[發明專利]一種改性竹纖維增強瀝青混合料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110505029.5
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113185191B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 邱仁輝;劉致輝;孫琳莉;賴春祥;吳宇超;於德美;馮超;劉文地;付騰飛;吳淑一
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: C04B26/26
• 分類號: C04B26/26;C04B20/02;C04B20/10;C04B18/26;C04B111/20
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 俞舟舟;蔡學俊

本發明屬于纖維增強瀝青混合料技術領域，具體涉及一種改性竹纖維增強瀝青混合料及其制備方法，采用環氧大豆油丙烯酸酯(AESO)與二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）對竹纖維進行改性，而后在瀝青混合料的制備過程中加入改性竹纖維進行增強。本發明制備的改性竹纖維增強瀝青混合料環境友好，具有很好的力學性能、高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性。

技術領域

本發明屬于纖維增強瀝青混合料技術領域，具體涉及一種改性竹纖維增強瀝青混合料及其制備方法。

背景技術

瀝青混合料中添加適量的纖維可以有效提高瀝青路面的耐久性。纖維添加到瀝青混合料中，起到加筋、吸附、增粘的作用，能有效改善瀝青混合料的高溫穩定性和低溫穩定性等路用性能。目前應用于瀝青混合料中的纖維主要有聚合物纖維、無機礦物纖維、玻璃纖維及天然植物纖維幾大類。聚合物纖維在生產過程中需要消耗大量不可再生的資源，與現在倡導的低碳減排理念不符。而且，聚合物纖維是一種高污染化工纖維，其使用后廢棄會造成微塑料污染環境并對生物造成影響，同時聚合物纖維在高溫下會部分降解和發生卷曲，削弱聚合物纖維在瀝青混合料中的作用。無機礦物纖維具有抗壓性、耐腐蝕性強等性能，然而價格較高，細小的礦物纖維也會吸附在動物或人呼吸器官的表面，如細小的石棉纖維是致癌物，會對生物造成負面影響。玻璃纖維表面光滑，在瀝青混合料拌和過程中玻璃纖維容易發生結團、纏繞，其分散性差，而且玻璃纖維脆性大、易折斷，生產成本高。隨著綠色環保理念的推廣，許多綠色、環保、可循環、可降解的植物纖維逐漸被應用于路面建設中。我國南方具有豐富的竹林資源，竹纖維有良好的韌性，比強度、比模量高，高溫穩定性好，生產過程綠色環保，價格低。因此以竹纖維作為增強體添加到瀝青混合料中，不僅是竹林資源綜合利用的一個途徑，也可以提升瀝青混合料的各項路用性能。然而，天然竹纖維表面含有大量羥基，吸水能力強，與瀝青基體相容性較差，竹纖維與瀝青基體之間的界面粘結程度低，導致竹纖維與瀝青基體之間的應力傳遞效果差，無法達到增強瀝青混合料的良好效果。因此，本發明采用環氧大豆油丙烯酸酯(AESO)與二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）對竹纖維表面化學改性，在降低其吸水性的同時，在竹纖維表面接枝上能與瀝青相容性更好的AESO，從而提升竹纖維與瀝青基體之間的界面粘結力，提高瀝青混合料各項性能，減少路面早期病害，延長路面使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于針對現有纖維瀝青混合料的不足，提供一種改性竹纖維增強瀝青混合料及其制備方法。改性竹纖維增強瀝青混合料具有很好的力學性能、高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性及抗老化性能。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種改性竹纖維增強瀝青混合料，所述瀝青混合料由瀝青、玄武巖集料、礦粉及改性竹纖維組成，瀝青混合料級配類型采用AC-16，玄武巖集料按粒徑分為10-20mm、5-10mm、0-3mm三檔，各檔玄武巖集料與礦粉按質量比例（10-20mm : 5-10mm : 0-3mm : 礦粉=31 :32 : 34 : 3）配成目標級配（級配曲線如圖1所示）；瀝青用量占所用集料（玄武巖集料+礦粉）質量的比例（油石比）為4.0%~5.5%；改性竹纖維用量為瀝青混合料總質量的0.1% ~0.3%；改性竹纖維的改性劑為環氧大豆油丙烯酸酯以及二苯基甲烷二異氰酸酯。

改性竹纖維的制備過程包括以下步驟：

（1）將環氧大豆油丙烯酸酯和丙酮按重量比1 : 2混合成溶液，然后用噴壺均勻噴灑于竹纖維表面，放入烘箱中50℃下烘30min，使得丙酮完全揮發制得產物A；

（2）將二苯基甲烷二異氰酸酯、二月桂酸二丁基錫與產物A拌和均勻后，放入烘箱103℃干燥10min即得改性竹纖維。

進一步地，環氧大豆油丙烯酸酯的用量占竹纖維重量的10%~30%；二苯基甲烷二異氰酸酯的用量占竹纖維與環氧大豆油丙烯酸酯總重量的10%~30%；催化劑二月桂酸二丁基錫用量占二苯基甲烷二異氰酸酯重量的10%~30%。

進一步地，所述的竹纖維為綠竹、麻竹或毛竹材經機械法制備得到，竹纖維長度為10~30mm。