CN109053032A - 一种储存式沥青路面坑槽修补材料及其制备方法 - Google Patents

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CN109053032A CN201810725983.3A CN201810725983A CN109053032A CN 109053032 A CN109053032 A CN 109053032A CN 201810725983 A CN201810725983 A CN 201810725983A CN 109053032 A CN109053032 A CN 109053032A
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Abstract

一种储存式沥青路面坑槽修补材料及其制备方法，属于公路工程建设材料技术领域，一种储存式沥青路面坑槽修补材料，为间断级配沥青混合料，由坑槽修补原液与集料、填料的混合材料组成；制备方法：1)向融化后的沥青中加入相容剂和增粘剂，加热保温后进行高速剪切，过程中向其加入增强剂，降温后加热稀释剂，得到沥青坑槽修补原液；2)将坑槽修补原液加入混合材料中进行拌合，得到储存式沥青路面坑槽修补材料；本发明方法生产出的储存式沥青路面坑槽修补材料，具有良好的存储性，将低温环境下施工变为可行，满足了我国北方冬季施工需要，最低施工温度可达零下‑30℃，对人员及设备要求简单，影响因素少。

Description

一种储存式沥青路面坑槽修补材料及其制备方法
技术领域
本发明属于公路工程建设材料技术领域，具体涉及一种储存式沥青路面坑槽修补材料及其制备方法。
背景技术
随着高等级公路的建设发展，对现代公路交通的需求已不局限于全天候通过，在保障车辆安全、平稳行驶，以及对路面的使用性能等方面提出了更高的要求。作为目前应用最为广泛的路面类型，沥青路面在其中扮演着重要的角色。
沥青路面作为一种无接缝的连续式路面，因其具有足够的力学强度，能适应各种行车荷载，行车平稳、舒适、噪音低以及便于维修等特点，逐渐成为公路路面的主要结构类型。然而，在行车荷载与温度、湿度、紫外光照等因素的反复耦合作用下，沥青与矿料不断地发生着物理和化学变化，其适应气候变化的能力逐渐降低，沥青表现出松散、坑洞、剥落等病害破损现象，影响车辆行驶的舒适性和安全性。此外，车辆在行驶过程中，为躲避路面坑槽，不得不进行合流和分流，增加了变换车道的概率，使得交通冲突点增加，尤其是在交通密集的道路、桥梁和夜间运行等情况下，不仅增加了事故发生率，而且降低道路的通行能力。因此如何快速、高效、经济地进行路面坑槽破损修复，已成为目前国内外沥青路面养护技术研究的前沿和热点。
目前，对于路面坑槽的修补方法大多采用热拌沥青混合料，该种办法对于地点集中、工程量较大的路面维修是可行的，但对于地点分散、工程量小的路面修补，因修补处数量太少，混合料难以生产，而且热沥青混合料存在保温难和修补操作繁琐的问题，特别是在雨季和冬季。近年来，采用乳化沥青冷拌合工艺对坑槽进行修补，但此方式要求必须在沥青可破乳的温度环境下进行，这也限制了乳化沥青混合料的应用范围。
近年来，公路建设向着高等级和多功能方向发展，对道路养护用沥青材料提出了较严苛的要求。寻求一种可以改善沥青材料的适用性能、扩展沥青材料适用范围同时兼具低碳、环保的道路修补材料是现今的迫切所需。因此，应用广泛、温度使用范围大、且技术成熟的稀释型沥青路面坑槽修补材料逐渐成为道路工程人员研究的出发点和落脚点。冷补沥青混合料具有低温拌和、施工设备简单、环境污染小的优点，并且拥有良好的社会效益和经济效益，基于冷补沥青混合料的上述优点，国内外对其进行了大量的研究，其中，冷补沥青混合料的成型性能、粘附性能以及后期的抗水损害性能，成为科研工作人员主要的攻关方向。
发明内容
本发明针对现有沥青路面坑槽修补材料沥青含量低、易板结，早期强度差、水稳定性较低、耐久性差的缺陷，提供一种可储存式沥青路面坑槽修补材料及其制备方法。本发明的坑槽修补原液与集料的粘附性好，后期抗水损害性能和耐候性能优异，同时具有施工操作简单、低碳节能绿色环保、耐磨性好、抗压强度高的特点。
一种储存式沥青路面坑槽修补材料，所述的修补材料为间断级配沥青混合料，由坑槽修补原液与集料、填料的混合材料组成，坑槽修补原液与集料、填料的混合材料的关系满足以下公式：
