一种含沥青再生剂的中空纤维丝及其制备与应用方法与流程

1.本发明涉及工程材料领域，尤其涉及一种含沥青再生剂的中空纤维丝及其制备与应用方法。


背景技术：

2.沥青混凝土通常是指人工选配具有一定级配组成的矿料，碎石或轧碎砾石、石屑或砂、矿粉等，与一定比例的路用沥青材料，在严格控制条件下拌制而成的混合料。沥青混凝土路面具有防水、防腐、适宜机械化施工、路面平整、行车舒适、噪音小等优点，常常被用于高速公路和城市道路中。
3.然而，沥青混凝土路面在车轮荷载作用下，承受着压应力、剪应力和拉应力等动静荷载，并且由于沥青路面长期暴露于自然，因此受到各种自然因素的作用，致使混合料中的沥青、骨料的性能发生物理及化学变化，导致沥青老化、粘度增加；而随着粘度的增长，沥青的针入度、延度及软化点也会发生有规律的变化，同时导致沥青性能下降，路面出现裂缝。对此，本领域的常规做法是：对老化严重、且出现断裂裂缝处的路面进行重新修葺，并在修葺处加入沥青再生剂。但该方法不能解决本质问题，只能不断的修补，费时且费力。
4.据此，目前急需一种无需修补就能延缓沥青混凝土路面老化速度，且能实现沥青自我愈合的方法。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于提供一种含沥青再生剂的中空纤维丝及其制备与应用方法，将该含沥青再生剂的中空纤维丝混入沥青混合料，并作为沥青混凝土路面的铺设基料，可有效延缓沥青老化速度，同时，无需修补就能实现沥青自我愈合。
6.本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
7.一种含沥青再生剂的中空纤维丝，包括中空纤维丝本体以及设置在所述中空纤维丝本体内部空腔中的沥青再生剂；其中，所述中空纤维丝本体的外壳上设置有微孔通道，所述微孔通道供所述沥青再生剂通过。
8.作为本发明的优选方式之一，所述中空纤维丝本体为热塑性塑料制纤维丝本体，长度4～6cm，直径2～3mm。
9.作为本发明的优选方式之一，所述中空纤维丝本体具体采用聚偏二氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈
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丁二烯
‑
苯乙烯共聚物、聚酰胺、聚乳酸和聚苯并咪唑中的一种作为原料。
10.作为本发明的优选方式之一，所述中空纤维丝本体的两端为密封结构，两端密封结构间的所述中空纤维丝本体内部空腔中包围有所述沥青再生剂。
11.作为本发明的优选方式之一，所述沥青再生剂包括如下质量百分比的原料：橡胶油70％～90％，沥青改性剂tps2％～10％，萜烯树脂2％～10％，增塑剂2％～5％，抗剥落剂2％～5％。
12.作为本发明的优选方式之一，所述中空纤维丝本体通过“湿法纺丝”工艺制备；所述沥青再生剂通过“湿法纺丝”工艺中的喷丝头填充进所述中空纤维丝本体的内部空腔中。
13.一种上述含沥青再生剂的中空纤维丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
14.(1)采用湿法纺丝工艺制备中空纤维丝本体；此时，中空纤维丝本体的两末端具有开口；
15.(2)利用高压氮气从喷丝头的中心空腔进入所述中空纤维丝本体的内部空腔、起支撑作用；在中空纤维丝本体通过凝固浴的过程中，高压氮气渗进凝固水中，在所述中空纤维丝本体外壳上形成所述微孔通道；
16.(3)通过喷丝头将制备好的沥青再生剂填充进含微孔通道的中空纤维丝本体内部；
17.(4)用热封机对所述中空纤维丝本体两末端的开口进行密封。
18.作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)中，待所述中空纤维丝本体外壳表面出现凝水气泡，表明微孔通道开设完成。
19.一种上述含沥青再生剂的中空纤维丝的应用，其特征在于，先在沥青混合料中布置所述含沥青再生剂的中空纤维丝，得铺设混合料，再将所述铺设混合料用于沥青混凝土路面的铺设。
20.作为本发明的优选方式之一，所述铺设混合料中，按质量百分比计，含沥青再生剂的中空纤维丝的掺加量为所述沥青混合料总量的1％～2％。
21.作为本发明的优选方式之一，所述沥青混合料包括如下质量百分比的原料：沥青4.2％～5.6％，粗集料43.4％～70.8％，细集料22.2％～48.2％，矿粉2.8％。其中，沥青：b级或c级道路石油沥青；粗集料：包括碎石、破碎砾石等，粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙；细集料：包括天然砂、机制砂、石屑，细集料应清净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配；矿粉：必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，且应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出。
