CN111534277B - 一种灌封胶及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灌封胶及其制备方法和应用，所述灌封胶主要由以下各组分制备而成：基质沥青、PBDMS‑二氧化硅树脂、橡胶、增粘树脂、骨料和助剂；其中，助剂包括偶联剂、温拌剂、抗剥离剂中的一种或多种。灌封胶的制备方法包括以下步骤：将相应质量份数的基质沥青、PBDMS‑二氧化硅树脂、橡胶、增粘树脂、骨料和助剂按照比例加入到反应釜中，在转速100‑140rpm下混合搅拌30‑50min，即得灌封胶。上述灌缝胶和裂缝断面骨料之间具备良好的化学相容性和物理相容性，与缝壁间的粘结力得到大幅度地提高，且该灌缝胶在更宽的温度应用范围内，对车轮冲击、剪切具有非常强度抵抗力和回弹性。

Description

一种灌封胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及公路沥青技术领域，尤其涉及一种灌封胶及其制备方法和应用。

背景技术

目前对沥青路面裂缝的修补养护主要有稀浆封层、微表处、贴缝、灌缝等方法。SHRP计划(即美国公路战略研究计划)研究表明，灌缝是所有裂缝养护方式中性价比最高的一种。目前市场上常用的灌缝材料主要有三大类：热用沥青类、冷用沥青类和功能树脂类，其中，热用沥青类由于其造价低廉、对操作人员要求低等原因应用最广，约占灌缝材料的85％，冷用沥青类应用次之，功能树脂类应用最少。但目前常用的这三大类材料都存在两个重大缺陷需要克服：上述现有灌缝材料在高温条件下易被挤出裂缝被行驶车辆带走；在低温条件下又易与裂缝壁发生重新开裂。

因此，现有灌缝材料有待进一步改进。

发明内容

针对现有灌缝材料存在高温易流失、低温易发生修补功能失效的问题，本发明实施例提供了一种新型的灌封胶及其制备方法和应用，这种灌封胶不仅与裂缝断面骨料具有良好的化学、物理相容性，与缝壁具有更强大的粘结力，而且该材料具有非常强的抵抗力和回弹性，具有耐候性，可以有效延长修补路面的寿命。

申请人基于对灌缝材料的长期研发和不断探索，发现现有常用的三类灌缝材料存在高温易流失、低温易发生修补功能失效这类重大缺陷的根部原因是：现有灌缝材料本身无骨架结构，基本不具有强度，在裂缝处起不到传递荷载力的作用，因此，当路面因高温发生膨胀时，现有灌缝材料就因被挤出裂缝而发生失效；而灌缝材料与裂缝壁粘附性能差则是导致灌缝材料与裂缝壁重新开裂的主要原因。因此，为从根本上解决现有灌缝材料的缺陷，申请人研发出本申请的兼顾骨架强度和与裂缝壁粘附性优异的新型灌封胶，其技术方案具体如下：

第一方面，本发明提供一种灌封胶，其主要由以下各组分制备而成：基质沥青、PBDMS-二氧化硅树脂、橡胶、增粘树脂、骨料和助剂。

上述成分中，PBDMS为羟基硅油((C₂H₆OSi)n)，为端基为羟基的线性聚二甲基硅氧烷，而PBDMS-二氧化硅树脂为羟基硅油与二氧化硅交联形成的一类树脂。这种高分子物质中，由于缺电子的硼原子会从相邻分子带电子对的氧原子上获得电子，因而PBDMS分子之间就形成了B-O交联键，而B-O交联键在室温条件下会吸收热能活化断裂，所以在受力时会赋予该材料以类似橡皮泥一样的形变特性。在遭受外界高速冲击或高频震动作用时，这种比交联键热化断裂的时间更短的外界作用，能让PBDMS-二氧化硅树脂的分子形成网状结构，展现出减震，高回弹等特性。

