一种形状记忆沥青路面材料及自愈合型沥青路面结构的制作方法

本发明属于道路工程领域，具体涉及一种形状记忆沥青路面材料及自愈合型沥青路面结构。

背景技术：

沥青路面以其优良的路用性能被广泛应用于城市道路和高速公路，是我国高等级公路主要的路面结构形式。沥青混合料为沥青路面面层材料，直接与外界环境接触。沥青混合料是一种温度敏感性材料，其力学行为和使用性能受温度影响较大，尤其在持续高、低温及快速降温作用下，沥青路面会产车辙、拥包、推挤等热稳性病害、低温开裂及温度裂缝等，在低温雨雪冰冻气候下，路面产生凝冰结霜现象，严重影响沥青路面正常使用以及使用寿命，同时也严重影响公路交通安全，降低公路运输生产效率。

车辙是压密变形与剪切变形的产物，高温与重交通荷载是车辙的主要外部诱导因素。当车辆荷载在高温环境下作用在沥青路面时，沥青混合料发生变形，尽管沥青混合料本身具有变形自愈合能力，但在荷载消失之后其变形仍无法完全愈合，不可回复的变形残留在沥青混合料中并随着车辆荷载的反复作用而不断累积，最终形成车辙。低温开裂则是沥青路面在快速降温和持续低温环境下，沥青混合料产生体积收缩变形，导致面层承受温度应力作用，最终导致沥青面层出现裂缝。上述两种病害的产生与发展对沥青路面的服役性能都有明显影响，并缩短沥青路面的使用寿命。因此，沥青路面高温车辙与低温开裂是国内外沥青路面技术发展中长期研究而尚未根本解决的主要难题之一。

已有研究表明，沥青混合料的原材料及其性质、矿料级配组成、混合料成型结构等是沥青路面高温车辙与低温开裂的主要内部影响因素，环境温度与车辆荷载是主要外部影响因素。国内外研究学者基于提高沥青混合料的高温稳定性与低温抗裂性已开展了长期研究与实践，采取沥青改性、添加外掺剂、改进矿料级配组成、优化混合料配合比、加强施工质量管理等措施，显著提高了沥青混合料应对环境温度变化的能力，明显减轻了沥青路面高温车辙与低温开裂病害及其不利影响。但受沥青混合料黏弹塑性材料属性的限制，沥青混合料在重复行车荷载和环境温度变化综合作用下无法避免塑性变形的累积和收缩变形的产生，采取各种技术措施后的沥青混合料抗变形能力不足以抵抗变形的产生与累积，而沥青混合料自身的形变回复与自愈合能力有限，导致沥青路面高温车辙与低温开裂仍未得到根本解决。由于沥青路面高温车辙与低温开裂的根源是沥青混合料的形变问题，为此，需要从提高沥青混合料形变回复能力出发探索新的思路与方法，通过提高沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性来减小沥青混合料的变形，利用沥青混合料的变形自愈合能力和形变回复性能的提高来减缓变形的累积。

形状记忆聚合物，又称为形状记忆高分子，是指具有初始形状的制品在一定的条件下改变其初始条件并固定后，通过外界条件的刺激又可回复其初始形状的高分子材料。将形状记忆沥青路面材料应用于路面结构时，在收到行车荷载和外界环境因素的影响时，其路面结构体系的力学性能和使用性能发生较大的变化。如何利用新型路面材料的特点，在保证路面结构整体承载力的前提下，将它们合理组合解决车辙问题是需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有良好的路用性能与形状记忆性能的形状记忆沥青路面材料及自愈合型沥青路面结构，该形状记忆沥青路面材料以及自愈合型沥青路面结构能够实时减少塑形变形的累积，减缓车辙的出现，进而延长沥青路面的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种形状记忆环氧树脂颗粒，按质量份数计，由以下原料制得：

一种制备形状记忆环氧树脂颗粒的方法，包括以下步骤：

1)按质量份数计，称取双酚a型环氧树脂20～60份，聚乙烯醇缩丁醛5～25份，乙二胺1～20份，硬脂酰乳酸钠3～10份以及水15～30份；

将双酚f型环氧树脂、聚乙烯醇缩丁醛、乙二胺以及硬脂酰乳酸钠混合后进行乳化、固化反应，形成形状记忆环氧树脂乳液；

2)向步骤1)得到的形状记忆环氧树脂乳液中加入水，搅拌均匀后，在80～120℃下固化成型，冷却后形成形状记忆环氧树脂颗粒。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中固化反应的温度为70℃，时间为3h。

