一种适用于ac-20沥青混合料的浸润剂增强型玄武岩纤维
技术领域
1.本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种适用于ac-20沥青混合料的浸润剂增强型玄武岩纤维。
背景技术：2.随着我国道路运输行业飞速发展，交通量急剧增加，对路面材料性能的要求也更加严格。许多国内外学者将纤维应用于沥青混合料中以提高其性能，玄武岩纤维就是其中一种，它是一种绿色环保的材料，并且断裂强度高、弹性模量大，具有良好的耐腐蚀性能。掺入玄武岩纤维后，沥青路面的路用性能及力学性能均出现不同程度的改善。
3.ac-20型沥青混合料通常作为道路下面层，在实际工程中多使用基质沥青作为粘结剂，而在当前研究中发现，普通玄武岩纤维作用在sbs改性沥青等高性能沥青中起到的加筋和协同作用更加显著，而掺加在基质沥青等普通粘结材料中，起到的增强作用并不显著，这是由于玄武岩纤维在普通基质沥青中的增强作用并不明显。在玄武岩纤维的生产使用过程中，纤维集束成型时都需经过浸润剂处理，浸润剂成分显著影响着纤维表面的形貌，进而影响着玄武岩纤维使用过程中的增强效果。
技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种适用于ac-20沥青混合料的浸润剂增强型玄武岩纤维，通过向沥青混合料中掺入经增强型浸润剂处理的玄武岩纤维，可以改善普通玄武岩纤维在基质沥青中作用较弱的现象，显著提高ac-20沥青混合料的路用性能及力学性能。
5.实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于ac-20沥青混合料的浸润剂增强型玄武岩纤维，玄武岩纤维经浸润剂浸润，浸润剂的成分为：28.80％～40.50％主成膜剂、25.60％～38.50％辅成膜剂、0.36％～4.19％抗静电剂、0.72％～15.78％偶联剂、0.36％～7.03％润滑剂，浸润剂总质量占玄武岩纤维总质量的6％～14％。
6.进一步的，增强型玄武岩纤维表面呈现连续凸起型薄膜。
7.进一步的，主成膜剂主要成分为聚醋酸乙烯乳液。
8.进一步的，辅成膜剂主要成分为水溶性环氧树脂。
9.进一步的，抗静电剂主要成分为阳离子抗静电剂nh4cl。
10.进一步的，偶联剂主要成分为硅烷偶联剂kh550。
11.进一步的，润滑剂主要成分为硬脂酸聚氧乙烯酯。
12.上述的增强型玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：
13.步骤(1)：将主成膜剂和辅成膜剂混合，高速搅拌1.6～2.2h，然后依次加入润滑剂、抗静电剂，再持续搅拌2.0～2.6h，得到均匀的液体；
14.步骤(2)：将硅烷偶联剂加入到乙醇溶液中，高速搅拌5～12min后，静置45～50min；
15.步骤(3)：将玄武岩纤维首先加入到步骤(1)制备的的均匀液体中，在75～85℃环
境下搅拌发育10～15min，随后将滤出的玄武岩纤维加入到步骤(2)制备的溶液中，静置20～35min；
16.步骤(4)：将步骤(3)浸润处理结束后的玄武岩纤维滤除，置于75～85℃的烘箱中烘干备用。
17.一种浸润剂增强型玄武岩纤维，用于以基质沥青为主要粘结剂的下面层ac-20型沥青混合料中。
18.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
19.(1)本发明所述的玄武岩纤维经增强型浸润剂处理后，有效改善了玄武岩纤维的耐磨性、集束性和表面粗糙度，使玄武岩纤维对沥青混合料路用性能及力学性能的提升效果得到充分发挥；
20.(2)本发明所述的适用于ac-20沥青混合料的浸润剂增强型玄武岩纤维，能够有效解决玄武岩纤维在基质沥青中作用不显著的不足，拓宽玄武岩纤维的应用场景。
附图说明
21.图1为实施例1中经浸润剂处理的增强型玄武岩纤维表面粗糙度sem图像；
22.图2为对比例1中经其他浸润剂处理的玄武岩纤维表面粗糙度sem图像；
23.图3为对比例2中普通玄武岩纤维表面粗糙度sem图像。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施例对本发明所述的适用于ac-20沥青混合料的浸润剂增强型玄武岩纤维做进一步说明。
25.本发明充分利用了浸润剂增强型玄武岩纤维的优势，将其加入到使用基质沥青为粘结剂的ac-20沥青混合料中，有效提高了其高温稳定性、低温抗裂性及抗疲劳性能。
26.实施例1
27.浸润剂中主成膜剂采用聚醋酸乙烯乳液，辅成膜剂采用水溶性环氧树脂，抗静电剂采用阳离子抗静电剂nh4cl，偶联剂采用硅烷偶联剂kh550，润滑剂采用硬脂酸聚氧乙烯酯。