W＝0.021a+0.056b+0.099c+0.12d+1.2
式中：W为修补原液的用量(％)，a为大于2.36mm颗粒重量百分率(％)，b为0.3mm～2.36mm颗粒重量百分率(％)，c为0.075mm～0.3mm颗粒重量百分率(％)，d为小于0.075mm颗粒重量百分率(％)；
所述集料为石灰岩，如表1所示级配的烘干集料，粒径为0.075～13.2mm，填料为石灰石矿粉，粒径小于0.075mm；
表1
所述修补原液由基质沥青、相容剂、增粘剂、稀释剂、增强剂、抗剥落剂制备而成，其原料组成的重量分别为：基质沥青75～93g，相溶剂2～5g，增粘剂2～6g，抗剥落剂2～6g，增强剂1～7g，稀释剂的加入量为基质沥青重量的20～50％；
所述基质沥青为重交道路石油沥青，标号为70#或90#；
所述相容剂为糠醛抽出油；
所述增粘剂为SBS改性剂(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)；
所述抗剥落剂为具有长链烷基的聚酰胺类产品；
所述稀释剂为-35#柴油、-20#柴油、-0#柴油、航空煤油、溶剂油中的一种或几种；
所述增强剂为石油树脂、古马隆树脂、萜烯树脂中的一种或几种。
一种储存式沥青路面坑槽修补材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：
(1)将基质沥青于150～160℃加热融化；
(2)向融化后的沥青中加入糠醛抽出油，搅拌均匀，然后加入SBS改性剂，搅拌均匀后与剪切头一同保温溶胀，保持温度恒定在150～180℃，保温20～40min，得到SBS改性剂与基质沥青的混合物；
(3)将SBS改性剂与基质沥青的混合物进行高速剪切，剪切速率为4500～5500r/min，剪切50～60min，然后于150～180℃保温30～60min，得到改性沥青；
(4)改性沥青降温至140～175℃，向其中加入增强剂，继续以4500～5500r/min剪切5～15min，保持温度不变，加入抗剥落剂，搅拌5～15min，得到胶结料；
(5)胶结料降温至130～140℃，向胶结料中按比例加入稀释剂，并进行以1500～2500r/min剪切4～5min，得到沥青坑槽修补原液；
步骤2：
(1)称取集料、填料的混合材料并加热至60～90℃烘干并保温30min以上；
(2)按沥青路面坑槽修补材料中原液与集料、填料的混合材料的关系，将坑槽修补原液加入混合材料中进行拌合，拌合时间不少于60s，得到储存式沥青路面坑槽修补材料。
上述一种储存式沥青路面坑槽修补材料的制备方法，其中：
所述步骤1(2)中，糠醛抽出油是通过溶剂提取法得到的含有芳香分和饱和分的高芳烃油，外观呈墨绿色。
所述步骤1(3)中，在恒温烘箱中加热保温，目的是让剪切后的改性沥青消泡发育。
所述步骤2(2)中制得的坑槽修补材料在1～3h之内装袋封存。
本发明制得的储存式沥青路面坑槽修补材料，空隙率为15～20％，黏附性等级均达到5a，黏聚性78.0～99.5％，施工性能0.98～3.5kg/cm2，初期强度1.71～2.68KN，稳定度9.32～18.62KN，残留稳定度87.2～98.4％，工作度30～81s；修补材料应用于沥青路面修补过程中，从拆袋到使用的时间间隔在1h～8h之间，剩余修补材料可再次封装。
本发明一种储存式沥青路面坑槽修补材料及其制备方法，有益效果是：
本发明方法生产出的储存式沥青路面坑槽修补材料与普通沥青混合料相比，具有良好的存储性，将低温环境下施工变为可行，满足了我国北方冬季施工需要，最低施工温度可达零下-30℃，对人员及设备要求简单，影响因素少；制备出的沥青坑槽修补原液与混合材料料拌合后形成的胶结料在稀释剂挥发和反复压实后，其强度和密实度不断增强，最终达到与热拌沥青混合料相等的路用性能。该方法制备出来的高性能储存式沥青路面坑槽修补材料应用前景巨大，具有较强的推广和应用价值。
具体实施方式
下述实施例1～4中集料坑槽修补原液与集料、填料的混合材料的关系满足以下公式：
W＝0.021a+0.056b+0.099c+0.12d+1.2
式中：W为修补原液的用量(％)，a为大于2.36mm颗粒重量百分率(％)，b为0.3mm～2.36mm颗粒重量百分率(％)，c为0.075mm～0.3mm颗粒重量百分率(％)，d为小于0.075mm颗粒重量百分率(％)；
