CN112624696A - 一种道路修复材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑功能材料技术领域，具体涉及一种道路修复材料及其制备方法。所述修复材料包括A组分和B组分；所述A组分中包括改性丙烯酸树脂、不饱和树脂和促凝剂；所述改性丙烯酸树脂为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸‑β‑羟丙酯或甲级丙烯酸‑β‑羟乙酯中的一种或几种；所述不饱合树脂为具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物；所述促凝剂为N,N‑二甲基苯胺；所述B组分中包括催化剂和纳米二氧化硅；所述催化剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈中的一种或两种。本发明所述的道路修复材料,可在‑30℃～40℃的温度环境下使用，在‑30℃的条件下可在1～2h固化成型。

Description

一种道路修复材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑功能材料技术领域，具体涉及一种道路修复材料及其制备方法。
背景技术
目前道路修复常用材料有水泥、沥青、环氧树脂基材料和其他高分子复合材料。
水泥作为一种无机胶凝材料具有良好的力学性能，成本低廉，但需在常温下使用，低温硬化困难，成型后需要养护，施工周期较长，且传统的水泥材料硬化后属于微孔结构，缺陷较多。粘接力低，易开裂。
沥青作为一种有机胶凝材料，具有憎水性、构造致密的特点，热态沥青修补需加热，冷态粘接强度低，乳化沥青无法满足低温工况使用。此类材料存在施工效率低，不环保，能耗高等问题。
环氧树脂材料作为一种高分子材料具备良好的力学性能，固化物强度，韧性好，收缩率低，但低温施工困难，低温固化时间长，耐候性较差，且固化表面光滑摩擦系数低。
发明内容
针对现有技术中的道路修复材料存在的低温固化时间长、耐低温性能差、耐磨性差、新旧界面粘接力差等各种问题，本发明提供一种新的道路修复材料。
本发明所述的道路修复材料包括A组分和B组分；
所述A组分中包括改性丙烯酸树脂、不饱和树脂和促凝剂；
所述改性丙烯酸树脂为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-β-羟丙酯或甲级丙烯酸-β-羟乙酯中的一种或几种；所述不饱合树脂为具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物；所述促凝剂为N,N-二甲基苯胺；
所述B组分中包括催化剂和纳米二氧化硅；
所述催化剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈中的一种或两种。
本发明所述的道路修复材料以改性丙烯酸树脂甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-β-羟丙酯或甲级丙烯酸-β-羟乙酯中的一种或几种作为树脂的主材，当促凝剂和催化剂与之混合后发生聚合生成大分子物质，可在-30℃的条件下迅速地固化成型，但是当上述物质混合后会引起反应的迅速发生，容易引起爆聚，固化物成型后缺陷多。通过在A组分中添加不饱和树脂，在B组分中添加纳米二氧化硅，可有效地实现对促凝剂的笼蔽包裹效应和对催化剂吸附包裹，控制反应速率，得到一种可在温度-30℃条件下施工使用的道路修复材料。
优选的，所述改性丙烯酸树脂中包括甲基丙烯酸-β-羟丙酯和甲级丙烯酸-β-羟乙酯。上述两种树脂在低温下通过促凝剂和催化剂的激发可快速地发生聚合反应，有利于修复材料在低温下迅速成形。
优选的，所述甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-β-羟丙酯和甲基丙烯酸-β-羟乙酯的质量比为1:2～5:1～3。虽然甲基丙烯酸-β-羟丙酯或甲级丙烯酸-β-羟乙酯可快速反应，但是上述两种材料的成本较高，添加少量的甲基丙烯酸甲酯可降低反应成本，同时可适当地调整聚合反应的速率，使聚合反应更加平稳、可控地进行。
优选的，所述促凝剂与所述不饱和树脂的质量比为1:5～20。在上述用量下，可实现不饱和树脂对促凝剂的充分包裹。
进一步优选的，所述不饱和树脂在25℃粘度为1100-2000mpa.s。
