一种基于纤维型自修复剂的自愈合沥青混凝土

本发明属于建筑材料及道路修复技术领域，涉及一种基于纤维型自修复剂的自愈合沥青混凝土。

背景技术：

2020年《中国交通的可持续发展》白皮书显示，我国公路里程已达501.3万公里，其中高速公路突破15万公里，跃居世界第一。沥青路面因其具有弹塑性好、行车震动小及扬尘低等诸多优点，已经成为我国高速公路发展的主要形式。随着我国公路承载负担的加重，沥青路面老化、疲劳开裂等病害的频率增加，严重影响了我国公路的服役性能。

沥青作为一种黏弹性材料，具有一定微裂缝损伤自修复的能力，但过程缓慢且自愈合能力有限，无法满足服役要求。裂缝自修复技术即是针对沥青路面内部出现的裂纹和损伤问题，而发展的一种能够及时感知并主动修复，提升其自愈合能力，以延长路面服务寿命，降低维护成本，减少温室气体排放的实现沥青路面长久服役的技术。

目前，沥青路面裂缝自修复技术主要包括微胶囊修复技术，例如中国专利cn201820662824.9公开了一种具有自修复功能的沥青路面，通过裂纹刺激自修复微胶囊破裂，释放修复剂，并通过短切纤维控制裂纹发展，具有配方简单、制备方便等优点。但由于其囊壁为有机物，强度差，耐温等级低，在正常使用过程中也易发生破坏，使得修复剂过早释放而失效，影响沥青路面材料在实际环境中的服役性能。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种基于纤维型自修复剂的自愈合沥青混凝土，用于提高沥青自愈合能力，并解决微胶囊型沥青修复剂作为外加组分对沥青混凝土基体材料的强度和服役性能产生不利影响的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于纤维型自修复剂的自愈合沥青混凝土，包括沥青混合料基体以及分布于沥青混合料基体中的纤维型自修复剂。

进一步地，所述的纤维型自修复剂在沥青混凝土中的添加量为(0.2～0.6)wt％，并优选为0.3wt％。

进一步地，所述的纤维型自修复剂包括两端封闭的空心玻璃纤维管、设于空心玻璃纤维管内的沥青自修复剂，以及设于空心玻璃纤维管外的外涂层。

进一步地，所述玻璃纤维管内的沥青自修复剂包括各类市售沥青再生剂、环氧树脂、环氧丙烯酸树脂或聚氨酯树脂中的至少一种。

进一步地，所述的空心玻璃纤维管的长度为(6～20)mm，直径为(20～500)μm，中空率为30％～60％。

作为优选的技术方案，所述的空心玻璃纤维管的长度为(10～12)mm，直径为(45～80)μm，中空率为40％～45％。

进一步地，所述的外涂层包括偶联剂涂层，优选为硅烷偶联剂涂层，进一步优选为kh-550、kh-560、kh-570型硅烷偶联剂中的至少一种。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明在自愈合沥青混凝土中添加纤维型自修复剂，以提高沥青混凝土的自修复性能，使其在微裂缝损伤作用下破坏空心玻璃纤维结构，并释放沥青再生剂，从而原位还原老化沥青性能，并实现沥青路面的原位再生及微裂缝损伤的自修复；

2)纤维型材料的掺入有效提高沥青混凝土的力学性能，而硅烷偶联剂涂层则有利于提高纤维与沥青混合料界面的相容性，硅烷偶联剂中游离的硅氧基团可有效吸附沥青中的油份与树脂，保证沥青混合料基体与纤维型自修复剂之间良好的粘接能力，进而降低其对沥青路面材料自身强度与稳定性的影响，使得添加纤维型自修复剂在提高沥青混凝土抗疲劳性能与使用寿命、大幅改善沥青混凝土耐久性能的同时，也有效提升沥青混合料基体的力学强度、延展性，显著减少沥青路面裂纹的产生，保证沥青混凝土的服役性能与沥青路面质量。

附图说明

图1为实施例1中一种基于纤维型自修复剂的自愈合沥青混凝土的结构示意图；

图2为实施例1中纤维型自修复剂的结构示意图；

图中标记说明：

1-沥青混合料基体、2-纤维型自修复剂、3-空心玻璃纤维管、4-沥青自修复剂、5-外涂层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

一种基于纤维型自修复剂的自愈合沥青混凝土，包括沥青混合料基体1以及分布于沥青混合料基体1中且添加量为(0.2～0.6)wt％的纤维型自修复剂2。其中纤维型自修复剂2包括两端封闭的空心玻璃纤维管3、设于空心玻璃纤维管3内的沥青自修复剂4，以及设于空心玻璃纤维管3外的外涂层5。其中空心玻璃纤维管3的长度为(6～20)mm，直径为(20～500)μm，中空率为30％～60％；外涂层5为采用kh-550、kh-560、kh-570型硅烷偶联剂涂覆于空心玻璃纤维管3外表面所形成的外涂层5，以提高纤维型自修复剂2与沥青混合料基体1的相容性。

