CN109503029B - 沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料及其制备方法，在50℃下将双酚A型环氧树脂与纳米SiO₂按比例拌和制备，拌和至呈乳白色，且无粉状颗粒；在室温条件下，按比例、采用改性脂肪胺、聚酰胺、胺类固化剂、聚硫橡胶、偶联剂的顺序加入混合，搅拌至B组料均为棕黄色，在室温、干燥条件下存放时间为一个半月；按质量份数比A组料：B组料：促进剂＝100：(30～35)：(5～7)配比混合，即得。可施工时间较长且流动性好、施工简单、撒布后强度增长快、在潮湿界面条件下与不同路面材料粘结性能好，开放交通时间短并对其凝胶时间和固化速率可调控。

Description

沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程材料技术领域，特别是涉及一种沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料及其制备方法，应用于沥青路面装配式快速修复技术中新旧路面的层间粘结。

背景技术

目前，我国高速公路里程已经成为世界第一，沥青路面在高速公路中占比达到90％以上。新建市政道路基本上采用沥青路面，原有水泥混凝土路面大多进行了沥青罩面。地方道路沥青路面的比例也不断提高。与沥青路面在有铺面公路中比例大幅提高极不相称的是，我国沥青路面养护维修技术还以传统的坑槽挖补、直接罩面和铣刨罩面等方式为主，而传统的沥青路面维修养护方法很难达到精细化、标准化的高质量快速修复，耐久性差，易出现二次破坏。

针对道路常见坑槽病害局部维修，装配式快速修复技术采用室内预制现场安装的施工模式，具有修复时间短、成本低、耐久性好、受气候条件影响小等特点。同时国内对沥青路面预制拼装修复技术研究处于起步阶段。装配式快速修复技术在沥青路面应用中存在以下几个难点：修补块与原有路面衔接、修补块与原有路面层间粘结及灌缝处理等。新旧路面层间处治在现场施工，其不可控因素数量多，粘结材料在复杂的潮湿度与平整度界面条件下不足保证高性能快速修补。

国内有关研究表明沥青路面粘层拉拔强度与剪切强度均≥0.4MPa，如深圳地区常见坑槽面积在2m²～3m²，路面局部修补常在白天进行，白天气温常年保持在25℃以上，路面修补时间为1h～2h，环氧树脂材料随温度降低固化速率下降，25℃下装配式维修技术粘结材料需在1h内拉拔强度与剪切强度均≥0.4MPa，修补块安放完成后对其平整度调平需粘结材料可施工时间20min～30min，道路局部修补中常用的乳化沥青在界面潮湿情况下粘结性能差，造成路面出现许多不可恢复的变形，如车辙，推挤等，路面耐久性差，使用寿命短。现有在道路中用作粘结剂的环氧胶凝剂固化时间慢，开放交通时间长。基于以上缺陷，现有道路粘结材料不适宜在装配式快速修复技术中使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料，可施工时间在20min～30min、施工简单、1h内拉拔强度与剪切强度均≥0.4MPa，在界面潮湿条件下与不同路面材料粘结性能好，可对其胶凝时间和固化速率可调控。

本发明的另一目的在于提供上述粘结材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料，由A、B、促进剂三组料组成，三组料按照质量份数比其配比为A：B：促进剂＝100：(30～35)：(5～7)；

其中，A组料按照质量百分比由以下原料组成：

双酚A型环氧树脂 90％～95％；

纳米SiO₂ 5％～10％；

其中，B组料按照质量百分比由以下原料组成：

进一步的，所述双酚A型环氧树脂为双酚A型环氧树脂E51。

进一步的，所述促进剂为促进剂DMP-30。

进一步的，所述改性脂肪胺为改性脂肪胺593。

进一步的，所述聚酰胺为聚酰胺650。

进一步的，所述胺类固化剂为胺类固化剂T31。

进一步的，所述偶联剂为偶联剂KH-550。

本发明所采用的另一技术方案是，一种沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料的制备方法，按照以下步骤进行：

A组料的制备：在45℃～55℃下将双酚A型环氧树脂与纳米SiO₂按比例加入100升的塑料桶拌和制备50kg，用搅拌头为双扣镀锌杆的手电搅拌钻上下顺时针拌和5～8分钟直至呈乳白色，且无粉状颗粒；