作为优选的操作方式，所述不饱和树脂为M501，购自于南亚环氧树脂有限公司。
优选的，所述催化剂与所述纳米二氧化硅的质量比为1:1～3。在上述用量下，可实现纳米二氧化硅对催化剂的有效吸附包裹。
优选的，所述B组分中还包括石英砂、石英粉和水泥。通过添加上述材料，可增强修复材料的机械性能，抗裂性能。如有效地提高其耐摩性、抗折强度。
优选的，所述石英砂的粒径包括3～5mm、2～1mm和1～0.5mm级配；在上述粒径的极配下可更优化骨料形成的紧密堆积效果，减少宏观空穴结构的出现，提高固化物的抗压强度。
优选的，所述石英粉的粒径为0.05-0.08mm；粒径越小其比表面积越大，可更有效的与树脂体系形成包裹，加之偶联剂的协同效应，可在固化物表层形成较好的造粒效果，使得表面粗糙，摩擦力高。
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥中的一种或两种；硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥由活性较高矿粉组成，且细度好，遇水后能够水化形成一定补强效果，且微粉结构能够对本发明所述的混合物形成有效填充，降低固化物的收缩问题。
优选的，粒径3～5mm的石英砂、2～1mm的石英砂和1～0.5mm的石英砂的质量比为1：0.4～0.8：0.2～0.5。
优选的，所述改性丙烯酸树脂与石英砂、石英粉和水泥的总质量比为1:5～7；控制大分子类柔性材料与填料的质量在上述范围内，可有效降低单一高分子材料固化体积收缩问题，本发明固化物线性收缩率＜0.01％；2h抗压强度大于50Mpa，固化物均匀性好，无分层、表层无沉降。
进一步优选的，所述石英砂、石英粉和水泥的质量比为1：0.05～0.3：0.1～0.5。
优选的，所述A组分中还包括偶联剂。在本发明所述的修复材料中添加偶联剂可进一步提升反应生成的高分子物料与填料和道路介面结构间的结合，提升修复材料的力学性能，提升新旧界面的粘结力以及材料的耐热性、耐油性和耐磨性。
进一步优选的，所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂。
优选的，所述A组分中还包括交联剂。添加交联剂可缩短固化反应的时间。
进一步优选的，所述交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的官能团是三个甲基丙烯酰基，因此，它的化学反应主要发生在甲基丙烯酰基上，具有烯烃的一般通性，在过氧化物引发下，极易发生聚合反应，缩短聚合时间。
优选的，所述A组分中还包括增韧剂；
优选的，所述增韧剂为通过酯键或氨酯键将不同种类的链段联接起来的带有不同活性端基的聚合物。
作为优选的实施方式，所述增韧剂为北京金岛奇士材料科技有限公司生产的QS-BE。
添加增韧剂可进一步增强修复材料的韧性。本领域易将树脂的增韧与增柔这两个概念等同起来。增柔一般是将具有柔性分子链的固化剂或带有活性端基的改性助剂添加到树脂体系中，它们以分子水平分散，并通过化学键合嵌入树脂的交联网络中，其结果自然是使交联网络整体柔化。虽然脆性会有一定程度降低，但不可避免地要牺牲材料的刚性和耐热性能。
增韧则不同，它不使材料整体柔化，而是将树脂固化物均相体系变成一个多相体系。本发明中所采用的增韧剂采用“海岛结构”机理。增韧剂聚集成弹性球形颗粒在树脂交联网络构成的连续相中成为分散相，分散相颗粒直径通常在几微米以下。“海岛结构”一经形成，即可调动树脂分子网络发生取向，拉伸、变形、空洞化及产生微裂纹等许多耗能过程，从而使材料的断裂韧性增大。材料抗开裂性能就会发生突变，即材料的断裂韧性大幅度地提高，而材料所固有的机械性能，耐热性能损失较小。
优选的，所述A组分中包括阻聚剂；加入阻聚剂可防止聚合反应发生之前改性聚丙烯发生自聚。
优选的，所述阻聚剂为甲氧基苯酚。
优选的，所述B组分中包括纤维；加入纤维可进一步加高树脂与纤维间的相互作用，进一步提升材料的力学强度。
优选的，所述纤维为玄武岩短切纤维或聚丙烯纤维中的一种或两种。
优选的，所述B组分中还根据施工需要加入颜料。
作为优选的方案，本发明所述的修复材料包括A组分和B组分；
所述A组分中包括改性丙烯酸树脂、不饱和树脂、促凝剂、偶联剂、交联剂、增韧剂和阻聚剂；
