一种抗菌沥青混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种抗菌沥青混凝土及其制备方法。

背景技术

沥青混凝土是以沥青和骨料等经拌合制作的混合料。沥青混凝土长期暴露在空气中，在其表层或空隙中极易积累大量的细菌。细菌的代谢产物对骨料具有侵蚀作用，导致骨料的强度下降，加快沥青与骨料的剥离，降低沥青混凝土的使用寿命。目前，为了防止细菌对沥青混凝土结构的侵蚀破坏，现有的解决方式有喷洒杀菌剂、涂覆杀菌涂料和光催化杀菌等。其中，光催化杀菌的效果受纳米光催化材料的性质、与光源的接触面积以及不同材料间复合效果等因素的影响。上述解决方式在实际应用时都存在着问题如下：

（1）在沥青混凝土中只采用天然粗骨料，或只在沥青中掺入纳米光催化材料，都阻碍了沥青混凝土中纳米光催化材料与细菌的接触面积或纳米光催化材料受光面积的提升，从而限制了杀菌性能的提升。而且直接掺入在沥青混凝土中的纳米光催化材料，被沥青包裹后难以裸露，导致光催化性能较差。

（2）沥青混凝土主要应用于路面和桥面铺装等领域，长期暴露在外界环境下，且经车轮反复碾压。若将杀菌涂料直接涂覆在沥青混凝土表面，则杀菌涂料极易产生破损或从沥青混凝土表面剥落，使用寿命较短。破损或剥落后，虽然可反复涂抹和维修，但是需持续投入人力和材料等资源，维护成本较高。

（3）常用的杀菌剂多为化学制剂，在沥青混凝土的表面喷洒杀菌剂，可能会影响沥青与集料的粘附性，影响沥青混凝土的使用寿命。

（4）由于纳米光催化材料易吸附团聚以及沥青的粘性等因素，直接掺入难以与沥青或砂石一起拌合均匀，导致光催化性能较差，影响使用过程中的杀菌效果。因此，为了减少细菌对沥青混凝土结构的侵蚀破坏,提高沥青混凝土的使用寿命，设计一种抗菌沥青混凝土及其制备方法显得越发重要。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种抗菌沥青混凝土及其制备方法，既节省天然粗骨料，又显著提升沥青混凝土中纳米光催化材料的受光面积，保证沥青混凝土抗菌性能的高效和稳定。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抗菌沥青混凝土，所述沥青混凝土按重量份的原料配比为：沥青5.5~11份、石英砂38~50份、粗骨料95~165份、矿粉3.5~7份、抗菌剂0.015~0.054份；所述抗菌剂由抗菌主料和抗菌辅料组成；所述抗菌主料为纳米二氧化钛、纳米石墨相氮化碳、纳米二氧化锆的等质量组合；所述抗菌辅料为纳米六方氮化硼；所述抗菌主料和抗菌辅料的重量比为1:0.15~0.2。

所述粗骨料由天然粗骨料和人工粗骨料混合而成；所述粗骨料按如下方法拌合制备：

步骤一：对天然粗骨料和人工粗骨料进行筛分，分别得到粒径在(4.75，16mm]和(16，26.5mm]两个区间的天然粗骨料和人工粗骨料；

步骤二：在粒径为(4.75，16mm]的区间，按照天然粗骨料和人工粗骨料1:0.1~0.3的重量比，分别称量天然粗骨料和人工粗骨料，并混合均匀得到第一区间粗骨料；在粒径为(16，26.5mm]的区间，按照天然粗骨料和人工粗骨料1:0.05~0.25的重量比，分别称量天然粗骨料和人工粗骨料，并混合均匀得到第二区间粗骨料；然后将第一区间粗骨料和第二区间粗骨料投入搅拌机中，混合搅拌均匀得到粗骨料；所述第一区间粗骨料和第二区间粗骨料按重量份的组成比例为1:0.6~1。

