CN101475748B - 一种高强度冷态沥青灌缝防水胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度冷态沥青灌缝防水胶及其制备方法，该防水胶包括改性剂聚合物15-20重量份、分散剂2.0-3重量份、稳定剂0.5-2.0重量份、重胶沥青50-60重量份、乳化剂1.5-2.0重量份、纯净水15-18重量份、固化剂4-16重量分；具有制备简单、可靠、性能优异、广泛用作城乡大交通、重载高等级路面的灌缝，应力吸收结构层、防水、薄雾封层，或新路的封层罩面等，显著地提高路面的防水、抗滑、平整耐磨性能。

Description

一种高强度冷态沥青灌缝防水胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及公路建设用沥青胶领域，特别是涉及一种高强度冷态沥青灌缝防水胶及其制备方法。

技术背景

维修养护公路道路开裂损坏是目前公路行业的世界性难题。上世纪九十年代末期，美国公路研究计划(SHRP)中的两个重要课题之一，就是裂缝灌浆技术及维修养护作业的施工，是作为国家战略计划提出的。我国使用灌缝技术已有40多年历史。通常是将常温固体的灌缝胶加热变为液态，然后灌入裂缝内，至今仍在使用这个工艺，热融的方法有很多弊端，浪费大量能源，污染环境危害人体，是常温是固态的灌缝胶体粘度大，渗透性能差，灌缝不彻底效果差。

一种聚冷物乳化重交沥青混合物胶体及其制备中公开了采用普通研磨、聚合物添加量低于1.5-5.5重量份、性能差，只能应用道路的面层。

过去的乳化沥青，所使用的沥青为普通道路石油沥青，针入度较大，软化点偏低，乳化剂一般为慢裂慢凝型乳化剂如木质胺类，矿料也为普通矿料，固化成型慢，开放交通时间长，一般为4-6小时，这只能适应在车流量低、轻载等低等级道路的路面上。

随着交通流量的日益增加，交通密度大，车辆大型化，重载超载严重，车速高，荷载作用时间短，密度增加快，这些对路面的要求越来越高。原沥青路面对气温、雨水、日照等自然因素敏感，其承载能力和防止水害、病害能力相对偏低。高温季节出现痈包推移，雨季时老化及水浸泡剥落，严寒地区昼夜温差大，出现地面低温反射性裂缝及冻融现象，这些导致路用性能下降，加速路面损坏。因此人们在沥青中添加聚合物，对沥青材料进行改进。

例如将聚合物改性材料加入沥青中，将沥青改性，然后再将其乳化，此法制备过程需较多设备、时间和人力，改性沥青粘度大，流动困难，消耗热能多，造成环境污染和成本增加。

或将乳化剂、改性剂和添加剂配制成水溶液与热融的沥青同时进入乳化机制备乳化沥青。但出于所选择的配方和工艺方法不同，产品性能有所改进，但性能质量很不稳定，成本差别很大，腐蚀设备，造成环境污染。

根据低温合金聚合原理，经过20年的研发制备了既能抗高温(200℃不流淌变软)，又有低温抗开裂并有良好的防水性能和柔韧性，常温下流动性能好、粘度低的又软又硬的路用材料，意在代替传统的热融沥青胶，为我国的公路建设做贡献。

发明内容

本发明的目的在于克服上述乳化沥青制备中的种种缺陷，经发明人多年从事路面沥青胶的开发研究和公路建设及维修保养的长期实践开发提供一种制备简单、可靠、性能优异稳定的一种高强度冷态沥青灌缝防水胶及其制造方法。

本发明提供的高强度冷态沥青灌缝防水胶，包括下列组份及组份重量份经混合乳化、胶磨而成：

改性剂聚合物      15-30重量份

分散剂            1.0-3.0重量份

稳定剂            0.5-2.0重量份

纯净水            15-18重量份

乳化剂            1.5-2.5重量份

重交沥青          50-60重量份

固化剂            4.0-16重量份。

本发明提供的一种高强度冷态沥青灌缝防水胶，优选包括下列组份及组份重量份：

改性剂聚合物      18-20重量份

分散剂            2.5-3.0重量份

稳定剂            1.0-2.0重量份

纯净水            15-16重量份

乳化剂            1.5-1.8重量份

重交沥青          50-55重量份

固化剂            8-12重量份。

本发明提供的一种高强度冷态沥青灌缝防水胶的制备方法，包括下列步骤：

①、将纯净水、乳化剂、改性剂聚合物、分散剂、稳定剂及固化剂按上述组份重量份于带有搅拌容器中于65-75℃混合搅拌均匀，后升温至120至145℃，低速35-60r/分继续搅拌均匀，搅拌时间为20-50分钟。