下述实施例1～4中抗剥落剂为具有长链烷基的聚酰胺类产品，外观呈棕色粘稠状液体，为市售商品；
实施例1
一种储存式沥青路面坑槽修补材料，所述的修补材料由坑槽修补原液与集料、填料的混合材料组成，所述集料的标准筛筛孔的百分率如表2，根据坑槽修补原液与集料、填料的混合材料的关系得出修补原液的用量为34g。
表2
标准筛筛孔W(mm) 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
合成级配(％) 99.7 46.0 17.6 13.9 7.7 5.7 4.9 4.2
所述修补原液原料组成的重量分别为：70#基质沥青88g，糠醛抽出油2.5g份，SBS改性剂4g，长链烷基的聚酰胺类产品4g，石油树脂5g，-20#柴油的加入量为基质沥青重量的35％；
一种储存式沥青路面坑槽修补材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：
(1)将88g70#基质沥青于160℃加热融化；
(2)向融化后的沥青中加入2.5g糠醛抽出油，搅拌均匀，然后加入4gSBS改性剂，搅拌均匀后与剪切头一同保温溶胀，保持温度恒定在180℃，保温20min，SBS改性剂与基质沥青的混合物；
(3)将SBS改性剂与基质沥青的混合物高速剪切，剪切速率为5500r/min，剪切50min，然后于恒温烘箱中180℃保温30min，让其消泡发育，得到改性沥青；
(4)改性沥青降温至170℃，向其中加入5g石油树脂，继续以5000r/min剪切10min，保持温度不变，加入4g抗剥落剂，搅拌5min，得到胶结料；
(5)胶结料降温至130℃，向胶结料中加入36.2g-20#柴油，并进行以2500r/min剪切4min，得到沥青坑槽修补原液；
步骤2：
(1)称取集料、填料的混合材料800g，并加热至90℃烘干并保温40min；
(2)按沥青路面坑槽修补材料中原液与集料、填料的混合材料的关系，将34g坑槽修补原液加入预热后的混合材料中进行拌合，拌合时间100s，得到储存式沥青路面坑槽修补材料，制备完成的坑槽修补材料在2小时装袋封存。
实施例2
一种储存式沥青路面坑槽修补材料，所述的修补材料由坑槽修补原液与集料、填料的混合材料组成，所述集料的标准筛筛孔的百分率如表3，根据集料坑槽修补原液与集料、填料的混合材料的关系得出修补原液的用量为38.0g。
表3
标准筛筛孔W(mm) 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
合成级配(％) 98.1 54.3 24.3 19.7 15.4 11.6 7.5 4.8
所述修补原液原料组成的重量分别为：70#基质沥青85g，糠醛抽出油3g份，SBS改性剂5g，长链烷基的聚酰胺类产品2.7g，增强剂(石油树脂:古马隆树脂的质量比为2:1)2g，稀释剂(航空煤油:溶剂油的质量比为1:4)的加入量为基质沥青重量的30％；
一种储存式沥青路面坑槽修补材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：
(1)将85g90#基质沥青于150℃加热融化；
(2)向融化后的沥青中加入2.8g糠醛抽出油，搅拌均匀，然后加入5gSBS改性剂，搅拌均匀后与剪切头一同保温溶胀，保持温度恒定在160℃，保温30min，得到SBS改性剂与基质沥青的混合物；
(3)将SBS改性剂与基质沥青的混合物高速剪切，剪切速率为4500r/min，剪切60min，然后于恒温烘箱中150℃保温50min，让其消泡发育，得到改性沥青；
(4)改性沥青接下来降温至145℃，向其中加入2g增强剂(石油树脂:古马隆树脂的质量比为2:1)，继续以5500r/min剪切5min，保持温度不变，加入2.7g抗剥落剂，搅拌10min，得到胶结料；
(5)胶结料降温至140℃，向胶结料中加入38.0g稀释剂(航空煤油:溶剂油的质量比为1:4)，并进行以2000r/min剪切5min，得到沥青坑槽修补原液；
步骤2：
(1)取集料、填料的混合材料800g，并加热至60℃烘干并保温50min；
(2)按沥青路面坑槽修补材料中原液与集料、填料的混合材料的关系，将31.6g坑槽修补原液加入预热后的混合材料中进行拌合，拌合时间90s，得到储存式沥青路面坑槽修补材料，制备完成的坑槽修补材料1.5小时装袋封存。
实施例3