所述天然粗骨料为玄武岩碎石；所述人工粗骨料按重量份的原料配比为：水泥16~25份、偏高岭土0.9~2.5份、石英砂45~75份、玄武岩纤维0.15~0.2份、抗菌剂0.025~0.05份、去离子水8~14.5份。

一种抗菌沥青混凝土的制备方法，按如下步骤进行：

步骤一：将抗菌主料和抗菌辅料同时加入体积为的自来水中，超声分散12~25分钟，然后过滤除去自来水，之后采用球磨机球磨1.5~3.5小时得到抗菌剂；其中

步骤二：将抗菌剂按重量均分为三份，记为第一份抗菌剂、第二份抗菌剂、第三份抗菌剂；

步骤三：将第一份抗菌剂加入体积为的自来水中，搅拌分散均匀得到润滑膜液；将粗骨料置入搅拌机中，边搅拌边喷洒润滑膜液，润滑膜液喷洒完成后继续搅拌1.5~3分钟，之后将粗骨料倒入托盘并放置在80~120℃的烘箱中加热2.5~4小时，使得抗菌剂附着在粗骨料的表面，得到附膜粗骨料；

步骤四：将第二份抗菌剂与矿粉搅拌3~5分钟得到拌合物A；第三份抗菌剂与沥青颗粒混合搅拌2~4分钟得到拌合物B；所述沥青颗粒是将块状沥青破碎为粒径不大于12mm的颗粒；

步骤五：将石英砂、附膜粗骨料和拌合物A均在160~180℃的烘箱中加热120~240分钟；将拌合物B置于烘箱内加热120~180分钟后人工搅拌10~20次，再继续加热至拌合物B完全熔化；

步骤六：将搅拌机预热后，依次向搅拌机中加入加热后的附膜粗骨料和石英砂搅拌35~60秒，然后加入融化后的拌合物B搅拌55~80秒，之后加入加热后的拌合物A搅拌120~150秒，即得到抗菌沥青混凝土。

所述人工搅拌是手持搅拌棒伸至盛放拌合物B容器的底部，先顺时针搅拌5~10次，然后逆时针搅拌5~10次。

所述搅拌机预热的温度为160~180℃。

所述

与已有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明采用人工粗骨料替代部分天然粗骨料，既可节省天然粗骨料，又显著提升沥青混凝土中抗菌剂的受光面积，且抗菌剂在沥青混凝土中的抗冲刷、抗磨损性能较好，保证了沥青混凝土抗菌性能的稳定。

2.本发明采用纳米光催化材料作为抗菌剂掺入沥青混凝土中，既不会影响沥青混凝土的耐久性，又能长期起到抗菌的作用；选用不同的纳米光催化材料作为抗菌主料用于保证抗菌效果的稳定；同时在抗菌辅料配合下，提高抗菌主料在沥青混凝土中的均匀分散，能有效暴露出更多的反应活性位点，显著提高沥青混凝土的抗菌效果。

3.本发明通过将抗菌剂分别附着在粗集料表面、分散在沥青和矿粉中，再进行混合的方式，用于制备抗菌沥青混凝土，减少因单一方式掺入导致的分散不均匀，提高抗菌剂在沥青混凝土中的分散性，保证反应活性位点的暴露数量。将抗菌剂附着在粗集料表面，有利于对沥青与粗集料接触界面的细菌起到良好的抑菌和灭菌作用。

具体实施方式

本发明提供的是一种抗菌沥青混凝土及其制备方法。为更进一步阐述本发明所采用的技术手段及功效，下面结合具体实施方式，对本发明进行详细的说明。

一种抗菌沥青混凝土，所述沥青混凝土按重量份的原料配比为：沥青5.5~11份、石英砂38~50份、粗骨料95~165份、矿粉3.5~7份、抗菌剂0.015~0.054份；所述抗菌剂由抗菌主料和抗菌辅料组成；所述抗菌主料为纳米二氧化钛、纳米石墨相氮化碳、纳米二氧化锆的等质量组合；所述抗菌辅料为纳米六方氮化硼；所述抗菌主料和抗菌辅料的重量比为1:0.15~0.2。