28.先按照35：30：4：8：5的质量比，分别取出对应的主成膜剂、辅成膜剂、润滑剂、抗静电剂和偶联剂，将主成膜剂和辅成膜剂混合，高速搅拌1.6～2.2h，然后依次加入润滑剂、抗静电剂，再持续搅拌2.0～2.6h，得到均匀的液体，随后将玄武岩纤维投入其中，在75～85℃环境下搅拌发育10～15min。
29.与此同时，将硅烷偶联剂加入到乙醇溶液中，高速搅拌5～12min后，静置45～50min，随后将玄武岩纤维从上一种溶液中滤出，并加入到该溶液中静置20～35min。最后，将玄武岩纤维滤出，置于75～85℃的烘箱中烘干，得到经增强型浸润剂处理的玄武岩纤维。
30.将基质沥青在160～170℃烘箱中加热至熔融状态，保温备用。在170～180℃条件下预先加热5821.68g集料和180.22g矿粉4h以上，将沥青混合料拌合锅加热至165～175℃。先将预先加热的5821.68g集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为1380.44g、1920.51g、840.21g，1680.52g)与18.01g经浸润剂处理后的增强型玄武岩纤维一同在拌合锅内拌合85～95s。再加入270.42g保温备用的基质沥青拌合85～95s，最后掺入180.22g矿
粉拌合85～95s，制成经浸润剂增强的玄武岩纤维ac-20沥青混合料。
31.对比例1
32.浸润剂中主成膜剂采用聚酯乳液，辅成膜剂采用环氧乳液，抗静电剂采用阳离子抗静电剂nh4cl，偶联剂采用a151，润滑剂采用硬脂酸聚氧乙烯酯。
33.按照35：30：4：8：5的质量比，分别取出对应的主成膜剂、辅成膜剂、润滑剂、抗静电剂和偶联剂，将主成膜剂和辅成膜剂混合，高速搅拌1.6～2.2h，然后依次加入润滑剂、抗静电剂，再持续搅拌2.0～2.6h，得到均匀的液体，随后将玄武岩纤维投入其中，在75～85℃环境下搅拌发育10～15min。
34.与此同时，将a151偶联剂加入到乙醇溶液中，高速搅拌5～12min后，静置45～50min，随后将玄武岩纤维从上一种溶液中滤出，并加入到该溶液中静置20～35min。最后，将玄武岩纤维滤出，置于75～85℃的烘箱中烘干，得到经增强型浸润剂处理的玄武岩纤维。
35.将基质沥青在160～170℃烘箱中加热至熔融状态，保温备用。在170～180℃条件下预先加热5817.73g集料和180.10g矿粉4h以上，将沥青混合料拌合锅加热至165～175℃。先将预先加热的5817.73g集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为1379.50g、1919.21g、839.64g，1679.38g)与18.00g经浸润剂处理后的玄武岩纤维一同在拌合锅内拌合85～95s。再加入270.24g保温备用的基质沥青拌合85～95s，最后掺入180.10g矿粉拌合85～95s，制成经对比例1所述浸润剂处理的玄武岩纤维ac-20沥青混合料。
36.对比例2
37.玄武岩纤维ac-20沥青混合料中采用未经处理的普通玄武岩纤维。
38.将基质沥青在160～170℃烘箱中加热至熔融状态，保温备用。在170～180℃条件下预先加热5831.82g集料和180.53g矿粉4h以上，将沥青混合料拌合锅加热至165～175℃。先将预先加热的5831.82g集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为1382.84g、1923.85g、841.67g，16783.45g)与18.04g普通玄武岩纤维一同在拌合锅内拌合85～95s。再加入270.89g保温备用的基质沥青拌合85～95s，最后掺入180.53g矿粉拌合85～95s，制成普通玄武岩纤维ac-20沥青混合料。
39.对比例3
40.将不掺玄武岩纤维的ac-20沥青混合料作为对比例3。
41.先将基质在160～170℃烘箱中加热至熔融状态，保温备用。在170～180℃条件下预先加热5843.62g集料和184.25g矿粉4h以上，将沥青混合料拌合锅加热至165～175℃。将预先加热的5843.62g集料(其中1#料、2#料、3#料与4#料的质量分别为1385.48g、1928.06g、843.98g，1686.09g)与273.93g保温备用的基质沥青一同在拌合锅内拌合85～95s，再掺入184.25g矿粉拌合85～95s，制备成ac-20沥青混合料。
42.玄武岩纤维与沥青界面粘附检验
43.对实施例1、对比例1和对比例2中的玄武岩纤维分别进行纤维拔出试验，此处选用长纤维，将三种纤维埋置在基质沥青中，埋置长度为30mm，通过拉伸仪将纤维从沥青中拔出，得出最大拉力并计算拔出功，结果见表1。
44.表1玄武岩纤维拔出试验结果
[0045][0046]