所述改性丙烯酸树脂为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-β-羟丙酯或甲级丙烯酸-β-羟乙酯中的一种或几种；所述不饱合树脂为具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物；所述促凝剂为N,N-二甲基苯胺；所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂，所述交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，所述增韧剂为QS-BE，所述阻聚剂为甲氧基苯酚；
所述促凝剂与所述不饱和树脂的质量比为1:5～20；
所述B组分中包括石英砂、石英粉、水泥、催化剂、纳米二氧化硅和纤维；
所述石英砂的粒径包括3～5mm、2～1mm和1～0.5mm级配；粒径3～5mm的石英砂、2～1mm的石英砂和1～0.5mm的石英砂的质量比为1：1～3：0.5～2；所述石英粉的粒径为0.05-0.08mm；所述水泥为硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥中的一种或两种；所述纤维为玄武岩短切纤维或聚丙烯纤维中的一种或两种。
所述改性丙烯酸树脂与石英砂、石英粉和水泥的总质量比为1：5～7。
所述石英砂、石英粉和水泥的质量比为1：0.05～0.3：0.1～0.5。
更优选的，上述方案中改性丙烯酸树脂为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-β-羟丙酯和甲基丙烯酸-β-羟乙酯的混合物，上述三种物质的质量比为1:2～5:1～3
本发明还提供所述道路修复材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A组分的制备：
向反应釜中加入改性丙烯酸树脂、不饱和树脂、促凝剂和阻聚剂，150-300转/min，常温下预混30-45min，然后加入增韧剂、交联剂、偶联剂，保持转速和温度不变，共混60-70min，得到A组分；
B组分制备：在干粉砂浆生产线中，将石英粉、石英砂、纤维以及硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或几种混合得混合填料，然后将催化剂和纳米二氧化硅混合再与上述混合填料混匀，得B组分。
本发明所述的修复材料按如下方式进行应用：
将A组分、B组分混合后，浇筑、填充或涂覆于待修补部位即可，满足-30℃至40℃1-2h即可固化成型并投入使用。
本发明所述组分的具体添加量可根据本领域的需求进行酌情添加。
本发明具有如下有益效果：
低温固化速度快，本发明所述的道路修复材料,可在-30℃～40℃的温度环境下使用，在-30℃的条件下可在1～2h固化成型。
强度高，完成固化后即可使用。本发明的道路修复材料，-30℃环境下2h完成固化后抗压强度≥50MPa，7d后抗压强度≥70MPa，满足各种道面修复强度需求。
抗裂韧性高，本发明所述的道路修复材料，2h固化物抗折强度≥11.7MPa，7d抗折强度≥20MPa，具备较高的韧性和抗裂性能。
摩擦系数高，本发明提供的一种道路修复材料,依据JTG3450-2019《公路路基路面现场测试规程》中摩擦系数测试，温度20℃摆值(BPN20)≥80，具备较高的防滑性能。
快速粘接力高，本发明提供的道路修复材料,2h与混凝土正拉粘接强度≥3.0MPa，修复后新旧界面短时间内能够形成较高粘接效果，抗剥离效果较好。
耐热稳定好，本发明提供的道路修复材料,依据YB/T4252-2011《耐热混凝土应用技术规程》，固化物经100℃x24h、200℃x24h测试，强度无损失，耐热性能优良。
抗侵蚀好，本发明提供的道路修复材料,固化物分别浸泡于20％氢氧化钠溶液、20％硫酸溶液30d后无明显侵蚀，防腐性能优良，满足防腐工况修复使用需求。
耐老化强，本发明提供的一种道路修复材料,依据GB/T1865-2009《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露滤过的氙弧辐射》、GB/T1766-2008《色漆和清漆涂层老化的评级方法》测定，固化物168h无明显变化。产品具备良好的耐老化性能。
对本发明的修复材料的性能进行测试，其性能如表1：
表1
Figure BDA0002850478910000071
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中涉及的重量单位为kg、t等标准的重量单位。