一种储存式沥青路面坑槽修补材料，所述的修补材料由坑槽修补原液与集料、填料的混合材料组成，所述集料的标准筛筛孔的百分率如表4，根据集料坑槽修补原液与集料、填料的混合材料的关系得出修补原液的用量为35.9g。
表4
标准筛筛孔W(mm) 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
合成级配(％) 93.5 82.1 43.2 20.5 13.5 9.8 9.3 6.5 3.5
所述修补原液原料组成的重量分别为：70#基质沥青75g，糠醛抽出油2g份，SBS改性剂2g，长链烷基的聚酰胺类产品7g，增强剂(萜烯树脂:古马隆树脂的质量比为1:1)4g，稀释剂(航空煤油:-35#柴油:溶剂油的质量比为1:2:1)的加入量为基质沥青重量的20％；
一种储存式沥青路面坑槽修补材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：
(1)将75g70#基质沥青于150℃加热融化；
(2)向融化后的沥青中加入2g糠醛抽出油，搅拌均匀，然后加入2gSBS改性剂，搅拌均匀后与剪切头一同保温溶胀，保持温度恒定在150℃，保温40min，得到SBS改性剂与基质沥青的混合物；
(3)将SBS改性剂与基质沥青的混合物高速剪切，剪切速率为5000r/min，剪切55min，然后于恒温烘箱中160℃保温40min，让其消泡发育，得到改性沥青；
(4)改性沥青接下来降温至150℃，向其中加入4g增强剂(萜烯树脂:古马隆树脂的质量比为1:1)，继续以4500r/min剪切15min，保持温度不变，加入7g抗剥落剂，搅拌15min，得到胶结料；
(5)胶结料降温至135℃，向胶结料中加入18g稀释剂(航空煤油:-35#柴油:溶剂油的质量比为1:2:1)，并进行以1500r/min剪切5min，得到沥青坑槽修补原液；
步骤2：
(1)称取集料、填料的混合材料800g，并加热至60℃烘干并保温60min；
(2)按沥青路面坑槽修补材料中原液与集料、填料的混合材料的关系，将35.9g坑槽修补原液加入预热后的混合材料中进行拌合，拌合时间120s，得到储存式沥青路面坑槽修补材料，制备完成的坑槽修补材料2小时装袋封存。
实施例4
一种储存式沥青路面坑槽修补材料，所述的修补材料由坑槽修补原液与集料、填料的混合材料组成，所述集料的标准筛筛孔的百分率如表5，根据集料坑槽修补原液与集料、填料的混合材料的关系得出修补原液的用量为31.5g。
表5
标准筛筛孔W(mm) 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
合成级配(％) 99.6 40.1 10.6 8.4 6.3 5.1 3.3 2.4
所述修补原液原料组成的重量分别为：90#基质沥青93g，糠醛抽出油5g份，SBS改性剂6g，长链烷基的聚酰胺类产品1g，古马隆树脂6g，稀释剂(航空煤油:-0#柴油的质量比为1:1)的加入量为基质沥青重量的50％；
一种储存式沥青路面坑槽修补材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：
(1)将93g90#基质沥青于150℃加热融化；
(2)向融化后的沥青中加入5g糠醛抽出油，搅拌均匀，然后加入6gSBS改性剂，搅拌均匀后与剪切头一同保温溶胀，保持温度恒定在170℃，保温25min，得到SBS改性剂与基质沥青的混合物；
(3)将SBS改性剂与基质沥青的混合物高速剪切，剪切速率为5500r/min，剪切55min，然后于恒温烘箱中170℃保温60min，让其消泡发育，得到改性沥青；
(4)改性沥青接下来降温至165℃，向其中加入6g古马隆树脂，继续以5500r/min剪切10min，保持温度不变，加入1g抗剥落剂，搅拌8min，得到胶结料；
(5)胶结料降温至134℃，向胶结料中加入55.5g稀释剂(航空煤油:-0#柴油的质量比为1:1)，并进行以2000r/min剪切5min，得到沥青坑槽修补原液；
步骤2：
(1)称取集料、填料的混合材料800g，并加热至80℃烘干并保温50min；
(2)按沥青路面坑槽修补材料中原液与集料、填料的混合材料的关系，将31.5g坑槽修补原液加入预热后的混合材料中进行拌合，拌合时间100s，得到储存式沥青路面坑槽修补材料，制备完成的坑槽修补材料在1.5小时装袋封存。