本发明进一步的改进在于，所述形状记忆环氧树脂颗粒的粒径为0.5mm～2mm。

一种形状记忆环氧树脂颗粒的形状记忆沥青路面材料，按质量份数计，包括1～9份形状记忆环氧树脂颗粒、3～7份沥青、74～90份集料以及1～10份填料，其中，集料的级配是sma-13或sma-16，集料的粒径是不大于16mm或不大于19mm；填料是机制砂；沥青是sbr改性沥青。

一种自愈合型沥青路面结构，包括自上而下依次铺设在垫层上的上面层、中面层、下面层以及基层；其中，上面层是由形状记忆沥青路面材料制备而成；中面层是改性沥青路面层，中面层是级配为公称最大粒径16mm的改性沥青混合料层；下面层是沥青稳定碎石混合料层。

本发明进一步的改进在于，自愈合型沥青路面结构上面层的厚度为25～35mm。

本发明进一步的改进在于，中面层的厚度为40mm，20℃抗压回弹模量为5000～9000mpa。

本发明进一步的改进在于，下面层是级配为公称最大粒径为30mm的沥青稳定碎石atb-30层；下面层厚度为50mm。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)形状记忆沥青路面材料按质量份数计，包括1～9份形状记忆环氧树脂颗粒、3～7份沥青、74～90份集料以及1～10份填料，即采用形状记忆环氧树脂颗粒替代上面层混合料中0～2.36mm粒径范围内的集料，即采用这在一定程度上影响了上面层混合料的结构组成，因此上面层混合料级配一定要有足够的空隙供形状记忆环氧树脂颗粒发挥形状记忆功能。本发明上面层采用的混合料级配组成为sma型，使得有形状记忆沥青路面材料成型的自愈合型沥青路面结构的抗车辙性能大大提升，测试过程是根据相关的《规范》确定的，测试结果表明自愈合型沥青路面结构的抗车辙性能较普通沥青路面结构增加40％。

(2)本发明通过形状记忆环氧树脂颗粒成分的改进，提高了传统形状记忆环氧树脂颗粒的玻璃化转变温度，使得形状记忆环氧树脂颗粒在高温下具有较大的强度。通过将0.5mm～2mm粒径范围内的形状记忆环氧树脂颗粒掺加到沥青路面上面层混合料中，在保证沥青抗车辙能力的同时，实现对沥青路面自愈合性能的提升作用，减少塑形变形的累积。实验表明该形状记忆沥青路面材料对沥青路面的自愈合功能具有50％的提升。

附图说明

图1为本发明所提供的自愈合型沥青路面结构的结构示意图；

图中：1-上面层；2-中面层；3-下面层；4-基层；5-垫层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但是本发明不仅限于下述的实施方式。

本发明的形状记忆环氧树脂颗粒，按质量份数计，由以下原料制得：

制备上述形状记忆环氧树脂颗粒的方法，包括以下步骤：

1)按质量份数计，称取双酚a型环氧树脂20～60份，聚乙烯醇缩丁醛5～25份，乙二胺1～20份，硬脂酰乳酸钠3～10份以及水15～30份；

将双酚f型环氧树脂、聚乙烯醇缩丁醛、乙二胺以及硬脂酰乳酸钠混合后进行乳化、固化反应(70℃下固化3h)，形成形状记忆环氧树脂乳液；

2)向步骤1)得到的形状记忆环氧树脂乳液中加入水，搅拌均匀后，在80～120℃下固化成型，冷却后形成粒径为0.5mm～2mm的形状记忆环氧树脂颗粒。

一种基于上述形状记忆环氧树脂颗粒的形状记忆沥青路面材料，按质量份数计，包括1～9份形状记忆环氧树脂颗粒、3～7份沥青、74～90份集料以及1～10份填料，其中，集料的级配是sma-13或sma-16，集料的粒径是不大于16mm或不大于19mm；填料是机制砂；沥青是sbr改性沥青。