②、将重交沥青按所述组份重量份加热至160-175℃，优选165℃与步骤①均匀热液体一起加入胶体磨中研磨，转速为3000-10000转/分，优选为5000-10000转/分研磨加工数分钟，优选小于5分钟得高强度冷态沥青灌缝防水胶。

本发明提供的一种高强度冷态沥青灌缝防水胶及其制造方法中，所述乳化剂为慢裂快凝型阳离子乳化剂(简称阳离子乳化剂)或慢裂快凝型阴离子乳化剂(简称阴离子乳化剂)，所述阳离子乳化剂如酰胺类、咪唑啉类或烷基酰胺基多胺类，例如RH-CO5(酰胺类，山西化工研究院生产销售)、MK系列(江阴市荣成路桥生产销售)、KX-I型阳离子沥青乳化剂(浙江金华市公路处研制生产销售)、MJ型(河南省公路局与山西省化工研究所联合研制)或QS-2(安徽芜湖中联公司生产销售)等；所述阴离子乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚与烷基酚聚氧乙烯醚的混合物如OP(上海经纬有限公司)、XLY2000(河南省郾城龙逸化工公司生产销售)，上述乳化剂均为慢裂快凝型乳化剂，这些慢裂快凝型乳化剂对沥青乳化能力强，改性沥青乳液不结块，不沉淀，乳液光滑，性能稳定。这些乳化剂可单独使用，亦可混配使用，混配没有严格要求，可按任何比例混配，在高强度冷态沥青灌缝防水胶中总含量为1.5-2.5重量份，优选为1.5-1.8重量份。

所述稳定剂为聚烯烃类化合物如沙所比德(SaSobit，无锡万邦化工有限公司销售)、聚有机硅氧烷与多元醇的接枝共聚物、烷基酚聚氧乙烯醚类如聚乙二醇脂肪酸酯、澎润土或凹凸棒土等；优选为SaSobit、聚有机硅烷氧与多元醇的接枝共聚物或聚乙二醇脂肪酸酯，这些稳定剂主要起到增稠和缓破作用，上述稳定剂市场均可以购得，其用量0.5-2.0重量份，优选为1.0-2.0重量份。

所述分散剂为萘磺酸甲醛缩合物如PD(上海助剂厂)萘磺酸甲醛缩合钠盐(C₁₂H₁₄O₆S₂Na₂)n、亚甲基双萘磺酸钠NNO或亚甲基双甲基萘磺酸钠MF(C₂₃H₂₀O₆Na₂)等，优选为NNO或(C₁₂H₁₄O₆S₂Na₂)n，这些分散剂都有良好的扩散和分散作用，市场均可购得，其用量1.0-3.0重量份，优选为2.5-3.0重量份。

所述改性剂聚合物为丙烯腈一丁二烯一苯乙烯树脂(ABS)，乙烯一醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯(PE)、无规(立构)聚丙烯(APP)、顺丁橡胶(BR)、氯丁橡胶(CR)、丁苯橡胶(SBR)、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯三元嵌段共聚物(SBS)如线型或星型三元嵌段共聚物，或其它们的胶乳等，所述改性剂聚合物胶乳可用已知方法制成胶乳再使用或市销胶乳产品。优选苯乙烯一丁二烯一苯乙烯三元星型嵌段共聚物(SBS)胶乳和SBR胶乳。所述改性剂聚合物可单独使用，或混配(任何比例)使用，其用量通常15-30重量份，优选为18-20重量份。

所述固化剂为碳酸盐水泥、轻质碳酸钙、钛白粉或硅藻土等，所述固化剂用量为4.0-16.0，优选8.0-12重量份。

所述重交沥青以优质低凝环烷基原油为主要原料生产加工的优质芳烃基高级重交道路沥青，例如中石化东海牌芳烃基(重交沥青A)AH-70#、中石油芳烃基(重交沥青B)AH-70#或中海油芳烃基(重交沥青C)AH-70#；其质量指标如表1所示，具有优良特性，蜡含量低于2.0％，密度大于1，TFOT(163℃，5小时)15℃延度为130-140厘米。由此可见该重交沥青具有优质的道路性能。重交沥青对灌缝质量影响至关重要，其用量为50-60重量份，优选为50-55重量份。

