胶粉负载型路面尾气降解复合材料的路用性能.pdf
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1、第1 4 卷第6 期建筑材料学报v 0 1 1 4,N。62 0 1 1 年1 2 月J O U R N A LO FB U I I。D I N GM A T E R I A I。SD e c。2 0 1 l文章编号:1 0 0 7 9 6 2 9(2 0 1 1)0 6 0 7 8 1 0 6胶粉负载型路面尾气降解复合材料的路用性能董祥(南京工程学院建筑工程学院,江苏南京2 1 1 1 6 7)摘要:针对T i O。光催化降解尾气技术难应用于沥青路面的弊端,试验研究了可用于各类路面的尾气降解材料的路用性能和尾气降解效果结果表明:胶粉负载光催化剂型路面尾气降解复合材料的力学性能和耐久性均满足相
2、关标准要求,用沥青黏结层者抗冲击性、拉伸黏结强度和低温抗裂性较好,用环氧树脂黏结层者高温稳定性和水稳定性较好;该降解复合材料会降低路袁宏观构造深度,但胶粉摩阻作用能提高路面综合抗滑性,对水泥混凝土路面板抗滑性的改善效果优于沥青路面板,可使前者摩擦摆值提高1 1 5V o o;该降解复合材料1h 可降解9 5(质量分数)初始质量浓度0 0 0 2 的N O。气体,且水稳定性较好,浸水7d 仍具有1h 降解3 5 N O:气体的降解效果关键词:路面材料;尾气降解;胶粉;路用性能;降解效率;水稳定性中图分类号:U 4 1 6 2 1 7文献标志码:Ad o i:1 0 3 9 6 9 j i s s
3、 n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 1 0 6 0 1 2P a v e m e n tP e r f o r m a n c e so fC o m p o s i t eM a t e r i a lw i t hR u b b e rP o w d e rL o a d i n gP h o t o c a t a l y s tf o rP a v e m e n tA u t o m o b i l eE x h a u s tD e g r a d a t i o nD O N GX i a n g(S c h o o lo fC i v i lE n g i n e
4、 e r i n ga n dA r c h i t e c t u r e,N a n j i n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y,N a n j i n g2 1 1 1 6 7,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e rt oo v e r c o m et h el i m i t a t i o nt h a tT i 0 2p h o t o c a t a l y t i ct e c h n o l o g yi sd i f f i c u l tt ob ea p p l i e di na
5、 s p h a l tp a v e m e n t,t h ep a v e m e n tp e r f o r m a n c ea n dd e g r a d a t i o ne f f e c to fan e wm a t e r i a lf o ra u t o m o b i l ee x h a u s td e g r a d a t i o no na l lk i n d so fp a v e m e n t sw e r es t u d i e db ye x p e r i m e n t s R e s u l t ss h o wt h a tm e
6、 c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dd u r a b i l i t i e so ft h er e s e a r c h e dm a t e r i a lc a ns a t i s f yc o d er e q u i r e m e n t s;u s eo fa s p h a l tb i n d e rl a y e rc a na c h i e v eb e t t e ri m p a c tr e s i s t a n c e,t e n s i l eb o n ds t r e n g t ha n dl o w
7、 t e m p e r a t u r ec r a c kr e s i s t a n c e,w h i l eu s eo fe p o x yr e s i nb i n d e rl a y e rc a na c h i e v eb e t t e rh i g h t e m p e r a t u r es t a b i l i t ya n dw a t e rs t a b i l i t y;b yc o a t i n gt h ep r e p a r e dm a t e r i a l,m a c r o t e x t u r ed e p t ho f
8、p a v e m e n ts u r f a c em a yd e c r e a s e,b u tc o m p r e h e n s i v ea n t i s k i dp e r f o r m a n c ec a nb ei m p r o v e dd u et ot h ef r i c t i o no fr u b b e rp o w d e r,a n dt h eB r i t i s hp e n d u l u mn u m b e ro fc o n c r e t ep a v e m e n ts l a bc a nb ei n c r e a