实施例7

一种形状记忆沥青路面材料，按质量份数总和为100份计，包括6份形状记忆环氧树脂颗粒、3份沥青、90份集料以及1份填料。

实施例8

一种形状记忆沥青路面材料，按质量份数总和为100份计，包括9份形状记忆环氧树脂颗粒、5份沥青、76份集料以及10份填料。

实施例9

一种形状记忆沥青路面材料，按质量份数总和为100份计，包括1份形状记忆环氧树脂颗粒、7份沥青、84份集料以及8份填料。

实施例10

一种形状记忆沥青路面材料，按质量份数总和为100份计，包括9份形状记忆环氧树脂颗粒、7份沥青、74份集料以及10份填料。

参见图1，一种基于上述形状记忆沥青路面材料的自愈合型沥青路面结构，包括自上而下依次铺设在垫层5上的上面层1、中面层2、下面层3以及基层4；其中，上面层是由形状记忆沥青路面材料制备而成(即将按质量份数计，将1～9份形状记忆环氧树脂颗粒、3～7份沥青、74～90份集料以及1～10份填料混合均匀即可)；中面层是改性沥青路面层，中面层是级配为公称最大粒径16mm的改性沥青混合料层；下面层是沥青稳定碎石混合料层。

其中，自愈合型沥青路面结构上面层的厚度为25～35mm。

中面层的厚度为40mm，20℃抗压回弹模量为5000～9000mpa。

下面层是级配为公称最大粒径为30mm的沥青稳定碎石atb-30层；下面层厚度为50mm。

本发明中在现有的形状记忆沥青路面材料中掺杂形状记忆环氧树脂颗粒，采用粒径为0.5mm～2mm的形状记忆环氧树脂颗粒替代集料中粒径范围是0～2.36mm内的集料，并且在本发明中的形状记忆沥青路面材料包含的4中组分的质量份数内，满足形状记忆环氧树脂颗粒的替代量不高于集料和填料总体积的10％。

集料的粒径是不大于16mm或不大于19mm，每个类型中都有几档，并且均是本领域技术人员公知的。

本发明公开了的形状记忆环氧树脂颗粒由下述质量份数配比的原料制成。

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

形状记忆环氧树脂颗粒的粒径为0.5～2mm。

实施例1-6中的形状记忆环氧树脂颗粒的方法，包括以下步骤：

1)按质量份数计，将双酚f型环氧树脂、聚乙烯醇缩丁醛、乙二胺以及硬脂酰乳酸钠混合后进行乳化、固化反应(70℃下固化3h)，形成形状记忆环氧树脂乳液；

2)向步骤1)所得到的形状记忆环氧树脂乳液中加入矿泉水，搅拌均匀后，在100℃条件下固化成型，冷却后形成粒径为0.5mm～2mm的形状记忆环氧树脂颗粒。

本发明还公开了一种形状记忆沥青路面材料，该形状记忆沥青路面材料按质量份数计，包括1～20份形状记忆环氧树脂颗粒、3～7份沥青、80份集料以及20份填料，其中，集料的级配是sma-13或sma-16，集料的粒径是不大于16mm或不大于19mm；填料是机制砂；沥青是sbr改性沥青。

沥青的级配为sma-13时，粒径为0～16mm，其部分0～2.36mm范围内的集料，用形状记忆环氧树脂颗粒替代，形状记忆环氧树脂颗粒的掺量控制在集料和填料总体积的10％以内。

本发明公开了一种采用形状记忆沥青路面材料所形成的自愈合型沥青路面结构，参见图1，自愈合型沥青路面结构自上而下一次铺设有形状记忆沥青混合料上面层1，改性沥青混合料中面层2，沥青稳定碎石下面层3，基层4以及垫层5。这种路面结构既能够改善沥青混合料的形变回复性能，具有自愈合功能，并且还具有良好的路用性能，能够满足沥青路面的使用要求。

上面层1由公称最大粒径为13.2mm的形状记忆沥青路面材料构造而成，采用sbr改性沥青，采用级配为sma-13。采用形状记忆环氧树脂颗粒替代上面层混合料中0～2.36mm粒径范围内的石料，按照常规方法施工，即可形成自愈合型沥青路面上面层。其中形状记忆颗粒的掺量为集料和填料总体积的5％；上面层1厚度为25～35mm，优选30mm。

中面层2由sbr改性沥青混合料构造而成，采用的级配为公称最大粒径为13.2mm的玛蹄脂沥青混合料sma-13。中面层2厚度为40mm，并且中面层20℃抗压回弹模量为8000mpa。

下面层3由沥青稳定碎石混合料构造而成，采用的级配为公称最大粒径为30mm的沥青稳定碎石atb-30。下面层3厚度为50mm。

基层4由水泥稳定级配碎石构造而成，厚度为300mm。

垫层5由水泥稳定级配砂砾构造而成，厚度为150mm。

采用申请号为201510316791.3中的方法对路面材料进行测试，测试结果表明该形状记忆沥青路面材料对沥青路面的自愈合功能具有50％的提升。