实施例1
本实施例提供一种道路修复材料，其配方和制备方法如下：
A组分的制备
准确称取10重量份MMA甲基丙烯酸甲酯、30重量份HPMA甲基丙烯酸-β-羟丙酯、20重量份HEMA甲级丙烯酸-β-羟乙酯、10重量份不饱和聚酯M5G01、2重量份促凝剂(DMA)、0.5重量份阻聚剂对甲氧基苯酚，置于200转/min的500L搅拌釜中，常温下预混30min，使不饱和聚酯对促凝剂充分包裹形成笼蔽效应。然后称取10重量份交联剂TMPTMA、10重量份增韧剂QS-BE、1重量份偶联剂560,保持转速和温度不变，共混60min。按比重放料包装作为A组分。
B组分的制备
称取粒径为3-5mm石英砂400重量份、2-1mm石英砂200重量份、1-0.5mm石英砂150重量份、0.05-0.08mm石英粉50份、硅酸盐水泥100重量份、硫铝酸盐水泥50重量份、直径为0.01mm、长度为6mm玄武岩纤维1重量份，氧化铁红1重量份，预混3-4min后放入缓冲仓，准确称取催化剂过氧化苯甲酰1重量份、纳米二氧化硅2重量份，将二者放入干燥容器内预混2min，利用纳米二氧化硅微粉的静电吸附效应，将催化剂包裹形成糖衣效果，最后将预混物全部加入缓冲仓内。混合3min后，得到B组分。
利用上述修复材料进行施工：
其步骤为：在温度-30℃下，取A组分100份，B组分400份，混合，浇筑、填充或涂覆于待修补部位。
混合物施工和易性优良，修补后具备较高平整度。
对上述修复材料的性能进行测试，其相关指标如表2：
表2一种道路修复材料性能指标
Figure BDA0002850478910000081
Figure BDA0002850478910000091
实施例2
与实施例1主要差异为降低HPMA甲基丙烯酸-β-羟丙酯、HEMA甲级丙烯酸-β-羟乙酯改性单体比例。
A组分的制备
准确称取10重量份MMA甲基丙烯酸甲酯、10重量份HPMA甲基丙烯酸-β-羟丙酯、10重量份HEMA甲级丙烯酸-β-羟乙酯、其他制作方案与实施例1A组分制备保持不变按比重放料包装作为A组分。
B组分的制备与实施例1保持不变
利用实施例2修复材料进行施工，保持与实施例1中的温度、A/B混合比例一致，浇筑、填充或涂覆于待修补部位。
试验观察混合物固化时间延长且相关性能有所降低，如表3所示
表3一种道路修复材料性能指标
Figure BDA0002850478910000092
Figure BDA0002850478910000101
实施例3
与实施例1对比，保持A份制备方法不变，调整B组份中所述石英砂、石英粉和水泥的质量比，称取粒径为3-5mm石英砂200重量份、2-1mm石英砂100重量份、1-0.5mm石英砂100重量份、0.05-0.08mm石英粉20份、硅酸盐水泥150重量份、硫铝酸盐水泥200重量份。
同样取A组份100份，B组分400份混合，低温施工性能没有发生明显变化，可满足在-30℃下施工的需要，但是试验过程发现混合物强度性能离散较大，且施工性能相对实施例1较差，固化物表观沉降1-3mm。
实施例4
与实施例1主要差异增加HPMA甲基丙烯酸-β-羟丙酯、HEMA甲级丙烯酸-β-羟乙酯改性单体比例，进而提高高Tg改性单体含量、减增加活性基团如羟基、不饱和双键的数量，观察低温固化性能。
A组分的制备
准确称取10重量份MMA甲基丙烯酸甲酯、60重量份HPMA甲基丙烯酸-β-羟丙酯、40重量份HEMA甲级丙烯酸-β-羟乙酯、其他制作方案与实施例1A组分制备保持不变按比重放料包装作为A组分。
B组分的制备与实施例1保持不变
利用实施例2修复材料进行施工，保持与实施例1中的温度、A/B混合比例一致，浇筑、填充或涂覆于待修补部位。
试验观察混合物固化时间过快且放热剧烈，最高温度可达110℃，会影响施工的进行。
对比例1水泥基道路修复材料
选取市场某品牌水泥基快速修复砂浆进行与实施例1一样性能测试结果如表4所示。
对比例2环氧树脂基道路修复材料
选取市场某品牌环氧树脂基快速修复砂浆进行与实施例1一样性能测试结果如表4所示。
对比例3沥青基道路修复材料
选取市场某品牌乳化沥青快速修复砂浆进行与实施例1一样性能测试结果如表4所示。
表4不同道路修复材料性能指标对比
Figure BDA0002850478910000111
Figure BDA0002850478910000121
通过表3，本发明与对比例1、2、3的技术性能对比可以得出以下结论：