所述粗骨料由天然粗骨料和人工粗骨料混合而成；所述粗骨料按如下方法拌合制备：

步骤一：对天然粗骨料和人工粗骨料进行筛分，分别得到粒径在(4.75，16mm]和(16，26.5mm]两个区间的天然粗骨料和人工粗骨料；

步骤二：在粒径为(4.75，16mm]的区间，按照天然粗骨料和人工粗骨料1:0.1~0.3的重量比，分别称量天然粗骨料和人工粗骨料，并混合均匀得到第一区间粗骨料；在粒径为(16，26.5mm]的区间，按照天然粗骨料和人工粗骨料1:0.05~0.25的重量比，分别称量天然粗骨料和人工粗骨料，并混合均匀得到第二区间粗骨料；然后将第一区间粗骨料和第二区间粗骨料投入搅拌机中，混合搅拌均匀得到粗骨料；所述第一区间粗骨料和第二区间粗骨料按重量份的组成比例为1:0.6~1。

所述天然粗骨料为玄武岩碎石；所述人工粗骨料按重量份的原料配比为：水泥16~25份、偏高岭土0.9~2.5份、石英砂45~75份、玄武岩纤维0.15~0.2份、抗菌剂0.025~0.05份、去离子水8~14.5份。

一种抗菌沥青混凝土的制备方法，按如下步骤进行：

步骤一：将抗菌主料和抗菌辅料同时加入体积为的自来水中，超声分散12~25分钟，然后过滤除去自来水，之后采用球磨机球磨1.5~3.5小时得到抗菌剂；其中

步骤二：将抗菌剂按重量均分为三份，记为第一份抗菌剂、第二份抗菌剂、第三份抗菌剂；

步骤三：将第一份抗菌剂加入体积为的自来水中，搅拌分散均匀得到润滑膜液；将粗骨料置入搅拌机中，边搅拌边喷洒润滑膜液，润滑膜液喷洒完成后继续搅拌1.5~3分钟，之后将粗骨料倒入托盘并放置在80~120℃的烘箱中加热2.5~4小时，使得抗菌剂附着在粗骨料的表面，得到附膜粗骨料；

步骤四：将第二份抗菌剂与矿粉搅拌3~5分钟得到拌合物A；第三份抗菌剂与沥青颗粒混合搅拌2~4分钟得到拌合物B；所述沥青颗粒是将块状沥青破碎为粒径不大于12mm的颗粒；

步骤五：将石英砂、附膜粗骨料和拌合物A均在160~180℃的烘箱中加热120~240分钟；将拌合物B置于烘箱内加热120~180分钟后人工搅拌10~20次，再继续加热至拌合物B完全熔化；

步骤六：将搅拌机预热后，依次向搅拌机中加入加热后的附膜粗骨料和石英砂搅拌35~60秒，然后加入融化后的拌合物B搅拌55~80秒，之后加入加热后的拌合物A搅拌120~150秒，即得到抗菌沥青混凝土。

所述人工搅拌是手持搅拌棒伸至盛放拌合物B容器的底部，先顺时针搅拌5~10次，然后逆时针搅拌5~10次。

所述搅拌机预热的温度为160~180℃。

所述

所述石英砂的粒径为0.25~3mm；所述纳米碳酸钙的粒径为30~100nm；所述自来水的温度均为22~28℃。

当

所述玄武岩纤维的密度为2.62 g/cm

所述人工粗骨料是将抗菌剂与水泥、石英砂、偏高岭土和玄武岩纤维混合搅拌均匀后，加去离子水拌制成为抗菌水泥砂浆，然后将所述光催化水泥砂浆依次通过振动、挤压成型和切割得到骨料坯，将骨料坯置于温度为22~26℃，湿度为85%~92%的环境下养护28天，即得到人工粗骨料。所述人工粗骨料的形状为五棱柱或六棱柱。

