，結(jié)果如下：

表2微膠囊添加量(0.8％)對(duì)瀝青三大指標(biāo)的影響

未添加微膠囊時(shí)，修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，修復(fù)后10℃延度L_a為5cm，修復(fù)率L_b/L_a＝20％；添加微膠囊0.8％后，修復(fù)時(shí)間為1小時(shí)，L_b為10.2cm，修復(fù)率為46.5％，明顯高于未添加的樣品。

實(shí)施例8

稱量70#石油瀝青100g，加熱至160℃，加入0.8g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550，環(huán)氧樹脂為E51，壁材:芯材＝3:1)以及0.30g固化劑二乙烯三胺，高剪切分散儀攪拌5min，攪拌速率為1000r/min，冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗(yàn)，分析微膠囊加入對(duì)瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，結(jié)果如下：

未添加微膠囊時(shí)，修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，修復(fù)后10℃延度L_a為5cm，修復(fù)率L_b/L_a＝20％；添加微膠囊0.8％后，L_b為9cm，修復(fù)率為39.1％，明顯高于未添加的樣品。

實(shí)施例9

稱量70#石油瀝青100g，加熱至170℃，加入0.8g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550，環(huán)氧樹脂為E51，壁材:芯材＝3:1)以及0.30g固化劑二乙烯三胺，高剪切分散儀攪拌8min，攪拌速率為800r/min，冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗(yàn)，分析微膠囊加入對(duì)瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，結(jié)果如下：

未添加微膠囊時(shí)，修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，修復(fù)后10℃延度L_a為6cm，修復(fù)率L_b/L_a＝24％；添加微膠囊0.8％后，L_b為10cm，修復(fù)率為43.4％，明顯高于未添加的樣品。

實(shí)施例10

稱量70#石油瀝青100g，加熱至160℃，加入0.8g微膠囊(脲醛樹脂改性劑為KH-550，環(huán)氧樹脂為E51，壁材:芯材＝2:1)以及0.35g固化劑T31，高剪切分散儀攪拌5min，攪拌速率為1000r/min，冷卻至室溫即得到具有自修復(fù)功能的瀝青。采用瀝青的延度自愈合試驗(yàn)，分析微膠囊加入對(duì)瀝青自愈合性能的影響。修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，結(jié)果如下：

未添加微膠囊時(shí)，修復(fù)溫度為20℃、修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，修復(fù)后10℃延度L_a為5cm，修復(fù)率L_b/L_a＝21％；添加微膠囊0.8％后，L_b為9cm，修復(fù)時(shí)間為3小時(shí)，修復(fù)率為37.1％，明顯高于未添加的樣品。