CN110117479A - 一种仿生沥青基灌缝胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿生沥青基灌缝胶材料及其制备方法，属于沥青路面养护技术领域。本发明的仿生沥青基灌缝胶材料由以下原料按重量份数配比制成：重交沥青100份；仿生胶粘剂1～2份；胶粘剂协同助剂0.1～0.5份；增粘剂1～3份；高分子改性剂1～5份。本发明利用水生物分泌的耐水性结构单元“邻苯二酚”为基础，通过分子设计合成仿生胶粘剂，并将其引入沥青基灌缝胶体系。本发明公开的仿生沥青基灌缝胶材料解决了目前灌缝胶材料在界面有水存在条件下无法施工或者界面水存在条件下粘附性能差、有效期短的缺陷，是一种具有广阔应用前景的沥青基灌缝胶材料。

Description

一种仿生沥青基灌缝胶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于沥青路面养护技术领域，具体涉及一种仿生沥青基灌缝胶材料及其制备方法。
背景技术
沥青路面由于具有一些特殊的优势，如减震效果好、行车舒适度高、噪声低等，在各种等级公路中占有较大比例。沥青路面与水泥路面相比，在建成后的服役过程中更易产生病害，其中，裂缝是所有病害中最早产生、不可避免，而且是后续许多病害的重要诱因。
对沥青路面裂缝的处治“宜早不宜迟”，及早的处治不仅可以恢复路面性能、提高行车安全性、延长路面使用寿命；而且能够大幅度的降低路面维修养护所消耗的人力、物力和财力。所以对沥青路面裂缝进行尽早及时的处治是十分重要且有必要的。
灌缝是沥青路面裂缝养护中性价比最高的一种方式，而灌缝效果的好坏很大程度上取决于灌缝材料自身的性能是否优良。但目前所用的灌缝材料在裂缝处界面水的作用下很快产生不可逆破坏导致失效。针对这一技术难题，国内外众多学者在沥青胶改性方面进行了大量深入的研究，但并未取得突破性进展。
鉴于目前沥青路面裂缝修补养护材料在裂缝壁界面水存在条件下粘附性能差、失效快且有效期短的缺陷，亟需提供一种新型灌缝胶材料，以解决界面水条件下灌缝胶与裂缝壁粘附性能差的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明
针对目前沥青路面裂缝修补养护材料在裂缝壁界面水存在条件下粘附性能差、失效快且有效期短的缺陷，本发明的目的是提供一种仿生沥青基灌缝胶材料。此种材料以水生物分泌的耐水性结构单元(邻苯二酚)为基础，通过分子设计合成具有邻苯二酚结构单元的新型耐水性有机分子，并将此种有机分子引入灌缝胶体系以解决界面水条件下灌缝胶与裂缝壁粘附性能差的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种仿生沥青基灌缝胶材料，由以下原料按重量份数配比制成：
在上述方案的基础上，所述的仿生胶粘剂为含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物。
在上述方案的基础上，所述含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物由以下方法制备而成：
将0.1mol的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)加入到100mL的磷酸盐缓冲液，然后调整pH 5±0.5，再在上述混合体系中加入0.1mol的聚乙烯亚胺和0.3mol的邻苯二酚类化合物，在室温条件下缓慢搅拌3小时，反应结束后静置分层即可得到含水的含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物，将此种多组分聚合物在80℃、-53.9KPa条件下干燥半小时后得到无水的含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物。
在上述方案的基础上，所述邻苯二酚类化合物为3,4-二羟基苯甲酸、3,4-二羟基苯乙酸、3,4-二羟基苯丙酸中的至少一种。
在上述方案的基础上，所述的仿生沥青基灌缝胶材料的制备方法，步骤如下：
(1)仿生胶粘剂预热到80±10℃备用；
(2)将重交沥青加热到120±10℃呈一定的流动状态；
(3)在搅拌状态下(转速80rpm)，在(2)预热好的沥青中加入胶粘剂协同助剂、增粘剂和高分子改性剂，在5000rpm转速下剪切30-60min；加入预热好的仿生胶粘剂，加入完毕后在80rpm转速下搅拌均匀，即可制得仿生沥青基灌缝胶。
在上述方案的基础上，
所述的重交沥青为符合JTG F40-2004标准要求的AH-70、AH-90石油沥青中的一种或两种的混合物；