所述振动是采用振动台将抗菌水泥砂浆振动密实；所述挤压成型是挤压振动密实后的抗菌水泥砂浆，使其通过横截面形状为五棱柱或六棱柱的棱柱状模具，成型为条状砂浆；所述切割是根据所需人工粗骨料的尺寸将条状砂浆切割为粒状的骨料坯。

所述粒径为(4.75，16mm]的区间是指粒径大小范围在大于4.75mm至不大于16mm之间。

实施例1：

本实施例中，沥青混凝土按重量份的原料配比为：沥青8份、石英砂40份、粗骨料150份、矿粉4份、抗菌剂0.02份；抗菌剂由抗菌主料和抗菌辅料组成；抗菌主料为纳米二氧化钛、纳米石墨相氮化碳、纳米二氧化锆的等质量组合；抗菌辅料为纳米六方氮化硼；抗菌主料和抗菌辅料的重量比为1:0.16。人工粗骨料按重量份的原料配比为：水泥21份、偏高岭土1.8份、石英砂60份、玄武岩纤维0.16份、抗菌剂0.035份、去离子水11份，天然粗骨料为玄武岩碎石。

本实施例中，粗骨料由天然粗骨料和人工粗骨料混合而成；所述粗骨料按如下方法拌合制备：

步骤一：对天然粗骨料和人工粗骨料进行筛分，分别得到粒径在(4.75，16mm]和(16，26.5mm]两个区间的天然粗骨料和人工粗骨料；

步骤二：在粒径为(4.75，16mm]的区间，按照天然粗骨料和人工粗骨料1:0.1的重量比，分别称量天然粗骨料和人工粗骨料，并混合均匀得到第一区间粗骨料；在粒径为(16，26.5mm]的区间，按照天然粗骨料和人工粗骨料1:0.05的重量比，分别称量天然粗骨料和人工粗骨料，并混合均匀得到第二区间粗骨料；然后将第一区间粗骨料和第二区间粗骨料投入搅拌机中，混合搅拌均匀得到粗骨料；所述第一区间粗骨料和第二区间粗骨料按重量份的组成比例为1:0.8。

本实施例中，抗菌沥青混凝土的制备方法按如下步骤进行：

步骤一：将抗菌主料和抗菌辅料同时加入自来水中，超声分散20分钟，然后过滤除去自来水，之后采用球磨机球磨2小时得到抗菌剂；其中自来水的体积为抗菌主料的堆积体积和抗菌辅料的堆积体积之和的120倍；

步骤二：将抗菌剂按重量均分为三份，记为第一份抗菌剂、第二份抗菌剂、第三份抗菌剂；

步骤三：将第一份抗菌剂加入自来水中，搅拌分散均匀得到润滑膜液；将粗骨料置入搅拌机中，边搅拌边喷洒润滑膜液，润滑膜液喷洒完成后继续搅拌2分钟，之后将粗骨料倒入托盘并放置在85℃的烘箱中加热2.5小时，使得抗菌剂附着在粗骨料的表面，得到附膜粗骨料；其中自来水的体积为粗骨料的堆积体积的0.3倍；

步骤四：将第二份抗菌剂与矿粉搅拌3分钟得到拌合物A；第三份抗菌剂与沥青颗粒混合搅拌2.5分钟得到拌合物B；沥青颗粒是将块状沥青破碎为粒径不大于12mm的颗粒；

步骤五：将石英砂、附膜粗骨料和拌合物A均在180℃的烘箱中加热150分钟；将拌合物B置于烘箱内加热160分钟后人工搅拌10次，再继续加热至拌合物B完全熔化；

步骤六：将搅拌机预热至180℃后，依次向搅拌机中加入加热后的附膜粗骨料和石英砂搅拌40秒，然后加入融化后的拌合物B搅拌60秒，之后加入加热后的拌合物A搅拌120秒，即得到抗菌沥青混凝土。