22.本发明相比现有技术的优点在于：将本发明含沥青再生剂的中空纤维丝混入沥青混合料，并作为沥青混凝土路面的铺设基料，可有效延缓沥青老化速度，同时，无需修补就能实现沥青自我愈合；其中，(1)当路面正常服役情况下，含沥青再生剂的中空纤维丝本体在沥青路面中能完好的存在；此时，沥青再生剂会通过中空纤维丝本体的微孔通道缓慢、均匀地向沥青路面中释放和渗透，从而减缓沥青的老化；(2)如果路面出现微裂缝，呈断开状态的中空纤维丝本体中的沥青再生剂可从断裂处迅速溢出，及时填补缝隙，延缓裂缝的进一步发展，并促进沥青的自我愈合；据此，本发明可以通过中空纤维表面微孔和断裂点沥青再生剂的释放触发沥青路面的自我修复，是实现沥青路面的自我愈合和自我修复的一种可行方法。
附图说明
23.图1是实施例4～6中获得的沥青混凝土路面的俯视结构展示图；
24.图2是实施例4～6中获得的沥青混凝土路面的正视剖切结构展示图。
具体实施方式
25.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
26.实施例1
27.本实施例的一种含沥青再生剂的中空纤维丝，包括中空纤维丝本体以及设置在中空纤维丝本体内部空腔中的沥青再生剂。其中，中空纤维丝本体的外壳上设置有微孔通道，微孔通道供沥青再生剂通过。
28.具体地，在本实施例中，中空纤维丝本体为聚偏二氟乙烯制中空纤维丝本体，长度4cm，直径2mm。同时，中空纤维丝本体的两端为密封结构，两端密封结构间的内部空腔中包围有沥青再生剂。
29.此外，关于沥青再生剂的原料组成，具体如下(按质量百分比计)：橡胶油90％，沥青改性剂tps 2％，萜烯树脂4％，增塑剂2％，抗剥落剂2％。
30.制备方法：
31.(1)采用湿法纺丝工艺制备中空纤维丝本体；此时，中空纤维丝本体的两末端具有开口。
32.(2)利用高压氮气从喷丝头的中心空腔进入中空纤维丝本体的内部空腔、起支撑作用；在中空纤维丝本体通过凝固浴的过程中，高压氮气渗进凝固水中，在所述中空纤维丝本体外壳上形成微孔通道；待中空纤维丝本体外壳表面出现凝水气泡，表明微孔通道开设完成。
33.(3)通过喷丝头将制备好的沥青再生剂填充进含微孔通道的中空纤维丝本体内部。
34.(4)用热封机对中空纤维丝本体两末端的开口进行密封。
35.实施例2
36.本实施例的一种含沥青再生剂的中空纤维丝，包括中空纤维丝本体以及设置在中空纤维丝本体内部空腔中的沥青再生剂。其中，中空纤维丝本体的外壳上设置有微孔通道，微孔通道供沥青再生剂通过。
37.具体地，在本实施例中，中空纤维丝本体为聚甲基丙烯酸甲酯制中空纤维丝本体，长度6cm，直径3mm。同时，中空纤维丝本体的两端为密封结构，两端密封结构间的内部空腔中包围有沥青再生剂。
38.此外，关于沥青再生剂的原料组成，具体如下(按质量百分比计)：橡胶油70％，沥青改性剂tps 10％，萜烯树脂10％，增塑剂5％，抗剥落剂5％。
39.制备方法：
40.(1)采用湿法纺丝工艺制备中空纤维丝本体；此时，中空纤维丝本体的两末端具有开口。
41.(2)利用高压氮气从喷丝头的中心空腔进入所述中空纤维丝本体的内部空腔、起支撑作用；在中空纤维丝本体通过凝固浴的过程中，高压氮气渗进凝固水中，在所述中空纤维丝本体外壳上形成微孔通道；待中空纤维丝本体外壳表面出现凝水气泡，表明微孔通道开设完成。
42.(3)通过喷丝头将制备好的沥青再生剂填充进含微孔通道的中空纤维丝本体内部。
43.(4)用热封机对中空纤维丝本体两末端的开口进行密封。
44.实施例3
45.本实施例的一种含沥青再生剂的中空纤维丝，包括中空纤维丝本体以及设置在中空纤维丝本体内部空腔中的沥青再生剂。其中，中空纤维丝本体的外壳上设置有微孔通道，微孔通道供沥青再生剂通过。
46.具体地，在本实施例中，中空纤维丝本体为聚乳酸制中空纤维丝本体，长度5cm，直径2.5mm。同时，同时，中空纤维丝本体的两端为密封结构，两端密封结构间的内部空腔中包围有沥青再生剂。
47.此外，关于沥青再生剂的原料组成，具体如下(按质量百分比计)：橡胶油80％，沥青改性剂tps 5％，萜烯树脂5％，增塑剂5％，抗剥落剂5％。
48.制备方法：
49.(1)采用湿法纺丝工艺制备中空纤维丝本体；此时，中空纤维丝本体的两末端具有开口。
50.(2)利用高压氮气从喷丝头的中心空腔进入所述中空纤维丝本体的内部空腔、起支撑作用；在中空纤维丝本体通过凝固浴的过程中，高压氮气渗进凝固水中，在所述中空纤维丝本体外壳上形成微孔通道；待中空纤维丝本体外壳表面出现凝水气泡，表明微孔通道开设完成。