所述的胶粘剂协同助剂为纳米氧化铯钨、纳米氧化锡锑中的一种或两种的混合物，其中，纳米氧化铯钨的铯/钨＝30/70～50/50，球状粒径范围500～1000nm；纳米氧化锡锑的锡/锑＝40/60～50/50，粒径范围5～10nm；
所述的增粘剂为萜烯树脂，平均分子量为2500；
所述的高分子改性剂为SBS，分子量为40万，S/B＝20/80。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明在沥青基灌缝胶中首次引入“仿生设计”理念，以水生物(贻贝)分泌的耐水性粘结单元“邻苯二酚”为基础结构单元，通过分子设计合成具有“邻苯二酚”基础结构的仿生胶粘剂，并将合成的仿生胶粘剂引入到沥青基灌缝胶体系中，很好的解决了目前其它灌缝胶不能解决的裂缝处残存水条件下灌缝胶与裂缝壁的粘附问题。
2、本发明除了在沥青基灌缝胶体系中引入具有“邻苯二酚”结构的仿生胶粘剂之外，还引入了“胶粘剂协同助剂”，“协同助剂”的引入可以调节整个沥青胶体系的“粘性”和“起作用时间”，实现了仿生沥青基灌缝胶材料的进一步提质。
本发明的仿生沥青基灌缝胶材料解决了灌缝胶界面水存在条件下粘附性能差的缺陷。此种仿生沥青基灌缝胶是一种具有广阔应用前景的路面裂缝修补养护材料。
具体实施方式
在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。
下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
将0.1mol的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)加入到100mL的磷酸盐缓冲液，然后调整pH＝5，再在上述混合体系中加入0.1mol的聚乙烯亚胺和0.3mol的3,4-二羟基苯甲酸，在室温条件下缓慢搅拌3小时，反应结束后静置分层即可得到含水的含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物，将此种多组分聚合物在80℃、-53.9KPa条件下干燥半小时后得到无水的含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物，并将无水的多组分聚合物继续保持80℃保温备用。
选取重交道路沥青AH-70 100份在120℃的条件下加热至流动状态，在搅拌条件下(转速80rpm)加入0.1份胶粘剂协同助剂(纳米氧化铯钨，铯/钨＝30/70)、1份增粘剂(萜烯树脂)和1份的高分子改性剂(SBS)，加入完毕后在5000rpm转速下剪切30min；加入预热好的仿生胶粘剂1份，加入完毕后在80rpm转速下搅拌均匀，即可制得仿生沥青基灌缝胶。
对比例1
选取重交道路沥青AH-70 100份在120℃的条件下加热至流动状态，在搅拌条件下(转速80rpm)加入0.1份胶粘剂协同助剂(纳米氧化铯钨，铯/钨＝30/70)、1份增粘剂(萜烯树脂)和1份的高分子改性剂(SBS)，加入完毕后在5000rpm转速下剪切30min，再在80rpm转速下搅拌均匀，即可制得沥青基灌缝胶。
对比例2
选取重交道路沥青AH-70 100份在120℃的条件下加热至流动状态，在搅拌条件下(转速80rpm)加入1份增粘剂(萜烯树脂)和1份的高分子改性剂(SBS)，加入完毕后在5000rpm转速下剪切30min；加入预热好的仿生胶粘剂1份，加入完毕后在80rpm转速下搅拌均匀，即可制得仿生沥青基灌缝胶。
实施例2
将0.1mol的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)加入到100mL的磷酸盐缓冲液，然后调整pH＝5.5，再在上述混合体系中加入0.1mol的聚乙烯亚胺和0.3mol的3,4-二羟基苯乙酸，在室温条件下缓慢搅拌3小时，反应结束后静置分层即可得到含水的含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物，将此种多组分聚合物在80℃、-53.9KPa条件下干燥半小时后得到无水的含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物，并将无水的多组分聚合物继续保持80℃保温备用。
选取重交道路沥青AH-90 100份在110℃的条件下加热至流动状态，在搅拌条件下(转速80rpm)加入0.5份胶粘剂协同助剂(纳米氧化锡锑，锡/锑＝50/50)、3份增粘剂(萜烯树脂)和5份的高分子改性剂(SBS)，加入完毕后在5000rpm转速下剪切60min；加入预热好的仿生胶粘剂1份，加入完毕后在80rpm转速下搅拌均匀，即可制得仿生沥青基灌缝胶。