灌封胶的各成分间协同配合的作用原理为：由于橡胶分子采用的是分子量大于20万的线性高分子，经偶联剂偶联后，橡胶分子与骨料、PBDMS树脂形成高分子网络结构，在吸收沥青溶胀后进一步形成非牛顿力学流体，该流体在150度溶化后具有优异度流动性，使灌缝胶能够顺利、充分的流入路面裂缝中的每个孔隙，直至路面材料的内部，填满所有裂缝；在此基础上，增粘树脂通过与上述几种成分的配合，使灌缝胶和裂缝断面骨料之间具备良好的化学相容性和物理相容性，进一步地提高了灌封胶和缝壁间的粘结力。灌缝胶固化后，在填料和裂缝之间就能形成强有力的粘附力，避免了高温条件下易被挤出裂缝被行驶车辆带走和低温下易裂缝开裂的问题。在较宽的常温条件下，所述灌封胶表现为固体，对车轮冲击、剪切具有非常强度抵抗力和回弹性。

其中，助剂包括偶联剂、温拌剂、抗剥离剂中的一种或多种。

优选方案中，所述灌封胶主要由以下各组分制备而成：基质沥青、PBDMS-二氧化硅树脂、橡胶、增粘树脂、骨料、偶联剂、温拌剂、抗剥离剂。

更优选的方案中，所述灌封胶主要由以下质量份数的各组分制备而成：

基质沥青55-65份、PBDMS-二氧化硅树脂16-20份、橡胶3-5份、增粘树脂2-7份、骨料7-9份、偶联剂0.5-1.5份、温拌剂0.5-1.5份、抗剥离剂1-3份。

可选地，上述灌封胶中，所述基质沥青选自70号基质沥青、90号基质沥青、110号基质沥青、130号基质沥青、160号基质沥青。其中，选用90号或110号基质沥青作为原料制备的灌封胶的效果更佳。当需应用于特殊低温环境时，应用可选用130号或160号基质沥青作为原料用于制备所述灌封胶。

可选地，所述橡胶为丁苯橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶、嵌段丁苯橡胶、氯丁橡胶、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-异戊二烯三元共聚物或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。丙烯酸丁酯改性氯丁橡胶优选丁苯橡胶，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，苯乙烯-丁二烯-异戊二烯三元共聚物，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或几种。优选地，所述橡胶为分子量20万以上的线性高分子

可选地，所述偶联剂为硅69(双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物)，硅75(双-[3-(三乙氧基硅)丙基]二硫化物)，3－(辛酰硫基)丙基三乙氧基硅烷(GE公司)，VP-Si-363(德固萨)中的一种或几种。

优选地，所述温拌剂为SASOl-SAX公司sasobit，sasabit LM，霍尼韦尔公司的AC307，AC316，AC629，AC6A中的一种或几种。

优选地，所述抗剥离剂为美国埃斯泰尔的沥青抗剥落剂External-2500。

可选地，所述增粘树脂为C5石油树脂、C9石油树脂、C5/C9树脂、α－萜烯树脂、β－萜烯树脂、萜烯酚醛树脂、DCPD树脂、苯酚甲醛树脂、氢化C5石油树脂、氢化C9石油树脂、氢化C5/C9树脂、氢化DCPD树脂、或二甲苯树脂；优选地，所述增粘树脂为氢化C5石油树脂，氢化DCPD树脂中的一种或两种。其中，C5/C9树脂是共聚树脂，兼具C5石油树脂和C9石油树脂的优良特性能；氢化C5/C9树脂也是共聚树脂，兼具氢化C5石油树脂和氢化C9石油树脂的优良特性能。

可选地，所述骨料为纳米三氧化铝、硅化陶土、硅藻土、炭黑、硅酸钙、硅酸镁和碳酸钙中的一种或几种。

可选地，所述助剂还包括阻燃剂、抗氧剂和紫外吸收剂。为提高灌封胶的耐候性，加入抗氧剂、抗紫外吸收剂用以延长修补路面的使用寿命。

所述其他助剂为阻燃剂，抗氧剂，紫外吸收剂。其中，所述抗氧剂为抗氧剂1010，抗氧剂1076，抗氧剂268，抗氧剂246和抗氧剂1035中的一种或几种的混合。所述阻燃剂为氧化镁、三氧化二锑中的一种或两种混合物。所述抗紫外吸收剂为水杨酯苯酯，紫外线吸收剂UV-O，紫外线吸收剂UV-9，紫外线吸收剂UV-531，紫外线吸收剂UV-P，紫外线吸收剂UV-234，紫外线吸收剂UV-326，紫外线吸收剂UV-327中的一种或几种。