表1

本发明提供的高强度冷态沥青灌缝防水胶具有优良的抗老化性能和高温性能。蒸发后高强度灌缝防水胶15℃延度大于130厘米，软化点大于80℃，老化后，15℃延度大于130厘米，软化点升高，蒸发损失变化幅度小，一般聚合物改性灌缝胶软化点要求不小于60℃，由本发明提供的防水胶软化点在85-120℃之间，所以能完全满足高温季节的使用要求。

本发明提供的一种高强度灌缝防水胶温性能优良，15℃延度一般大于30厘米，而基质沥青5℃延度一般在8-10厘米之间，高强度灌缝防水胶的脆点在-18℃以下，而基质沥青一般在-5-10℃之间，说明高强度灌缝防水胶低温改性剂抗所裂能力较好。本发明提供的制造方法中，由于采用了改性剂聚合物直接与沥青混合搅拌，生产操作简单方便，性能可靠，而且无污染，生产成本低。克服了制备改性沥青时高温，高能耗，多设备，高成本的复杂工艺工程。

本发明提供的制造方法中不加酸，克服通常在生产乳化沥青中加酸调PH值(2-3)的危害。确保乳化沥青的延度，粘附性能不降低，其它性能也变化不大，设备不腐蚀，环境不污染。

由于本发明的制造方法中，添加烷基酚聚氧乙烯醚类和聚烯烃类添加剂，不仅有良好的稳定乳化效果，而且有缓破功能，能将延长乳化沥青的破乳时间，同时能够满足地表在70℃以下的施工要求。

本发明使用萘磺酸甲醛混合物类分散剂，不但有良好的胶体分散性，使胶乳不沉淀，不聚集结块，而且作为填充料，有良好的促凝效果，以改善快开放交通的作用。

与其他防水材料灌缝不同的是：

常温下储存，可在-40℃至60℃施工，不需加热，无任何挥发气体，无味，冷态液体材料，道路标准粘度C₂₅ ⁵足有20，流动性好。

只有一种组份，不需加热，不需要添加任何物料，可以贯入涂刷，喷洒，使用简单，方便。

该高强度冷态沥青灌缝防水胶能够提高路面的高温稳定性和低温抗缩裂能力，增强抗剥落性和粘附强度，使路面早期强度提高，延长使用寿命。

本发明提供的高强度冷态沥青灌缝防水胶可用作城乡大交通、重载高等级的路面上筑路和道路养护中的灌缝胶，也可作新路的封层罩面，以及桥面伸缩缝填充料、粘结层、隧道及层面防水等能迅速修复和改善原有沥青(水泥)路面的磨损、老化、裂缝、光滑、松散等多种病害。显著地提高路面的防水、抗滑、平整、耐磨性能。该产品有较宽的粘弹区，理想的感温性能。感温性能是反应沥青改性效果的重要指标，它利用不同的温度的针入度进行线性回归求出蒸发残留物针入度指数PI值。随着聚合物使用量的增加，针入度温度曲线的斜率即沥青的温度高温指数变小，PI值增大，针入度温度曲线的斜率即沥青的温度感温指数变小，PI值增大，当聚合物添加量≥3％，PI＞0.4542，从而证明高强度冷态沥青灌缝防水胶的感温效果显著，使得高强度冷态沥青灌缝防水胶在低温时针入度变大，胶体变软，而温度升高时，针入度变小，胶体变硬。这样，混合料的低温柔性和高温劲度都得到了提高，从而改善了路面的低温抗裂性能核高温抗车辙能力。

具体实施方案

下面结合实施例对本方明进一步说明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

实施例1

取16kg洁净的水，在水中加入慢裂快凝型阳离子乳化剂(RC-SMRHJ804江阴荣成路桥公司)1.8kg，加入改性剂聚合物SBR胶乳20kg，分散剂萘磺酸甲醛混合钠盐2.5kg克、聚乙二醇脂肪酸1.5kg搅拌均匀后，于温度至65℃，继续搅拌均匀并保持温度。取60kg中石化芳烃基AH-704#重交沥青A，碳酸盐水泥5kg加热至165℃，一起搅拌均匀后加入胶体磨中研磨，转速为6000转/分，加工5分钟后就得到要配制的高强度冷态沥青灌缝防水胶。化验结果表明(见表2)，各项指标较理想，筛上剩于量小，贮存稳定性好，软化点高，粘韧性好，老化性能好。