B组料的制备：在25℃～30℃条件下，按比例、采用改性脂肪胺、聚酰胺、胺类固化剂、聚硫橡胶、偶联剂的顺序依次放入，每种原料加入的时间隙不超过3分钟，按比例在100升的塑料桶内配备50kg，用搅拌头为双扣镀锌杆的手电搅拌钻上下顺时针搅拌7～10分钟至B组料呈黄色，装入不透气铁桶中密封贮存；

按质量份数比A组料：B组料：促进剂＝100：(30～35)：(5～7)配比，手电搅拌钻将三者在50升的塑料桶制备20kg，搅拌头上下顺时针搅拌5分钟，即得。

进一步的，所述手电搅拌钻功率2600w，转速800r/min，夹持范围16mm。

本发明的有益效果是：合成材料与道路常用的沥青粘结材料相比常温可操作时间较长且流动性，在潮湿界面条件下与不同路面材料粘结性能好，施工简单；与道路常用的环氧凝胶剂相比强度增长迅速、开放交通时间短，可调控其凝胶时间和固化速率。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料，由A、B、促进剂三组料组成，三组料按照质量比其配比为A：B：促进剂＝100：(30～35)：(5～7)；

其中，A组料按照质量百分比由以下原料组成：

双酚A型环氧树脂 90％～95％；

纳米SiO₂ 5％～10％。

优选的，双酚A型环氧树脂为双酚A型环氧树脂E51。

其中，B组料按照质量百分比由以下原料组成：

优选的，改性脂肪胺为改性脂肪胺593，聚酰胺为聚酰胺650，胺类固化剂为胺类固化剂T31，偶联剂为偶联剂KH-550。

其中，促进剂为促进剂DMP-30。

实施例1

沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料，由A、B、促进剂三组料组成，三组料按照质量比其配比为A：B：促进剂＝100：30：7；

A组料按照质量百分比由以下原料组成：

双酚A型环氧树脂 90％；

纳米SiO₂ 10％。

其中，B组料按照质量百分比由以下原料组成：

实施例2

沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料，由A、B、促进剂三组料组成，三组料按照质量比其配比为A：B：促进剂＝100：35：5；

A组料按照质量百分比由以下原料组成：

双酚A型环氧树脂 95％；

纳米SiO₂ 5％。

其中，B组料按照质量百分比由以下原料组成：

实施例3

最优实施例：

沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料，由A、B、促进剂三组料组成，三组料按照质量比其配比为A：B：促进剂＝100：33：6；

A组料按照质量百分比由以下原料组成：

双酚A型环氧树脂 93％；

纳米SiO₂ 7％。

其中，B组料按照质量百分比由以下原料组成：

A组料中，加入纳米SiO₂填料，由于纳米SiO₂大的比表面积、高的表面能表现出极高的活性，而且纳米SiO₂表面被大量有机基团所包覆改善了和有机基体的相容性，增强了纳米微粒与环氧基体间的粘合，有利于应力的传递，可以承担一定的负荷，消耗冲击能量，增加环氧基体韧性，提高固化体系的韧性。

选用双酚型环氧树脂E51是因为它可以在常温常压下固化速率满足要求情况，经济成本低，体积收缩小，而且既耐酸又耐碱。

在B、C组分成分不变情况，在A组分内添加SiO₂，可以改变胶黏剂韧性，如表1所示。

表1，纳米SiO₂用量与拉剪强度和弯曲性能关系

SiO2用量(％)	0	3	5	7	9
						跨中应变(με)	2781	2956	3024	3276	3531

随着填料SiO₂用量增加，胶黏剂韧性增加，用量为5％时，应变满足沥青混凝土应变要求(με≥3000)。

整个A组料在环氧胶黏剂中充当主体，与固化剂发生化学反应形成三维交联网络状固化剂。

B组料中，主固化剂：改性脂肪胺593是由丁基缩水甘油醚与二乙撑三胺的加成物，这类加成物由于有较高的分子量因而挥发性低与环氧树脂的配合比例较高，在固化过程中有明显的放热反应，固化时间短，但韧性不佳。引入副固化剂聚酰胺650，聚酰胺为植物油脂肪酸二聚体与脂肪类缩合而成，含有较长的脂肪酸碳链和活泼氨基，因此用它做固化剂与环氧树脂形成的固化体系有很好的弹性和附着力，但由于其分子链较长，常温下它的粘度较大，可操作性能较差，常温固化速率慢。T-31环氧树脂固化剂属于酚醛胺类化合物，是一种综合性能优良的固化剂，由于它具有羟基、胺基和仲基等活性基团结构，能与各种型号环氧树脂在低温固化，故在固化体系中引入T-31固化剂，弥补因加入聚酰胺650导致常温固化速率不足；为提高施工操作性，在不影响其性能的情况下，引入低粘度液体聚硫橡胶，降低了体系的粘度，提高配套料的常温可操作性，由于聚硫橡胶含有-HS-(硫酸基)，因此可提高固化物的柔韧性和抗冲击性；偶联剂KH-550分子中含有两种不同的活性基团——氨基和氧基，用来偶联有机高分子和无机填料，增强其粘结性。