由表2纤维拔出试验结果可知，本发明所述的适用于ac-20沥青混合料的浸润剂增强型玄武岩纤维，与对比例2中未经处理的普通玄武岩纤维相比，从基质沥青中拔出时的最大拉力和拔出功均显著增加，其中最大拉力提升了49.31％，拔出功提升了46.56％；与对比例1中其他浸润剂处理的玄武岩纤维相比两项数据也有一定的提升，提升幅度分别为32.29％和27.79％
[0047]
该试验结果验证了本发明所述的适用于ac-20沥青混合料的浸润剂增强型玄武岩纤维与基质沥青间的界面粘结能力更加优异，提高了玄武岩纤维在基质沥青中的加筋与协同作用。同时，该试验结果与本专利中的说明附图也从纤维与沥青界面角度共同证明，本发明所述的适用于ac-20沥青混合料的浸润剂增强型玄武岩纤维能够改善玄武岩纤维在基质沥青中作用效果较差的问题。
[0048]
玄武岩纤维ac-20沥青混合料性能检验
[0049]
对实施例1与对比例1～3制备的四种不同种类的ac-20型沥青混合料分别进行高温车辙试验、低温小梁弯曲试验和四点弯曲疲劳试验，得出四种ac-20沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性能和抗疲劳性能变化，试验数据见表2。
[0050]
表2各项性能试验结果
[0051][0052]
由表1可以看出，本发明所述的适用于ac-20沥青混合料的浸润剂增强型玄武岩纤维，与未经处理的普通玄武岩纤维相比，对于以基质沥青为粘结剂的ac-20沥青混合料的各项性能的提升更加显著，明显改善了玄武岩纤维在基质沥青中作用较小的缺陷。
[0053]
与对比例1所用的其他浸润剂处理的玄武岩纤维相比，本发明所用的浸润剂对于玄武岩纤维的改性能力更强，能够更充分发挥玄武岩纤维在沥青混合料中的加筋和桥联作用，尤其提升了混合料的抗疲劳作用能力。
技术特征：1.一种适用于ac-20沥青混合料的浸润剂增强型玄武岩纤维，其特征在于，玄武岩纤维经浸润剂浸润，浸润剂的成分为：28.80％～40.50％主成膜剂、25.60％～38.50％辅成膜剂、0.36％～4.19％抗静电剂、0.72％～15.78％偶联剂、0.36％～7.03％润滑剂，浸润剂总质量占玄武岩纤维总质量的6％～14％。2.根据权利要求1所述的增强型玄武岩纤维，其特征在于，增强型玄武岩纤维表面呈现连续凸起型薄膜。3.根据权利要求2所述的增强型玄武岩纤维，其特征在于，主成膜剂主要成分为聚醋酸乙烯乳液。4.根据权利要求3所述的增强型玄武岩纤维，其特征在于，辅成膜剂主要成分为水溶性环氧树脂。5.根据权利要求4所述的增强型玄武岩纤维，其特征在于，抗静电剂主要成分为阳离子抗静电剂nh4cl。6.根据权利要求5所述的增强型玄武岩纤维，其特征在于，偶联剂主要成分为硅烷偶联剂kh550。7.根据权利要求6所述的增强型玄武岩纤维，其特征在于，润滑剂主要成分为硬脂酸聚氧乙烯酯。8.权利要求1-7任一项所述的增强型玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：将主成膜剂和辅成膜剂混合，高速搅拌1.6～2.2h，然后依次加入润滑剂、抗静电剂，再持续搅拌2.0～2.6h，得到均匀的液体；步骤(2)：将硅烷偶联剂加入到乙醇溶液中，高速搅拌5～12min后，静置45～50min；步骤(3)：将玄武岩纤维首先加入到步骤(1)制备的的均匀液体中，在75～85℃环境下搅拌发育10～15min，随后将滤出的玄武岩纤维加入到步骤(2)制备的溶液中，静置20～35min；步骤(4)：将步骤(3)浸润处理结束后的玄武岩纤维滤除，置于75～85℃的烘箱中烘干备用。9.一种浸润剂增强型玄武岩纤维，其特征在于，用于以基质沥青为主要粘结剂的下面层ac-20型沥青混合料中。
技术总结本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种适用于AC-20沥青混合料的浸润剂增强型玄武岩纤维。以质量百分比计，所需浸润剂总质量占玄武岩纤维总质量的6％～14％。其中，浸润剂以主成膜剂、辅成膜剂、抗静电剂、偶联剂、润滑剂构成，以质量百分比计，主成膜剂的质量分数为28.80％～40.50％，辅成膜剂的质量分数为25.60％～38.50％，抗静电剂的质量分数为0.36％～4.19％，偶联剂的质量分数为0.72％～15.78％，润滑剂的质量分数为0.36％～7.03％。本发明在所制备的增强型浸润剂能够增加玄武岩纤维表面粗糙度，改善纤维与沥青之间的界面粘结力，从而增强沥青与集料的界面粘结能力，起到提高沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及抗疲劳性能的作用。及抗疲劳性能的作用。及抗疲劳性能的作用。
技术研发人员：惠迎新 韩方元 肖鹏 吴宇浩 薛晓薇 邬惠娟 康爱红 吴正光 任全生 闫升
受保护的技术使用者：扬州大学 江苏天龙玄武岩连续纤维股份有限公司
技术研发日：2022.07.21
技术公布日：2022/11/1