对比例1：

对比例1与实施例1步骤相同，不同是不加分散剂萘磺酸甲醛混合钠盐和稳定剂聚乙二醇脂肪酸酯。

取16kg洁净的水在水中加入RC-SMRHJ804慢裂快凝型乳化剂1.8kg，SBR胶乳20kg，混合均匀后加热65℃，然后加入60kg的重交沥青A，碳酸盐水泥5kg加热至165℃同时与配制好的溶液一起进胶体磨，转速6000转/分，5分钟后即得到产品，化验结果表明(见表2)，该产品的稳定性很差，其贮存稳定性24小时，下降了三个百分点，低温贮存稳定度有大量的粗颗粒。因为稳定性变差，其各项指标都很差。

对比例2：

对比例2同实施例1步骤相同，不同是不加稳定剂聚乙二醇脂肪酸酯。

取16kg洁净水，在水中加入JWRH-MK阳离子型乳化剂(JWRH-MK型)1.8kg，萘磺酸甲醛混合钠盐2.5kg，搅拌均匀后加热65℃，然后再加入SBR胶乳20kg，混合均匀并保持此温度，取60kg重交沥青A并加热至145℃，碳酸盐水泥5kg同时与已配制好的溶液一起加入胶体磨研磨，胶体磨转速为4900转/分，5分钟后制成成品。化验结果表明(见表2)，同对比例1相比，胶体的性质有了明显改善，稳定性有所提高，低温贮存稳定度仍有部分颗粒，蒸发残留物的性质有提高，但仍达不到指标的要求。

综述以上三种情况可以看出：当原料中加入稳定剂和分散剂后产品各项指标都很理想。筛上剩于量小，贮存稳定性好，软化点高，延伸度大，高强度冷态沥青灌缝防水胶的韧性强，抗老化性能好，根据实施例1的配制的这种方法高强度冷态沥青灌缝防水胶在无锡黄土至石庄线上进行灌缝，经过一年多的重载和大交通的考验，整体情况很好，外观呈黑褐色，无松散无沟痕，骨料无脱落情况，平整度与摩擦系数好于热沥青摊铺。

实施例2

取15kg洁净的水，在水中加入1.5kg聚氧乙烯烷基季胺盐酸乳化剂，1.8kg甲基双萘磺酸钠(NNO)，1.0kg聚有机硅氧烷与多元醇的接枝共聚合物稳定剂，搅拌均匀后加热至65℃，再加入15kg(丙烯腈一丁二烯一苯乙烯树脂ABS)共聚合物胶乳，混合均匀，保温待用，并取62kg重交沥青B，硅藻土6kg加热至160℃，受热均匀后，同时与配制好的溶液一起进入胶体磨研磨，转速为7000转/分。研磨两分钟之后，即得到合格的高强度冷态沥青灌缝防水胶。分析结果表明(见表3)，胶体的粘度、筛上剩余量、蒸发残留物含量达到规定标准，准村稳定性24小时仅为0.06，低温贮存稳定度无颗粒、无结块，残留物延度大，软化点高，韧性强，是一种理想的公路用灌缝胶混合材料。

沪台温高速台州段，平均车流量在30000辆/日以上，而且大部分是重载货运车，路面出现磨损、裂缝、坑槽、剥落、光滑等病害，我们采用上述配方配制的高强度冷态沥青灌缝防水胶进行改性灌缝胶施工，经过一年多的重载和大交通量的考验，整体情况一直很好。无松散，无沟痕，无水损害现象。

实施例3：

取15kg克洁净水，依次加入RH-CO5酰胺类阳离子乳化剂2kg，亚甲基双萘磺酸钠MF分散剂2.6kg，沙索必德(SaSobit)稳定剂1.8kg，搅拌均匀后，升温至65℃，再加入25kg，SBS胶乳聚合物，继续搅拌混合均匀保持温度待用，并取重交沥青AH-70#c55kg克加热到168℃。轻质碳酸钙10kg均匀受热后缓缓加入调配好的溶液中搅拌均匀，再在胶体磨中研磨2分钟，转速为8000转/分即得合格的高强度冷态沥青灌缝防水胶(其性质见表三)。胶体粘度大，稳定性好，低温储存无粗颗粒和结块，软化点高，粘韧性强，利于灌缝胶罩面养护，无锡市区钱荣线，原路基尚好，但路面出现破损，裂缝，有坑槽，使用本配方制备的混合胶体进行灌缝，使用两年来，尽管车流量大，路面负荷重，单路面任然无松散，无沟痕，无骨料脱落现象。