C组料为促进剂DMP-30，属于叔胺固化剂，叔胺固化剂可单独作为环氧树脂固化剂，还是脂肪多元胺、芳香族多元胺、聚酰胺及酸酐等固化剂的反应促进剂。叔胺类化合物胺值较高，固化时放热量较大，放热反过来又促进固化进行。随着加入量的增加，环氧树脂凝胶时间缩短。

一种沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料的制备方法，按照以下步骤进行：

A组料的制备：在45℃～55℃下将双酚A型环氧树脂与纳米SiO₂按比例加入100升的塑料桶拌和制备50kg，用搅拌头为双扣镀锌杆的手电搅拌钻(功率：2600w、转速：800r/min、夹持范围：16mm)上下顺时针搅拌5～8分钟至呈乳白色，且无粉状颗粒，装入铁桶中密封贮存；

45℃环氧树脂粘度≤0.67Pa·s，流动性好、易与纳米SiO₂拌和均匀，温度低，环氧树脂粘度增加，不易与纳米SiO₂拌和均匀，温度过高易对施工人员灼伤。

装入铁桶中密封贮存是因为：环氧树脂长时间暴漏于空气当中，吸收空气中水分和掉入灰尘造成环氧树脂当中杂质含量增高，容易出现结晶、混浊等现象。

B组料的制备：在25℃～30℃条件下，按改性脂肪胺、聚酰胺、胺类固化剂、聚硫橡胶、偶联剂的顺序依次放入，每种原料加入的时间隙不宜超过3分钟，按比例在100升的塑料桶内配备50kg左右，用搅拌头为双扣镀锌杆的手电搅拌钻上下顺时针搅拌7～10分钟至B组料呈黄色，装入铁桶中密封贮存(改性脂肪胺易挥发需密封存放)；搅拌头为双扣镀锌杆的手电搅拌钻将A组料：B组料：促进剂按质量比100：(30～35)：(5～7)在50升的塑料桶制备20kg，搅拌头上下顺时针搅拌5分钟左右可使用。其中，在施工时本发明的粘结材料需具备良好流动性，温度高本发明粘结材料固化速率快，可施工时间短，需减少B组料与促进剂含量，延长胶凝时间；温度低时，固化速率慢，可施工时间长，开放交通时间延长，增加B组料与促进剂含量，在保证足够可施工时间条件下，缩短开放交通时间。

每种原料加入的时间隙不宜超过3分钟的原因是：3分钟内，相邻添加的原料极少部分发生化学反应，性能无明显变化，超过3分钟，少部分发生化学反应，对B组料最终化学成分造成一定变化，使胶黏剂固化速率下降。

可施工时间20～30min、施工简单、1h内拉拔强度与剪切强度均≥0.4MPa、70min左右胶黏剂抗剪强度大于沥青混凝土自身抗剪强度(试验采用SBS改性沥青，沥青混凝土自身抗剪强度在1.43Mpa左右)，在界面潮湿(界面湿度＞80％为潮湿)条件下与不同路面材料粘结性能好，开放交通时间短并对其胶凝时间和固化速率可调控。

本胶黏剂采用正交试验，测量其在25℃下指干时间、应变、凝胶剂与沥青混凝土之间层间剪切强度三个指标确定各成分含量试验结果见表2。

表2胶黏剂各成分含量确定正交试验结果

注：剪切破坏面均在沥青混凝土，

由正交试验结果考虑胶黏剂的剪切强度、韧性、固化速率和经济性，通过数据分析得到本文各原料的配比。试验结果证明胶黏剂在该配比下应变(≥3000με)满足《JTG D50-2017公路沥青路面设计规范》中沥青混凝土应变(≥3000με)要求，剪切破坏面均在沥青混凝土，且指干时间在1h～1.5h。