1)本发明的道路修复材料具备较高的早期力学性能，2h抗压强度均优于水泥基、环氧树脂基、沥青基材料。
2)本发明的道路修复材料，其韧性相对环氧树脂基材料较低，但优于水泥基和沥青基修补材料。
3)本发明的道路修复材料，其具备较高的耐热性能，满足200℃以下工况环境使用，其性能远优于环氧基、沥青基材料。
4)本发明的道路修复材料，具备优良额防腐性能。
5)本发明的道路修复材料，在满足快速固化成型的同时，新旧界面能够性能较高粘接力，其2h粘接力均优于水泥基、环氧树脂基、沥青基材料。
6)本发明的道路修复材料，具备优异的耐老化性能，满足道路修复后长久使用需求。
7)本发明的道路修复材料，具备较高的防滑性能，通过摆式摩擦系数测试可以看得，其性能远优于水泥基、环氧树脂基、沥青基道路修复材料。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修复或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修复或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种道路修复材料，其特征在于，所述修复材料包括A组分和B组分；
所述A组分中包括改性丙烯酸树脂、不饱和树脂和促凝剂；
所述改性丙烯酸树脂为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-β-羟丙酯或甲级丙烯酸-β-羟乙酯中的一种或几种；所述不饱合树脂为具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物；所述促凝剂为N,N-二甲基苯胺；
所述B组分中包括催化剂和纳米二氧化硅；
所述催化剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的道路修复材料，其特征在于，所述促凝剂与所述不饱和树脂的质量比为1:5～20；
和/或，所述催化剂与所述纳米二氧化硅的质量比为1:1～3。
3.根据权利要求1所述的道路修复材料，其特征在于，所述B组分中还包括石英砂、石英粉和水泥。
4.根据权利要求3所述的道路修复材料，其特征在于，所述石英砂的粒径包括3～5mm、2～1mm和1～0.5mm级配；
和/或，所述石英粉的粒径为0.05-0.08mm；
和/或，所述水泥为硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥中的一种或两种；
优选的，粒径3～5mm的石英砂、2～1mm的石英砂和1～0.5mm的石英砂的质量比为1：0.4～0.8：0.2～0.5。
5.根据权利要求1或4所述的道路修复材料，其特征在于，所述改性丙烯酸树脂与石英砂、石英粉和水泥的总质量比为1:5～7；
优选的，所述石英砂、石英粉和水泥的质量比为1：0.05～0.3：0.1～0.2。
6.根据权利要求1所述的道路修复材料，其特征在于，所述A组分中包括偶联剂和交联剂；
优选的，所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂，和/或，所述交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
7.根据权利要求1所述的道路修复材料，其特征在于，所述A组分中包括增韧剂；优选的，所述增韧剂为通过酯键或氨酯键将不同种类的链段联接起来的带有不同活性端基的聚合物。
8.根据权利要求1所述的道路修复材料，其特征在于，所述A组分中包括阻聚剂；优选的，所述阻聚剂为甲氧基苯酚。
9.根据权利要求1所述的道路修复材料，其特征在于，所述B组分中包括纤维；优选的，所述纤维为玄武岩短切纤维或聚丙烯纤维中的一种或两种。
10.权利要求1～9任一项所述道路修复材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A组分的制备：
向反应釜中加入改性丙烯酸树脂、不饱和树脂、促凝剂和阻聚剂，150-300转/min，常温下预混30-45min，然后加入增韧剂、交联剂、偶联剂，保持转速和温度不变，共混60-70min，得到A组分；
B组分制备：在干粉砂浆生产线中，将石英粉、石英砂、纤维以及水泥混合，然后将催化剂和纳米二氧化硅混合再与上述混合填料混匀，得B组分。
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