实施例4

实施例4的步骤相同于实施例1，不同是用星形SBS胶乳替代SBR胶乳。

实施例5

实施例5的步骤相同于实施例1，不同是用顺丁胶乳与天然橡胶胶乳以1∶1替代SBR胶乳。

实施例6

实施例6的步骤相同于实施例2，不同是用无规聚丙烯胶乳替代ABS胶乳。

实施例7

实施例7的步骤相同于实施例3，不同是用(C₁₂H₁₄O₆S₂Na₂)n替代MF分散剂.

实施例8

实施例8的步骤相同于实施例1，不同是用EVA胶乳替代SBR胶乳。

实施例4至实施例8的高强度冷态沥青灌缝防水胶的性能及路面性能与实施例1至3的各项性能在同一水平上。

表2

表3

Claims (6)

1.一种高强度冷态沥青灌缝防水胶，包括下列组份及组份重量份经混合乳化、胶磨而成：

改性剂聚合物      15-30重量份

分散剂            1.0-3.0重量份

稳定剂            0.5-2.0重量份

纯净水            15-18重量份

乳化剂            1.5-2.5重量份

重交沥青          50-60重量份

固化剂            4.0-16重量份；

所述改性剂聚合物为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、无规聚丙烯、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯、苯乙烯-丁二烯三元嵌段共聚物或及其它们的胶乳，所述聚合物可单独使用或以任何比例混配使用；所述重交沥青为优质低凝环烷基原油加工的芳烃基高级重交道路沥青，蜡含量低于2.0重量％，密度大于1，TFOT15度延度为130-140cm；

所述分散剂为萘磺酸甲醛缩合物及其钠盐、亚甲基双萘磺酸钠或亚甲基双甲萘磺酸钠；

所述固化剂为碳酸盐水泥、轻质碳酸钙、钛白粉或硅藻土；

所述稳定剂为聚烯烃类化合物、聚有机硅氧烷与多元醇的接枝共聚合物、烷基酚聚氧乙烯醚类或澎润土；

所述乳化剂为慢裂快凝型阳离子乳化剂和/或阴离子乳化剂。

2.根据权利要求1的一种高强度冷态沥青灌缝防水胶，包括下列组份及组份重量份：

改性剂聚合物      18-20重量份

分散剂            2.5-3.0重量份

稳定剂            1.0-2.0重量份

纯净水            15-16重量份

乳化剂            1.5-1.8重量份

重交沥青          50-55重量份

固化剂            8.0-12重量份。 

3.根据权利要求1的一种高强度冷态沥青灌缝防水胶，其特征在于所述改性剂聚合物为苯乙烯-丁二烯三元星型嵌段共聚物胶乳；所述乳化剂为酰胺类、咪唑啉类、烷基酰胺类或脂肪醇聚氧乙烯醚与烷基酚聚氧乙烯醚的混合物。

4.一种权利要求1或2的高强度冷态沥青灌缝防水胶的制备方法，包括下列步骤：

①将纯净水、乳化剂、改性剂聚合物、分散剂、稳定剂及固化剂按权利要求1中所述组分重量份于带有搅拌容器中于65至75℃混合搅拌均匀，后升温至120至145℃低速35-60转/分继续搅拌均匀，搅拌时间20至50分钟；

②将重交沥青按所述组份重量份加热至160-175℃与步骤①均匀热液体一起加入胶体磨中研磨，转速为3000-10000转/分，研磨几分钟得高强度冷态沥青灌缝防水胶。

5.根据权利要求4的制备方法，其特征在于所述乳化剂为慢裂快凝型阳离子和/或阴离子乳化剂；所述胶体磨转速为5000至10000转/分。

6.根据权利要求5的制备方法，其特征在于所述乳化剂为酰胺类、咪唑啉类、烷基酰胺类或脂肪醇聚氧乙烯醚与烷基酚聚氧乙烯醚的混合物。