包 敏

(西安思源學(xué)院,陜西 西安 710038)

受到雨水侵蝕、暴曬等環(huán)境影響,鄉(xiāng)村園林建筑材料不僅美觀性下降,并且性能降低,制備性能較好的園林景觀建筑材料成為一個(gè)研究熱點(diǎn)[1]。以聚氯乙烯樹脂和楊木粉,制備了一種用于園林景觀的木塑復(fù)合材料,并對(duì)其性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明,該該材料具備較好的力學(xué)、熱學(xué)性能,并且耐久性和疏水性良好[2]。通過添加阻燃劑等對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行改性,并研究其性能。結(jié)果表明,603D相容劑和阻燃劑共同作用下,該材料的力學(xué)性能提高,耐老化耐候性較好[3]。除了木塑材料外,人造石也是園林景觀中常用的環(huán)保材料,采用抗氧劑對(duì)人造石進(jìn)行改性。結(jié)果表明,抗氧劑的添加,不僅可以保證人造石的力學(xué)性能,還可以增強(qiáng)人造石的尺寸穩(wěn)定性以及耐變黃性能,提高耐久性[4]?？紤]到中國(guó)鄉(xiāng)村特色園林文化,瀝青瓦因其建筑造型的多樣性、防水性等優(yōu)良特性,在園林景觀造型中應(yīng)用廣泛[5]?；诖?本試驗(yàn)制備了一種木質(zhì)纖維-石墨復(fù)合改性瀝青瓦,并對(duì)其穩(wěn)定性、耐久性等進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

主要材料:70#道路瀝青(工業(yè)純泰),安眾誠(chéng)偉業(yè)土工材料;10#石油瀝青(工業(yè)純),山東中佑化工;鱗片石墨(工業(yè)純),河北率坤科技;木質(zhì)纖維素氈(工業(yè)純),鄭州佳捷化工;滑石粉(工業(yè)純),靈壽縣匯茂礦產(chǎn);阻燃劑(工業(yè)純),深圳市綠泰環(huán)保;KH570硅烷偶聯(lián)劑(工業(yè)純),山東捷列夫新材料;鹽酸(AR),濟(jì)南新達(dá)化工;氫氧化鈣(工業(yè)純),石家莊本諾礦產(chǎn)。

主要設(shè)備:ES1020型電子天平(上海升徽電子);SY-DW型低溫試驗(yàn)箱(東莞市博萊美精密儀器);ZS型電爐(東臺(tái)市澤勝工業(yè)電爐);HH-WO型型數(shù)顯恒溫水浴鍋(鄭州赫名儀器設(shè)備);ZYLH-UVA340型紫外線老化試驗(yàn)機(jī)(中研立華儀器科技);SYD-0628型動(dòng)態(tài)剪切流變儀( 上海格密儀器);SZR-5型針入度儀(北京奧峰路業(yè)試驗(yàn));SYD-2806型軟化點(diǎn)儀(北京奧峰路業(yè)試驗(yàn));LB-LSRH-500型高速剪切機(jī)(常州勵(lì)岸寶機(jī)械);YZM-T型瀝青試驗(yàn)機(jī)(上海魅宇儀器)。

1.2 瀝青瓦制備工藝

本試驗(yàn)以木質(zhì)纖維和鱗片石墨為主要改性材料,對(duì)70#道路瀝青進(jìn)行改性,制備一種復(fù)合瀝青瓦。

(1)用電子天平稱取適量的70#道路瀝青,并加熱該瀝青材料到熔融狀態(tài),然后添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%木質(zhì)纖維;

(2)使用高速剪切機(jī)對(duì)步驟(1)中的混合材料進(jìn)行處理,拼接瀝青胎體材料;

(3)用電子天平按25∶10∶25∶35∶5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例,稱取適量的10#石油瀝青、70#道路瀝青、阻燃劑、填料和助劑,混合制備阻燃瀝青混合料,備用[6-7];

(4)將瀝青浸漬,并用砂石撒布,然后覆膜處理,進(jìn)行滾壓;