实施例2：

本实施例中，沥青混凝土按重量份的原料配比为：沥青8份、石英砂40份、粗骨料150份、矿粉4份、抗菌剂0.02份；抗菌剂由抗菌主料和抗菌辅料组成；抗菌主料为纳米二氧化钛、纳米石墨相氮化碳、纳米二氧化锆的等质量组合；抗菌辅料为纳米六方氮化硼；抗菌主料和抗菌辅料的重量比为1:0.16。人工粗骨料按重量份的原料配比为：水泥21份、偏高岭土1.8份、石英砂60份、玄武岩纤维0.16份、抗菌剂0.035份、去离子水11份，天然粗骨料为玄武岩碎石。

本实施例中，粗骨料由天然粗骨料和人工粗骨料混合而成；所述粗骨料按如下方法拌合制备：

步骤一：对天然粗骨料和人工粗骨料进行筛分，分别得到粒径在(4.75，16mm]和(16，26.5mm]两个区间的天然粗骨料和人工粗骨料；

步骤二：在粒径为(4.75，16mm]的区间，按照天然粗骨料和人工粗骨料1:0.2的重量比，分别称量天然粗骨料和人工粗骨料，并混合均匀得到第一区间粗骨料；在粒径为(16，26.5mm]的区间，按照天然粗骨料和人工粗骨料1:0.15的重量比，分别称量天然粗骨料和人工粗骨料，并混合均匀得到第二区间粗骨料；然后将第一区间粗骨料和第二区间粗骨料投入搅拌机中，混合搅拌均匀得到粗骨料；所述第一区间粗骨料和第二区间粗骨料按重量份的组成比例为1:0.8。

本实施例抗菌沥青混凝土的制作方法同实施例1。

实施例3：

本实施例中，沥青混凝土按重量份的原料配比为：沥青8份、石英砂40份、粗骨料150份、矿粉4份、抗菌剂0.02份；抗菌剂由抗菌主料和抗菌辅料组成；抗菌主料为纳米二氧化钛、纳米石墨相氮化碳、纳米二氧化锆的等质量组合；抗菌辅料为纳米六方氮化硼；抗菌主料和抗菌辅料的重量比为1:0.16。人工粗骨料按重量份的原料配比为：水泥21份、偏高岭土1.8份、石英砂60份、玄武岩纤维0.16份、抗菌剂0.035份、去离子水11份，天然粗骨料为玄武岩碎石。

本实施例中，粗骨料由天然粗骨料和人工粗骨料混合而成；所述粗骨料按如下方法拌合制备：

步骤一：对天然粗骨料和人工粗骨料进行筛分，分别得到粒径在(4.75，16mm]和(16，26.5mm]两个区间的天然粗骨料和人工粗骨料；

步骤二：在粒径为(4.75，16mm]的区间，按照天然粗骨料和人工粗骨料1:0.3的重量比，分别称量天然粗骨料和人工粗骨料，并混合均匀得到第一区间粗骨料；在粒径为(16，26.5mm]的区间，按照天然粗骨料和人工粗骨料1:0.25的重量比，分别称量天然粗骨料和人工粗骨料，并混合均匀得到第二区间粗骨料；然后将第一区间粗骨料和第二区间粗骨料投入搅拌机中，混合搅拌均匀得到粗骨料；所述第一区间粗骨料和第二区间粗骨料按重量份的组成比例为1:0.8。

本实施例抗菌沥青混凝土的制作方法同实施例1。

对比例1：不掺入人工粗骨料

本对比例中，沥青混凝土按重量份的原料配比为：沥青8份、石英砂40份、粗骨料150份、矿粉4份、抗菌剂0.02份；抗菌剂由抗菌主料和抗菌辅料组成；抗菌主料为纳米二氧化钛、纳米石墨相氮化碳、纳米二氧化锆的等质量组合；所述抗菌辅料为纳米六方氮化硼；所述抗菌主料和抗菌辅料的重量比为1:0.16，本对比例所用粗骨料为玄武岩碎石。