第二方面，本发明还提供一种上述灌封胶的制备方法，其包括以下步骤：

将相应质量份数的基质沥青、PBDMS-二氧化硅树脂、橡胶、增粘树脂、骨料和助剂按照比例加入到反应釜中，在转速100-140rpm下混合搅拌30-50min，即得灌封胶。

上述制备方法中，所述PBDMS-二氧化硅树脂的制备方法为：

将相应质量份数的羟基硅油、硼酸、纳米二氧化硅粉倒入真空高温捏合机中进行处理，将温度升至反应温度160-200℃后，保持30-35h，反应结束后进行冷却，得到PBDMS-二氧化硅树脂。

第三方面，本发明还提供所述灌封胶在沥青路面裂缝的修补养护中的应用。

本发明实施例提供的灌封胶及其制备方法和应用具有以下有益效果：

本发明采用PBDMS-二氧化硅树脂与基质沥青、橡胶、增粘树脂、骨料之间的相互配合，形成高分子复合网状结构，赋予灌封胶以优异的抵抗力、回弹性。具体地，上述成分中，由于橡胶分子采用的是分子量大于20万的线性高分子，经偶联剂偶联后，橡胶分子与骨料、PBDMS树脂形成高分子网络结构，在吸收沥青溶胀后进一步形成非牛顿力学流体，该流体在150度溶化后具有优异的流动性，使灌缝胶能够顺利、充分的流入路面裂缝中的每个孔隙，直至路面材料的内部，填满所有裂缝；在此基础上，增粘树脂通过与上述几种成分的配合，使灌缝胶和裂缝断面骨料之间具备良好的化学相容性和物理相容性，进一步地提高了灌封胶和缝壁间的粘结力。灌缝胶固化后，在填料和裂缝之间就能形成强有力的粘附力。常温下，所述灌封胶表现为固体，对车轮冲击、剪切具有非常强度抵抗力和回弹性。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例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。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

1、本实施例提供一种灌封胶，由以下重量份数的组份制备而成：

90号基质沥青60份、PBDMS-二氧化硅树脂20份、橡胶4份、增粘树脂4.5份、骨料7份、偶联剂0.5份、温拌剂1份、抗剥离剂1份。

2、本实施例还提供上述灌封胶的制备方法，其包括以下步骤：

将90号基质沥青60份、PBDMS-二氧化硅树脂20份、橡胶4份、增粘树脂4.5份、骨料7份、偶联剂0.5份、温拌剂1份、抗剥离剂1份加入到反应釜中在转速120rpm下混合搅拌40min，即得灌封胶。

实施例2

1、本实施例提供一种灌封胶，由以下重量份数的组份制备而成：

110号基质沥青55份、PBDMS-二氧化硅树脂18份、橡胶5份、增粘树脂7份、骨料9份、偶联剂1.5份、温拌剂1.5份、抗剥离剂2份。

2、本实施例还提供上述灌封胶的制备方法，其包括以下步骤：

将110号基质沥青55份、PBDMS-二氧化硅树脂18份、橡胶5份、增粘树脂7份、骨料9份、偶联剂1.5份、温拌剂1.5份、抗剥离剂2份加入到反应釜中在转速120rpm下混合搅拌40min，即得灌封胶。

实施例3

1、本实施例提供一种灌封胶，由以下重量份数的组份制备而成：

130号基质沥青65份、PBDMS-二氧化硅树脂16份、橡胶3份、增粘树脂2份、骨料8份、偶联剂1份、温拌剂0.5份、抗剥离剂3份。

2、本实施例还提供上述灌封胶的制备方法，其包括以下步骤：

将130号基质沥青65份、PBDMS-二氧化硅树脂16份、橡胶3份、增粘树脂2份、骨料8份、偶联剂1份、温拌剂0.5份、抗剥离剂3份、阻燃剂0.7份、抗氧剂0.4份、紫外吸收剂0.4份加入到反应釜中在转速120rpm下混合搅拌40min，即得灌封胶。

实施例4

1、本实施例提供一种灌封胶，由以下重量份数的组份制备而成：

90号基质沥青60份、PBDMS-二氧化硅树脂20份、橡胶4份、增粘树脂4.5份、骨料7份、偶联剂0.5份、温拌剂1份、抗剥离剂1份、阻燃剂1份、抗氧剂0.5份、紫外吸收剂0.5份。