实施例3
将0.1mol的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)加入到100mL的磷酸盐缓冲液，然后调整pH＝4.5，再在上述混合体系中加入0.1mol的聚乙烯亚胺和0.3mol的3,4-二羟基苯丙酸，在室温条件下缓慢搅拌3小时，反应结束后静置分层即可得到含水的含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物，将此种多组分聚合物在80℃、-53.9KPa条件下干燥半小时后得到无水的含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物，并将无水的多组分聚合物继续保持80℃保温备用。
选取重交道路沥青AH-70 100份在130℃的条件下加热至流动状态，在搅拌条件下(转速80rpm)加入0.3份胶粘剂协同助剂(纳米氧化铯钨，铯/钨＝40/60)、2份增粘剂(萜烯树脂)和3份的高分子改性剂(SBS)，加入完毕后在5000rpm转速下剪切30min；加入预热好的仿生胶粘剂1份，加入完毕后在80rpm转速下搅拌均匀，即可制得仿生沥青基灌缝胶。
表1 实施例和对比例产品的试验结果
从上表可以看出，低温拉伸试验、5℃浸水24h后进行低温拉伸试验和60℃浸水24h后进行低温拉伸试验三个试验对比显示，仿生胶粘剂的加入能够大幅度的提高水存在条件下沥青材料与裂缝壁界面的粘附性能；胶粘剂协同助剂的加入起到仿生胶粘剂的辅助、补充和促进作用。本发明仿照水生物分泌的耐水性结构单元进行分子设计、合成并将其引入沥青基灌缝胶体系，解决了目前灌缝材料有水条件下无法施工或界面水存在条件下粘附性能差的缺陷，是一种具有广阔应用前景的新型材料。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种仿生沥青基灌缝胶材料，其特征在于，由以下原料按重量份数配比制成：
2.根据权利要求1所述的仿生沥青基灌缝胶材料，其特征在于，所述的仿生胶粘剂为含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物。
3.根据权利要求2所述的仿生沥青基灌缝胶材料，其特征在于，所述含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物由以下方法制备而成：
将0.1mol的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)加入到100mL的磷酸盐缓冲液，然后调整pH5±0.5，再在上述混合体系中加入0.1mol的聚乙烯亚胺和0.3mol的邻苯二酚类化合物，在室温条件下缓慢搅拌3小时，反应结束后静置分层即可得到含水的含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物，将此种多组分聚合物在80℃、-53.9KPa条件下干燥半小时后得到无水的含有邻苯二酚结构单元的多组分聚合物。
4.根据权利要求3所述的仿生沥青基灌缝胶材料，其特征在于，所述邻苯二酚类化合物为3,4-二羟基苯甲酸、3,4-二羟基苯乙酸、3,4-二羟基苯丙酸中的至少一种。
5.权利要求1～4任一项所述的仿生沥青基灌缝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)仿生胶粘剂预热到80±10℃备用；
(2)将重交沥青加热到120±10℃呈一定的流动状态；
(3)在搅拌状态下(转速80rpm)，在(2)预热好的沥青中加入胶粘剂协同助剂、增粘剂和高分子改性剂，在5000rpm转速下剪切30-60min；加入预热好的仿生胶粘剂，加入完毕后在80rpm转速下搅拌均匀，即可制得仿生沥青基灌缝胶。
6.根据权利要求5所述的仿生沥青基灌缝胶材料的制备方法，其特征在于，
所述的重交沥青为符合JTG F40-2004标准要求的AH-70、AH-90石油沥青中的一种或两种的混合物；
所述的胶粘剂协同助剂为纳米氧化铯钨、纳米氧化锡锑中的一种或两种的混合物，其中，纳米氧化铯钨的铯/钨＝30/70～50/50，球状粒径范围500～1000nm；纳米氧化锡锑的锡/锑＝40/60～50/50，粒径范围5～10nm；
所述的增粘剂为萜烯树脂，平均分子量为2500；
所述的高分子改性剂为SBS，分子量为40万，S/B＝20/80。
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