施工时常以出现拉丝现象作为判断胶黏剂施工性能的标准，把环氧胶黏剂开始拌和到搅拌出现明显拉丝或爬杆现象的时段称为凝胶现象，本文测量25℃条件下出现拉丝现象时间，并采用布氏旋转仪测量25℃条件下胶黏剂粘度增长情况，把粘度增长时间与出现拉丝现象时间相同时的粘度作为粘结材料的施工时间控制指标。结果如下见表3，表4，采用拉拔试验与剪切试验对胶黏剂粘结时间研究，结果见表5，对试件进行不同路面结构层间剪切试验，层间拉拔试验，试验方案见表6，结果如下见表7和表8，不同潮湿度与粗糙度界面条件下层间剪切强度试验结果见表9。

表3 25℃条件下胶黏剂出现拉丝时间

养护温度(℃)	25
		拉丝时间(min)	28

表4不同材料在常温下粘度增长趋势

时间(min)	本发明粘结材料(Pa·s)
		0	1.37
4	1.63
		8	2.25
12	2.76
		16	3.42
20	4.65
		24	6.73
28	9.27
		32	15.84
36	-
		40	-

根据表4可知本发明的粘结材料在25℃条件下28min左右凝胶，28min后粘度增长速率加快，此时胶黏剂达到凝胶点，随时间增加从液态逐渐向固态转变且转换速率加快。表3中25℃下出现拉丝现象时间为28min与表4中粘度为9.27Pa·s时间相同，表明粘结材料28min前施工和易性好，可通过调控促进剂用量调整胶凝时间和固化速率。

表5 25℃剪切强度与粘结时间增长关系

粘结时间(min)	30	50	70	90	110	130	150
								剪切强度(Mpa)	0.12	0.74	1.42	1.45	1.43	1.46	1.41

注：剪切强度达到1.44Mpa左右，破坏面均在沥青混凝土

通过表5可知粘结时间在50min时达到推荐的沥青路面粘层剪切强度(≥0.4Mpa)，70min左右破坏面均在沥青混凝土，说明此时胶黏剂抗剪强度高于沥青混凝土本身。

表6不同材料路面结构组合结构类型试验方案

表7不同路面结构层间剪切强度

表8不同路面结构层间拉拔强度

试验结论表明：根据表7、表8可知该粘结料在25℃与60℃条件下与不同路面材料粘结其剪切强度和拉拔强度，均大于0.4MPa，且破坏面均不在粘层，表明胶黏剂与常见的路面材料有良好的粘结能力。

表9不同组合结构下剪切强度与界面条件关系(强度MPa)

注：破坏面均在粘层以外。

从表9可知：不同界面条件下，本发明的粘结材料与不同路面材料粘结能力无明显差异，破坏面均在粘层以外，剪切强度大于0.4Mpa，说明本发明在复杂的界面条件下具备良好的粘结能力。

综上所述，可知粘结料可施工时间20min～30min，施工简单，1h内拉拔强度与剪切强度均≥0.4MPa，70min左右胶黏剂抗剪强度大于沥青混凝土自身抗剪强度，在界面潮湿条件下与不同路面材料粘结性能好，可对其胶凝时间和固化速率可调控。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种沥青路面装配式快速修复技术层间粘结材料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

A组料的制备：在45℃～55℃下将质量分数为93%双酚A型环氧树脂E51与质量分数为7%纳米SiO₂按比例加入100升的塑料桶拌和制备50kg，用搅拌头为双扣镀锌杆的手电搅拌钻上下顺时针拌和5~8分钟直至呈乳白色，且无粉状颗粒；

B组料的制备：在25℃~30℃条件下，按质量比例、采用38%改性脂肪胺593、18%聚酰胺650、20%胺类固化剂T31、22.5%聚硫橡胶、1.5%偶联剂KH-550的顺序依次放入，每种原料加入的时间隙不超过3分钟，按比例在100升的塑料桶内配备50kg，用搅拌头为双扣镀锌杆的手电搅拌钻上下顺时针搅拌7~10分钟至B组料呈黄色，装入不透气铁桶中密封贮存；

按质量份数比A组料：B组料：促进剂DMP-30=100：33：6配比，手电搅拌钻将三者在50升的塑料桶制备20kg，搅拌头上下顺时针搅拌5分钟，即得；

所述手电搅拌钻功率2600w，转速800r/min，夹持范围16mm。