(5)在恒溫25 ℃環(huán)境下冷卻,然后升高溫度至50 ℃進(jìn)行涂膠處理,并在木質(zhì)纖維瀝青瓦的表明噴涂鱗片石墨,厚度0.5 mm;

(6)再次冷卻后,切割成型,分送并包裝好,經(jīng)過檢驗(yàn)后,獲得木質(zhì)纖維-石墨復(fù)合改性瀝青瓦,貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 性能測(cè)試

1.3.1低溫抗裂性

采用瀝青試驗(yàn)機(jī),設(shè)置加載速度為1mm/min,在0 ℃環(huán)境下對(duì)試樣進(jìn)行劈裂拉伸測(cè)試,分析其低溫抗裂性。

1.3.2高溫穩(wěn)定性

通過動(dòng)態(tài)剪切流變儀對(duì)試樣進(jìn)行測(cè)試,分析材料的高溫穩(wěn)定性。其中,角速度為10 rad/s,并控制掃描溫度為35～65 ℃,每360 s遞增5 ℃[8]。

1.3.3抗老化性

在恒溫140 ℃條件下,通過紫外加熱老化試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行老化,并采用針入度儀以及軟化點(diǎn)儀對(duì)老化后的試樣進(jìn)行測(cè)試,分析其抗老化性能。

1.3.4化學(xué)穩(wěn)定性

通過質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%鹽酸溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%氫氧化鈣溶液,對(duì)試樣進(jìn)行2 h酸堿腐蝕試驗(yàn),并利用有限元軟件分析腐蝕后試樣表面的殘留面積情況,分析試樣的化學(xué)穩(wěn)定性。

1.3.5熱震穩(wěn)定性

通過油浴鍋和冰柜,對(duì)試樣進(jìn)行高低溫反復(fù)加熱、冷卻,并通過瀝青試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣的抗撕裂強(qiáng)度,分析其熱震穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫抗裂性

在低溫環(huán)境下,經(jīng)過木質(zhì)纖維和石墨復(fù)合改性的瀝青瓦勁度模量結(jié)果如圖1所示。

圖1 瀝青瓦勁度模量

由圖1可知,在低溫環(huán)境下,隨著作用力不斷增加,普通瀝青瓦和木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的勁度模量均呈現(xiàn)不斷增加的變化,且在相同作用力下,木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的勁度模量?jī)?yōu)于普通瀝青瓦。因此,本試驗(yàn)制備的木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦,具備優(yōu)良的低溫抗裂性。而對(duì)于未添加石墨、木質(zhì)纖維復(fù)合改性的普通瀝青瓦,其內(nèi)部沒有增強(qiáng)抗裂性的木質(zhì)纖維,表層沒有石墨層進(jìn)行導(dǎo)熱,因此,瀝青瓦的整體溫差較大,抗裂性也較差。綜上,與普通瀝青瓦相比,經(jīng)過木質(zhì)纖維和石墨復(fù)合改性的瀝青瓦,低溫抗裂性較好。

2.2 高溫穩(wěn)定性

根據(jù)1.3.2中的測(cè)試方法,本試驗(yàn)對(duì)普通瀝青瓦和木質(zhì)纖維-石墨瀝青進(jìn)行高溫穩(wěn)定性分析,結(jié)果如圖2所示。

圖2 瀝青瓦穩(wěn)定系數(shù)

由圖2可知,隨著試驗(yàn)溫度增加,普通瀝青瓦和木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的穩(wěn)定系數(shù)均呈現(xiàn)不斷下降的現(xiàn)象。對(duì)于木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦,當(dāng)試驗(yàn)溫度為35 ℃時(shí),其穩(wěn)定系數(shù)為22.4;當(dāng)試驗(yàn)溫度升高至65 ℃時(shí),其穩(wěn)定系數(shù)(車轍因子)降低到8.3。對(duì)于普通瀝青瓦,當(dāng)試驗(yàn)溫度為35 ℃時(shí),其穩(wěn)定系數(shù)僅為6.2;當(dāng)試驗(yàn)溫度升高至65 ℃時(shí),其穩(wěn)定系數(shù)幾乎無法測(cè)得。這表明,與普通瀝青瓦相比,木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性較好。綜合分析可知,本試驗(yàn)制備的木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦,具備較好的高溫穩(wěn)定性。