51.(3)通过喷丝头将制备好的沥青再生剂填充进含微孔通道的中空纤维丝本体内部。
52.(4)用热封机对中空纤维丝本体两末端的开口进行密封。
53.实施例4
54.本实施例的一种上述实施例1～3中含沥青再生剂的中空纤维丝的应用方法：先在沥青混合料中布置所述含沥青再生剂的中空纤维丝，得铺设混合料；再将得到的铺设混合料用于沥青混凝土路面的铺设。
55.具体地，在本实施例中，所述铺设混合料中，含沥青再生剂的中空纤维丝的掺加量为所述沥青混合料总量的1％(按质量百分比计)。
56.具体地，在本实施例中，所述沥青混合料包括如下原料(按质量百分比计)：沥青4.2％～5.6％，粗集料43.4％～70.8％，细集料22.2％，矿粉2.8％。其中，沥青：b级或c级道路石油沥青；粗集料：包括碎石、破碎砾石等，粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙；细集料：包括天然砂、机制砂、石屑，细集料应清净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配；矿粉：必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，且应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出。
57.最终获得的沥青混凝土路面结构展示图如图1、图2所示。
58.实施例5
59.本实施例的一种上述实施例1～3中含沥青再生剂的中空纤维丝的应用方法：先在沥青混合料中布置所述含沥青再生剂的中空纤维丝，得铺设混合料；再将得到的铺设混合料用于沥青混凝土路面的铺设。
60.具体地，在本实施例中，所述铺设混合料中，含沥青再生剂的中空纤维丝的掺加量为所述沥青混合料总量的2％(按质量百分比计)。
61.具体地，在本实施例中，所述沥青混合料包括如下原料(按质量百分比计)：沥青5.6％，粗集料43.4％，细集料48.2％，矿粉2.8％。其中，沥青：b级或c级道路石油沥青；粗集料：包括碎石、破碎砾石等，粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙；细集料：包括天然砂、机制砂、石屑，细集料应清净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配；矿粉：必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，且应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出。
62.最终获得的沥青混凝土路面结构展示图如图1、图2所示。
63.实施例6
64.本实施例的一种上述实施例1～3中含沥青再生剂的中空纤维丝的应用方法：先在沥青混合料中布置所述含沥青再生剂的中空纤维丝，得铺设混合料；再将得到的铺设混合料用于沥青混凝土路面的铺设。
65.具体地，在本实施例中，所述铺设混合料中，含沥青再生剂的中空纤维丝的掺加量为所述沥青混合料总量的1.5％(按质量百分比计)。
66.具体地，在本实施例中，所述沥青混合料包括如下原料(按质量百分比计)：沥青5％，粗集料57％，细集料35.2％，矿粉2.8％。其中，沥青：b级或c级道路石油沥青；粗集料：包括碎石、破碎砾石等，粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙；细集料：包括天然砂、机制砂、石屑，细集料应清净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配；矿粉：必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，且应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出。
67.最终获得的沥青混凝土路面结构展示图如图1、图2所示。
68.实施例7
69.本实施例用以说明本发明含沥青再生剂的中空纤维丝的应用效果。
70.在沥青混凝土路面使用早期的5年之内，沥青老化速度很快。随着沥青混凝土路面服役年限的增长，沥青老化，软化点温度升高，针入度降低、延度减小、黏度增大。现将普通沥青混凝土和本发明含中空纤维丝的沥青混凝土(实施例3配方 实施例6应用方法)的老化指标进行对比，如表1所示。
71.表1普通沥青混凝土和本发明沥青混凝土的老化指标对比
[0072][0073]
由表1可知，将本发明含沥青再生剂的中空纤维丝混入沥青混合料，并作为沥青混凝土路面的铺设基料，可有效延缓沥青老化速度，同时，无需修补就能实现沥青自我愈合。
[0074]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。