9、 s e db y11 5,w h o s ea n t i s k i dp e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n ti sb e t t e rt h a nt h a to fa s p h a l tp a v e m e n ts l a b;i n1h,t h em a t e r i a lc a nd e g r a d e9 5(b ym a s s)N 0 2w h o s ei n i t i a lg a sc o n c e n t r a t i o ni s0 0 0 2(b ym a s s),a n dw i t hag
10、 o o dw a t e rs t a b i l i t y,i tc a ns t i l ld e g r a d e3 5 N 0 2e v e na f t e rs o a k i n gf o r7d K e yw o r d s:p a v e m e n tm a t e r i a l;a u t o m o b i l ee x h a u s td e g r a d a t i o n;r u b b e rp o w d e r;p a v e m e n tp e r f o r m a n c e;d e g r a d a t i o ne f f i c
11、i e n c y;w a t e rs t a b i l i t y汽车尾气排放污染给城市环境带来了巨大危害,尾气中的氮氧化物不仅排放量高,且对人体危害极为严重,因此研究并应用路面尾气降解技术具有重要意义1。3|研究4。6 3 表明,T i O:光催化降解技术可以降解包括氮氧化物在内的绝大多数汽车尾气污染物;文献 7 采用向路表喷洒纳米T i O:水性浆液收稿日期:2 0 1 00 90 2;修订1 3 期:2 0 1 1-0 5 2 5第一作者:董祥(1 9 8 0 一),男,江苏南京人,南京工程学院讲师,硕士E m a i l:d o n g x i a n 9 1 9 8 0 1 6
12、 3 c o r n万方数据7 8 2建筑材料学报第1 4 卷的方法,成功铺筑了我国第一条光催化水泥混凝土路面但是,由于T i O:光催化降解反应在降解尾气的同时也会老化与之接触的沥青材料,故无法直接应用于沥青路面;国外近年来尝试的喷涂法和撒布法,其实用性均较差 8-9 针对以上问题,本文参照文献E 1 0 3 中的方法,制备出胶粉负载光催化剂型路面尾气降解复合材料(以下简称尾气降解复合材料),并对其各项路用性能和尾气降解效果进行了系统研究1 尾气降解复合材料的制备首先用偶联剂将粒径2 0n m 的T i o z 纳米晶交联到0 1 8m m(8 0 目)胶粉颗粒表面,然后在试件基材上涂刷沥青
13、或环氧树脂黏结层(见图1(a),再将偶联T i Q 的胶粉颗粒撒布到黏结层上(见图1(b),待黏结层强度形成即可(见图1(c)黑色型(A B L-B R P 组)和彩色型(R B L-Y R P 组和R B L-W R P 组)两类尾气降解复合材料的黏结层材料、负载胶粉、涂(a)P a i n tr e s i nb o n dc o a tC o)D i s t i b u t er u b b e rp o w d e r sc o u p l e dT i q(c)V r e p a r e ds p e e i m e m图1 试件制备过程F i g 1S p e c i m e np
14、 r e p a r e dp r o c e s s膜颜色和适用场合见表1+衰1 尾气降解复合材料的黠结层材料、负载胶糟、涂膜颤色和适用场合T a b l e1B o n dc o a tm a t e r i a l,r u b b e rp o w d e r tb o n dc o a lc o l o ra n da p p l i c a t i o no fp r e p a r e ds p e c i m e n s2 尾气降解复合材料的路用性能与尾气降解效果试验2 1 力学性能试验目前国内外尚无针对尾气降解复合材料的试验标准本文根据该材料涂覆于路表的受力要求,参照J C T
15、1 0 1 5(环氧树脂地面涂层材料和J T T2 8 0路面标线涂料,从拉伸黏结强度、抗冲击性、耐磨性3 个方面进行评价各组试件的实测结果列于表2 寰2 各组试件的力学性能试验结果T a b l e2T e s tr e s u l t so fm e e h e n i e a ip r o p e r t i e so fs p e c i m e n s由表2 可见,各组试件的耐磨性均满足J T T2 8 0“表面磨耗量4 0m g”的要求;拉伸黏结强度均高于J C T1 0 1 5“7d 拉伸黏结强度2M P a”的要求;标准冲击1 次后表面均未出现裂纹或剥落(见图2(a)和(c),
16、符合J C T1 0 1 5 的规定此外,对满足抗冲击性要求的各组试件进行同一点重复冲击作用时,A B L-B R P 组在冲击5 次后涂膜破裂(见图2(b),R B L-Y R P 组、R B L W R P 组则在冲击3 次后涂膜破裂(见图2(d),表明采用沥青黏结层的尾气降解复合材料的抗冲击性优于采用环氧树脂黏结层者原因在于沥青材料的脆性较环氧树脂低,其冲击韧性也较好万方数据第6 期董祥:胶粉负载型路面尾气降解复合材料的路用性能7 8 3(a)A B L B R Ps p e c i m e n(a f t e r1i m p a c t)(b)A B L B R Ps p e c i
17、m e n(a f t e r5i m p a c t s)(c)R B L-Y R Ps p e c i m e n(a f t e r1i m p a c 0图2 冲击作用后的各组试件F i g 2S p e c i m e n sa f t e ri m p a c t s2 2 耐久性试验2 2 1 高温稳定性试验本文采用不同温度下的抗压强度变化来评价尾气降解复合材料的高温稳定性 1 1。试件为3 0m m 3 0m m 3 0m m 立方体,试验温度为2 3 和5 0 图3 为各组试件抗压强度随温度的变化由图3 可见,当温度由2 3 上升至5 0 时,A B L B R P 组抗压强