以下是详细的实施案例，进一步说明本发明的技术方案及能获得的技术效果。

实施例1：

如图1所示的一种基于纤维型自修复剂的自愈合沥青混凝土，包括沥青混合料基体1以及分布于沥青混合料基体1中且添加量为0.3wt％的纤维型自修复剂2。

如图2所示，上述纤维型自修复剂2包括两端封闭的空心玻璃纤维管3、设于空心玻璃纤维管3内的沥青自修复剂4，以及设于空心玻璃纤维管3外的外涂层5。其中空心玻璃纤维管3的长度为12mm，直径为80μm，中空率为45％；沥青自修复剂为市售era-c沥青再生剂；外涂层5为采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(kh-550型)硅烷偶联剂涂覆于空心玻璃纤维管3外表面所形成的外涂层5，以提高纤维型自修复剂2与沥青混合料基体1的相容性。

本实施例还包括对上述自愈合沥青混凝土进行自修复效果评价：

沥青混合料基体1中所用沥青混合料采用ac-13级配，70号a级道路石油沥青含量为4.9％，沥青软化点为47.5℃，针入度为67(0.1mm)。根据振动轮碾成型方法制作400mm×300mm×75mm的沥青混凝土板块，并切割成弯曲梁，采用美国aashtot321标准进行应变控制四点弯曲试验并确定沥青混合料疲劳寿命。

将达到疲劳结束条件的试件再在20℃下静置48h，之后再次对试件进行上述疲劳试验。采用疲劳寿命恢复率，即愈合后增加的疲劳寿命/疲劳寿命，评价沥青混合料的自修复效果。

结果表明，疲劳寿命恢复率达到68.9％，而不具有纤维型自修复剂2的沥青混凝土疲劳寿命恢复率仅有7.9％，证实了基于该纤维自修复剂的沥青混合料具有理想的自修复效果。

对比例1：

重复设计实施例1，同时设置不含硅烷偶联剂外涂层5的纤维型自愈合沥青混凝土作为对照组。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)中t0702-2011方法成型马歇尔试件，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jtge20-2011)中t0729-2000中沥青混合料冻融劈裂实验计算冻融劈裂抗拉强度比tsr，以此评价自愈合沥青混凝土抗水损害能力。

结果表明，含有kh-550型硅烷偶联剂涂层的沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比tsr为85.3％，而不具有kh-550型硅烷偶联剂涂层的沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比tsr仅为73.6％，证实硅烷偶联剂涂层有效提高了基于纤维型自修复剂的自愈合沥青混凝土的水稳定耐久性，从而在应用中具备更好的路用性能。

对比例2：

重复设计实施例1，将纤维型自修复剂中的空心玻璃纤维管3更换为空心聚丙烯腈纤维。根据振动轮碾成型方法制作400mm×300mm×75mm的沥青混凝土板块，并切割成弯曲梁，采用美国aashtot321标准进行应变控制四点弯曲试验并确定沥青混合料疲劳寿命。

将达到疲劳结束条件的试件再在20℃下静置48h，之后再次对试件进行上述疲劳试验。采用疲劳寿命恢复率，即愈合后增加的疲劳寿命/疲劳寿命，评价沥青混合料的自修复效果。

结果表明，纤维型自修复剂壁材为空心玻璃纤维管的沥青混凝土疲劳寿命恢复率达到68.9％，而壁材为空心聚丙烯腈纤维的沥青混凝土疲劳寿命恢复率为59.4％，证实相较于其它纤维管材料，基于壁材为空心玻璃纤维管纤维自修复剂的沥青混合料具有较为理想的自修复效果。

实施例2：

本实施例的一种基于纤维型自修复剂的自愈合沥青混凝土，其中纤维型自修复剂2的添加量为0.3wt％，所用沥青混合料采用的sma-13级配，其中sbs改性沥青含量为5.6％，sbs改性沥青(i-d型)软化点为72.0℃，针入度为54(0.1mm)。纤维型自修复剂2中空心玻璃纤维管3长度为6mm，直径为80μm，中空率为45％；沥青自修复剂为市售era-c沥青再生剂；涂层为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(kh-550)；对照组沥青混凝土掺有0.3wt％含量的木质素纤维，纤维直径为6mm。其余同实施例1。

自修复效果的评价结果表明，疲劳寿命恢复率达到72.4％，而不具有纤维型自修复剂2的对照组沥青混凝土疲劳寿命恢复率仅有9.1％，证实了基于该纤维自修复剂的沥青混合料具有理想的自修复效果。

将实施例2纤维型自修复剂的自愈合沥青混凝土应用于沥青路面铺筑，2年后沥青路面裂纹等病害相比对比路段减少50％以上，证明纤维型自修复剂的自愈合沥青混凝土具有较好的自修复效果。

实施例3：

本实施例的一种基于纤维型自修复剂的自愈合沥青混凝土，其中纤维型自修复剂2的添加量为0.3wt％，所用沥青混合料采用ogfc-13级配，sbs高黏度改性沥青(i-d型)含量为4.3％，沥青软化点为87.5℃，针入度为43(0.1mm)。纤维型自修复剂2中空心玻璃纤维管3长度为12mm，直径为45μm，中空率为40％；沥青自修复剂为市售era-c沥青再生剂；涂层为3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh-560)。对照组沥青混凝土掺有0.3wt％含量的聚酯纤维，纤维直径为6mm。其余同实施例1。

自修复效果的评价结果表明，疲劳寿命恢复率达到64.1％，而不具有纤维型自修复剂的对照组沥青混凝土疲劳寿命恢复率仅有6.5％，证实了基于该纤维自修复剂的沥青混合料具有理想的自修复效果。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。