本对比例抗菌沥青混凝土的制作方法同实施例1。

对比例2：通过一种方式掺入抗菌剂

本对比例中，沥青混凝土按重量份的原料配比为：沥青8份、石英砂40份、粗骨料150份、矿粉4份、抗菌剂0.02份；抗菌剂由抗菌主料和抗菌辅料组成；抗菌主料为纳米二氧化钛、纳米石墨相氮化碳、纳米二氧化锆的等质量组合；抗菌辅料为纳米六方氮化硼；抗菌主料和抗菌辅料的重量比为1:0.16。人工粗骨料按重量份的原料配比为：水泥21份、偏高岭土1.8份、石英砂60份、玄武岩纤维0.16份、抗菌剂0.035份、去离子水11份，天然粗骨料为玄武岩碎石。

本对比例中，粗骨料由天然粗骨料和人工粗骨料混合而成；所述粗骨料按如下方法拌合制备：

步骤一：对天然粗骨料和人工粗骨料进行筛分，分别得到粒径在(4.75，16mm]和(16，26.5mm]两个区间的天然粗骨料和人工粗骨料；

步骤二：在粒径为(4.75，16mm]的区间，按照天然粗骨料和人工粗骨料1:0.1的重量比，分别称量天然粗骨料和人工粗骨料，并混合均匀得到第一区间粗骨料；在粒径为(16，26.5mm]的区间，按照天然粗骨料和人工粗骨料1:0.05的重量比，分别称量天然粗骨料和人工粗骨料，并混合均匀得到第二区间粗骨料；然后将第一区间粗骨料和第二区间粗骨料投入搅拌机中，混合搅拌均匀得到粗骨料；所述第一区间粗骨料和第二区间粗骨料按重量份的组成比例为1:0.8。

本对比例中，抗菌沥青混凝土的制备方法按如下步骤进行：

步骤一：将抗菌主料和抗菌辅料同时加入自来水中，超声分散20分钟，然后过滤除去自来水，之后采用球磨机球磨2小时得到抗菌剂；其中自来水的体积为抗菌主料的堆积体积和抗菌辅料的堆积体积之和的120倍；

步骤二：将石英砂、粗骨料、抗菌剂和矿粉均在180℃的烘箱中加热150分钟；将沥青置于烘箱内加热160分钟后人工搅拌10次，再继续加热至沥青完全熔化；

步骤三：将搅拌机预热至180℃后，依次向搅拌机中加入加热后的粗骨料、石英砂和抗菌剂搅拌40秒，然后加入融化后的沥青搅拌60秒，之后加入加热后的矿粉搅拌120秒，即得到抗菌沥青混凝土。

对比例3：不掺入抗菌剂和人工粗骨料

本对比例中，沥青混凝土按重量份的原料配比为：沥青8份、石英砂40份、粗骨料150份、矿粉4份；本对比例所用粗骨料为玄武岩碎石。

本对比例中，沥青混凝土的制备方法按如下步骤进行：

步骤一：将石英砂、粗骨料和矿粉均在180℃的烘箱中加热150分钟；将沥青置于烘箱内加热160分钟后人工搅拌10次，再继续加热至完全熔化；

步骤二：将搅拌机预热至180℃后，依次向搅拌机中加入加热后的粗骨料和石英砂搅拌40秒，然后加入融化后的沥青搅拌60秒，之后加入加热后的矿粉搅拌120秒，即得到沥青混凝土。

抗菌效果的测定：

依据上述实施例1-3和对比例1-3的原料配比和制备方法，分别制作加工得到直径5cm，厚度3cm沥青混凝土试件。试验采用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作为试验用菌，进行抗菌效果测定。先取75%乙醇溶液对试件表面进行消毒处理，再用无菌蒸馏水冲洗，然后置于32℃恒温恒湿的超净透明箱体内备用。分别取1mL浓度为10

表 1

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。