18、度下降了8 0 6,而R B L-Y R P 组、R B L W R P组抗压强度却提高了1 0 5,表明采用环氧树脂黏结层尾气降解复合材料的高温稳定性明显优于采用沥青黏结层者造成这一现象的原因在于,沥青材料具有黏弹性,高温下其黏滞性和热稳定性下降 1 2 ;而环氧树脂固化后分子交联形成网状结构,刚性大、硬度高,呈热固性,故其高温稳定性较好1 6曼1 41 2磊1 0誊8未6岂4(d)R B L-Y R Ps p e c i m e n(a f t e r3i m p a c t s)2 2 2 低温抗裂性试验本文依据J T T2 8 0 和J T T7 1 2(路面防滑涂料,采用先在一1 0
19、 下保持4h,再在室温下放置4h,依此反复循环的方法来研究尾气降解复合材料的低温抗裂性结果表明,在经历3 次“低温一常温”循环后,各组试件表面未出现裂纹,均达到J T T2 8 0 和J T T7 1 2 的要求增加试验循环次数,即使在“低温一常温”循环1 0 次,采用沥青黏结层的试件表面仍未出现裂纹;但随着循环次数的增加,采用环氧树脂黏结层的试件表面首先出现点状裂纹,然后逐步扩展为线状裂纹、网状裂纹(见图4)由此可见,采用沥青黏结层尾气降解复合材料的低温抗裂性优于采用环氧树脂黏结层者主要原因在于沥青材料的劲度模量低于环氧树脂的弹性模量,且存在一定的应力松弛特性,故在相同变温条件下产生的温度应
20、力较小,对于抵抗降温作用的影响有利2 2 3 化学稳定性试验和耐候性试验依据J T T2 8 0,J T T7 1 2 和J C T1 0 1 5 标准,将各组试件置于不同的溶液中进行浸泡试验结果表明,在饱和C a(0 H)z 溶液中浸泡2 4h 后,各组试件均未出现异常现象,在1 0(质量分数)的H C l 溶液和1 2 0 8 汽油中浸泡7d 后,各组试件的涂膜完整、未出现起泡或剥落现象,这表明尾气降解复合材料具有良好的耐碱、耐酸、耐油等化学稳定性在氙灯连续照射12 0 0h,总辐射能量为4 6 1 0 6k J m 2(a)A _ t f t e r3c y c l e s:C o)A
21、f t e r6c y c l e s:(A f t e r8c y c l e s:(d)A f t e r1 0c y c l e s:。W i t h o u tc r a c k sP o i n t-l i k;c r a c k sL i n e 1 i k dc r a c k sN e t l i k ec l a c k s图4R B L-W R P 组试件低温抗裂性试验F i g 4R B L-W R Ps p e c i m e ns u r f a c ei nc r a c kr e s i s t a n c et e s t a tl o wt e m p e r
22、 a t u r e的人工加速耐候性试验中,各组试件表面均未出现性良好龟裂和剥落(见图5),表明该材料的耐候性、耐老化万方数据7 8 4建筑材料学报第1 4 卷图5 人工加速耐候性试验F i g 5S p e c i m e n sa f t e ra c c e l e r a t e dw e a t h e r i n gt e s t2 3 尾气降解复合材料对路面抗滑性的影响本文用A C 一1 3 沥青混合料(A C 组)和水泥混凝土(P C C 组)分别成型3 0 0m m 3 0 0m m 5 0m m板状试件各6 个,以模拟沥青路面和水泥混凝土路面,其中3 个A C 组试件涂刷1
23、 5m m 厚A B L-B R P组尾气降解复合材料(A C+A B L-B R P 组),3 个P C C 组试件涂刷1-5m m 厚R B L Y R P 组尾气降解复合材料(P C C+R B L Y R P 组),以便和另外6 个试件(A C 组和P C C 组)进行路面抗滑性对比用手工铺砂法测定各组试件的构造深度T D(见图6),以反映路表宏观构造深度;用摆式仪法测定各组试板的摩擦摆值B P N,以反映在宏观构造和微观构造共同影响下路面的综合抗滑性 13|需要指出的是,本文所用路面板的成型方法与实际路面“摊铺一初压一复压一终压”施工工艺不尽相同,故表面构造与实际路面存在一定差别,但
24、通过对比仍可反映出尾气降解复合材料对路面抗滑性的影响(a)H a n d l es a n dp a t c ht e s tt oA C(b)H a n d l es a n dp a t c ht e s tt oA C+A B L-B R P图6 路面板抗滑性试验F i g 6A n t i-s k i dt e s to fp a v e m e n ts l a b s各组路面板抗滑性试验结果列于表3 由表3可见,无论是采用沥青黏结层,还是采用环氧树脂黏结层,尾气降解复合材料均使A C 组和P C C 组路面板的T D 下降T D 所反映的路面宏观构造深度主要影响路面排水,对临界水膜
25、厚度起决定作用,故尾气降解复合材料对路面在潮湿条件下的抗滑性有一定的不利影响但对路面综合抗滑性而言,尾气降解复合材料使A C 组路面板的摩擦摆值提高了7 8,而使P C C 组路面板的摩擦摆值提高了1 1 5,综合抗滑性的改善效果更为明显改善的原因在于,尾气降解复合材料中的胶粉颗粒提高了路面板表面的粗糙度,从而增大了路面板表面与摆式仪橡胶片(实际路面上为橡胶轮胎)间的摩擦力表3 路面板抗滑性试验结果T a b l e3T e s tr e s u l t so fa n t i s k i do fp a v e m e n ts l a b s以上结论表明,对于既有路面,直接加铺尾气降解复合
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