对上述实施例1～4制备的沥青坑槽修补原液按照JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行测试，检测项目与试验结果参照表6所示。
表6
对上述实施例1～4制备的储存式沥青路面坑槽修补材料，按照JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》和JT/T972-2015《沥青路面坑槽冷补成品料行业标准》进行性能测试，检测项目与试验结果参照表7所示。
表7
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，应当理解的是，对本领域普通技术人员而言，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应落入本发明要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种储存式沥青路面坑槽修补材料，其特征在于，所述的修补材料为间断级配沥青混合料，由坑槽修补原液与集料、填料的混合材料组成，坑槽修补原液与集料、填料的混合材料的关系满足以下公式：
W＝0.021a+0.056b+0.099c+0.12d+1.2
式中：W为修补原液的用量(％)，a为大于2.36mm颗粒重量百分率(％)，b为0.3mm～2.36mm颗粒重量百分率(％)，c为0.075mm～0.3mm颗粒重量百分率(％)，d为小于0.075mm颗粒重量百分率(％)；
所述集料为石灰岩，粒径为0.075～13.2mm，填料为石灰石矿粉，粒径小于0.075mm；
所述修补原液由基质沥青、相容剂、增粘剂、稀释剂、增强剂、抗剥落剂制备而成，其原料组成的重量分别为：基质沥青75～93g，相溶剂2～5g，增粘剂2～6g，抗剥落剂2～6g，增强剂1～7g，稀释剂的加入量为基质沥青重量的20～50％；
所述基质沥青为重交道路石油沥青，标号为70#或90#；
所述相容剂为糠醛抽出油；
所述增粘剂为SBS改性剂(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)；
所述抗剥落剂为具有长链烷基的聚酰胺类产品；
所述稀释剂为-35#柴油、-20#柴油、-0#柴油、航空煤油、溶剂油中的一种或几种；
所述增强剂为石油树脂、古马隆树脂、萜烯树脂中的一种或几种。
2.权利要求1所述的一种储存式沥青路面坑槽修补材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：
(1)将基质沥青于150～160℃加热融化；
(2)向融化后的沥青中加入糠醛抽出油，搅拌均匀，然后加入SBS改性剂，搅拌均匀后与剪切头一同保温溶胀，保持温度恒定在150～180℃，保温20～40min，得到SBS改性剂与基质沥青的混合物；
(3)将SBS改性剂与基质沥青的混合物进行高速剪切，剪切速率为4500～5500r/min，剪切50～60min，然后于150～180℃保温30～60min，得到改性沥青；
(4)改性沥青降温至140～175℃，向其中加入增强剂，继续以4500～5500r/min，剪切5～15min，保持温度不变，加入抗剥落剂，搅拌5～15min，得到胶结料；
(5)胶结料降温至130～140℃，向胶结料中按比例加入稀释剂，并进行以1500～2500r/min剪切4～5min，得到沥青坑槽修补原液；
步骤2：
(1)称取集料、填料的混合材料并加热至60～90℃烘干并保温30min以上；
(2)按沥青路面坑槽修补材料中原液与集料、填料的混合材料的关系，将坑槽修补原液加入混合材料中进行拌合，拌合时间不少于60s，得到储存式沥青路面坑槽修补材料。
3.根据权利要求2所述的一种储存式沥青路面坑槽修补材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1(2)中，糠醛抽出油是通过溶剂提取法得到的含有芳香分和饱和分的高芳烃油，外观呈墨绿色。
4.根据权利要求2所述的一种储存式沥青路面坑槽修补材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2(2)中制得的坑槽修补材料在1～3h之内装袋封存。
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