2.3 抗老化性

根據(jù)1.3.3中的測(cè)試方法,對(duì)普通瀝青瓦和木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果如圖3所示。

圖3 瀝青瓦抗老化性

由圖3可知,在針入度方面,木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的針入度達(dá)到5.56 mm,比普通瀝青瓦提高21.7%;在軟化點(diǎn)方面,木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的軟化點(diǎn)為66.8 ℃,與普通瀝青瓦相比,增幅達(dá)56.8%。這表明,木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的抗紫外加熱老化性明顯優(yōu)于普通瀝青瓦。綜合分析可知,相比于普通瀝青瓦,在經(jīng)過木質(zhì)纖維和石墨改性后,瀝青瓦的抗老化性提升。

2.4 化學(xué)穩(wěn)定性

根據(jù)1.3.4中的試樣方法,本試驗(yàn)對(duì)普通瀝青瓦和木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果如圖4所示。

圖4 瀝青瓦耐酸堿腐蝕情況

由圖4可知,在經(jīng)過酸堿腐蝕后,木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的殘留比面積明顯高于普通瀝青瓦。在耐酸腐蝕試驗(yàn)中,木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的殘留比面積達(dá)到97%,比普通瀝青瓦增加12.4%;在耐堿腐蝕試驗(yàn)中,木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的殘留比面積相對(duì)于耐酸腐蝕試驗(yàn)有所降低,為94%;但與普通瀝青瓦相比,提高38.2%。這表明,堿性環(huán)境對(duì)瀝青瓦的腐蝕性更強(qiáng)。綜上,本試驗(yàn)制備的木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦在酸堿環(huán)境下的化學(xué)穩(wěn)定性良好。

2.5 熱震穩(wěn)定性

根據(jù)1.3.5中的試樣方法,本試驗(yàn)對(duì)普通瀝青瓦和木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果如圖5所示。

圖5 瀝青瓦熱震穩(wěn)定性

由圖5可知,隨著高低溫循環(huán)次數(shù)的增多,撕裂強(qiáng)度均呈現(xiàn)不斷降低的趨勢(shì)。對(duì)于木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦,當(dāng)高低溫循環(huán)次數(shù)從0次增至16次時(shí),撕裂強(qiáng)度降低5.9%;對(duì)于普通瀝青瓦,當(dāng)高低溫循環(huán)次數(shù)從0次增至16次時(shí),撕裂強(qiáng)度降低19.6%;當(dāng)高低溫循環(huán)次數(shù)相同時(shí),木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的撕裂強(qiáng)度均高于普通瀝青瓦。這表明,在經(jīng)過高低溫循環(huán)試驗(yàn)后,木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的熱震穩(wěn)定性優(yōu)于普通瀝青瓦。綜上,本試驗(yàn)制備的木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦具備良好的熱震穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

(1)在低溫相同作用力下,木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的勁度模量較高,低溫抗裂性良好;

(2)木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦在溫度為35 ℃、65 ℃的穩(wěn)定系數(shù)分別為22.4、8.3,高溫穩(wěn)定性較好;

(3)木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的軟化點(diǎn)為66.8 ℃,比普通瀝青瓦增加56.8%,抗老化性較好;

(4)在耐酸堿腐蝕方面,木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦在酸性、堿性環(huán)境腐蝕下的殘留比面積分別達(dá)到97%、94%,比普通瀝青瓦分別提高12.4%、38.2%,化學(xué)穩(wěn)定性良好;

(5)當(dāng)高低溫循環(huán)次數(shù)從0次增至16次時(shí),木質(zhì)纖維-石墨瀝青瓦的撕裂強(qiáng)度僅降低5.9%,熱震穩(wěn)定性較好。