2、本实施例还提供上述灌封胶的制备方法，其包括以下步骤：

将90号基质沥青60份、PBDMS-二氧化硅树脂20份、橡胶4份、增粘树脂4.5份、骨料7份、偶联剂0.5份、温拌剂1份、抗剥离剂1份、阻燃剂1份、抗氧剂0.5份、紫外吸收剂0.5份加入到反应釜中在转速120rpm下混合搅拌40min，即得灌封胶。

对比例1

1、本对比例提供一种灌封胶，由以下重量份数的组份制备而成：

90号基质沥青60份、SBS20份、橡胶4份、增粘树脂4.5份、骨料7份、偶联剂0.5份、温拌剂1份、抗剥离剂1份、阻燃剂1份、抗氧剂0.5份、紫外吸收剂0.5份。

2、本对比例还提供上述灌封胶的制备方法，其包括以下步骤：

将90号基质沥青60份、SBS20份、橡胶4份、增粘树脂4.5份、骨料7份、偶联剂0.5份、温拌剂1份、抗剥离剂1份、阻燃剂1份、抗氧剂0.5份、紫外吸收剂0.5份加入到反应釜中在转速120rpm下混合搅拌40min，即得灌封胶。

对比例2

本对比例选择现有市售的热用沥青类的低温型的高分子灌封胶,锥入度为52(单位为0.1mm),软化点为88℃。

灌封胶的性能测试实施例

1、测试方法为：具体参照JT-T 2009-740《沥青路面裂缝灌缝胶标准》及JTJ 052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的方法进行测试，结果具体见下表1。

表1灌封胶的性能测试结果

从上述实验结果比较可知：与对比例2的现有灌封胶相比，本发明提供实施例1-4提供的灌封胶的弹性恢复率提高了40％左右，低温拉伸性能更佳，软化点都有所提高，锥入度得到提高，因此，本发明提供的灌封胶和裂缝断面骨料之间具有更佳的粘接力，在较宽的温度范围内对车轮冲击、剪切具有非常强度抵抗力和回弹性，具有更好的温度稳定性能。

而与对比例1相比，实施例1-4的灌封胶的上述测试性能得到大幅度的提高，这说明本发明的灌封胶中PBDMS-二氧化硅树脂是不可替代地，正是通过其与配方中其他各种成分的相互协同配合，才能实现其优异的综合性能。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种灌封胶，其特征在于，主要由以下质量份数的各组分制备而成：基质沥青55-65份、PBDMS-二氧化硅树脂16-20份、橡胶3-5份、增粘树脂2-7份、骨料7-9份、偶联剂0.5-1.5份、温拌剂0.5-1.5份、抗剥离剂1-3份；橡胶为分子量20万以上的线性高分子。

2.根据权利要求1所述的灌封胶，其特征在于，所述基质沥青选用70号、90号、110号、130号或160号基质沥青。

3.根据权利要求1所述的灌封胶，其特征在于，所述偶联剂为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、双-[3-(三乙氧基硅)丙基]二硫化物、3－（辛酰硫基）丙基三乙氧基硅烷、VP-Si-363中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的灌封胶，其特征在于，所述增粘树脂为C5石油树脂、C9石油树脂、C5/C9树脂、α－萜烯树脂、β－萜烯树脂、萜烯酚醛树脂、DCPD树脂、苯酚甲醛树脂、氢化C5石油树脂、氢化C9石油树脂、氢化C5/C9树脂、氢化DCPD树脂、或二甲苯树脂。

5.根据权利要求1所述的灌封胶，其特征在于，所述骨料为纳米三氧化铝、硅化陶土、硅藻土、炭黑、硅酸钙、硅酸镁、碳酸钙中的一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的灌封胶，其特征在于，还包括阻燃剂、抗氧剂和紫外吸收剂。

7.一种如权利要求1所述的灌封胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将相应质量份数的基质沥青、PBDMS-二氧化硅树脂、橡胶、增粘树脂、骨料、偶联剂、温拌剂和抗剥离剂按照比例加入到反应釜中，在转速100-140rpm下混合搅拌30-50min，即得灌封胶。

8.一种如权利要求1所述的灌封胶在沥青路面裂缝的修补养护中的应用。