CN113526906A - 一种潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜伏固化型冷拌冷铺沥青混合料的制备方法和应用，该混合料由冷拌环氧沥青材料和潮湿集料拌合组成，冷拌环氧沥青材料由溶剂型常温改性沥青与环氧树脂、氰酸酯预聚体、潜伏型固化剂、固化促进剂混合形成，溶剂型常温改性沥青是一种含少量水的油包水型沥青胶体分散体系。铺筑时将混合料均匀摊铺路面上并雾化喷淋一定量水后碾压，养护后开放交通。本发明冷拌冷铺沥青混合料的固化过程，源于沥青胶体、潮湿空气与潮湿集料的水分共同诱发潜伏型固化剂起作用，促进环氧树脂与聚氨酯形成三维互联空间网络结构，提升早期固化强度，延长了拌和到摊铺碾压完毕的容留时间，提可应用于冷拌冷铺路面工程领域。

Description

一种潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的制备方法和应用

技术领域

本发明涉及沥青路面领域，具体涉及一种潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的制备方法和应用。

背景技术

与传统高能耗高污染的热拌沥青混合料相比，冷拌冷铺沥青混合料在拌和以及现场施工过程中均无需控制高温，具有节能减排、施工方便、可储存等优点，是当前国家和地方绿色交通、绿色城市发展的迫切需求。目前，冷拌冷铺沥青混合料虽然具有较好的施工和易性，但仍存在初始固化强度弱、抗车辙性差等技术难题。无论是水性环氧沥青材料、溶剂型环氧沥青材料，还是聚氨酯类常温改性沥青，均是要求拌合后尽快使用，由拌合至摊铺碾压施工的可操作容留时间较短，对运输和现场拌合、摊铺提出了较高要求。

国家标准《GBT38990-2020道路用水性环氧树脂乳化沥青混合料》，提到冷拌型水性环氧沥青材料及其制备方法，水性环氧树脂和乳化沥青按一定比例混合加工制得水性环氧树脂乳化沥青，进一步水性环氧树脂乳化沥青、矿料、水等按一定比例混合制得可在常温下拌和、摊铺和压实的水性环氧树脂乳化沥青冷拌混合料。水性环氧树脂乳化沥青冷拌混合料拌和后应使用运输车辆在4h内运到现场进行摊铺、碾压。专利CN112759941A公开了冷拌型环氧沥青材料由A和B两组分混合均匀后形成，A组分包括乳化沥青、固化剂、固化促进剂等，B组分为水性环氧树脂乳液，拌合后使用环氧沥青材料表现出较好粘附性和拉伸强度。

专利CN106977966A所述溶剂型环氧沥青材料，由环氧树脂、稀释剂和胺类固化剂混合后快速固化，通过增韧剂及柔性固化剂将柔性链段引入环氧沥青三维结构网络中，大幅度提升了环氧沥青材料的疲劳韧性，冷拌冷铺型环氧改性沥青混合料应用到修补材料或钢桥面铺装坑槽病害，可达到当日养护、当日开通的养护需求。专利CN111363374A所述的早强型环氧沥青材料是由A组分基质沥青、相容剂、稀释剂与B组分固化剂搅拌均匀制得，常温拌合施工，养护12小时即可达所需承载强度，施工工艺简单且具备良好的施工和易性。类似的反应型常温改性沥青沥青，如专利CN104610769A公开的高强型冷铺沥青混合料和专利CN102617070A公开的聚氨酯沥青混凝土，均是利用氰酸酯和多元醇等活泼氢快速发生固化反应生成聚氨酯类弹性体。其中，高强型冷铺沥青混合料采用高活性直投式强度调节添加剂提高早期强度形成速度，早期强度可占最终强度的70%-80%。

为了更好调控环氧树脂的固化速率和固化途径，人们提出了潜伏型环氧固化剂。潜伏型固化剂在环氧树脂涂料应用中，存在因涂料太厚而不能有效水解而快速固化的技术难题。专利CN112210274A所述的湿固化型环氧树脂涂料，其胺类固化剂含有酮亚胺基团，与氢化环氧树脂反应过程中能够与外界潮气反应，从而达到进一步固化成膜的效果，涂料具有优异的耐候性和防腐蚀性能。专利CN112898538A发明用于厚涂层的改性酮亚胺固化剂，该剂可通过自身部分结构水解以增强水的渗透性引发内部酮亚胺的分解，同时内部水解生成的水也可定向引发邻近酮亚胺分解，从而达到了环氧树脂高效固化。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明提出了一种潜伏型冷拌冷铺沥青混合料及其制备方法和应用，通过沥青胶体体系、潮湿空气和潮湿集料共同诱发潜伏型固化剂遇水水解进而固化，从而实现调控冷拌冷铺混合料固化速率和途径的目的，保证了冷拌冷铺沥青混合料拌合和施工的和易性，同时提升了早期固化强度，且延长了拌合与摊铺碾压施工的可操作容留时间，养护后路用性能表现优良的强度和弹性，可应用于路面工程的冷拌冷铺以及冷补修复领域。

本发明提出了一种潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的制备方法，具有良好拌合和施工的和易性，同时提升了早期固化强度，且延长了拌合与摊铺碾压施工的可操作容留时间。实现本发明的技术方案是：

一种潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的制备方法，步骤如下：

（1）制备溶剂型常温改性沥青：按质量配比将基质沥青100份、稀释剂乳化液5-20份、改性剂0.5-5份均匀混合而成，其中，稀释剂乳化液采用稀释剂、乳化剂与少量水形成的油包水乳化液；

（2）制备冷拌环氧沥青材料：按质量配比所述冷拌环氧沥青材料由溶剂型常温改性沥青100份、环氧树脂5-30份、环氧树脂稀释剂5-30份、氰酸酯预聚体1-10份、固化剂2-12份、固化促进剂0.5-2份、相容剂0.1-2份均匀混合而成；

（3）按质量配比将潮湿集料100份与冷拌环氧沥青材料5-8份进行常温拌合，使集料均匀裹附，获得潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料。

进一步，所述步骤（1）中改性剂为橡胶油、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶、高分子吸水树脂的任一种或其组合，所述基质沥青为70#和90#沥青。

进一步，所述步骤（1）中稀释剂乳化液由稀释剂、水和乳化剂以100:（5-20）:（0.1-3）的质量比例乳化而成；稀释剂为柴油、石脑油、120号溶剂油、200号溶剂油、脂肪酯、正庚烷、丙酮、石油醚的任一种或其组合；乳化剂为单硬脂酸甘油酯、聚氧乙烯山梨醇、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯的任一种或其组合。

进一步，所述步骤（2）中环氧树脂为液态的双酚A环氧树脂或聚醚环氧的任一种或其组合；环氧树脂稀释剂为丁基缩水甘油醚、丙烯基缩水甘油醚、乙基己基缩水甘油醚、芳酯基缩水甘油醚的任一种或其组合；氰酸酯预聚体为聚二异氰酸酯、聚多异氰酸酯的任一种或其组合。

进一步，所述步骤（2）中固化剂为脂肪族多胺、脂环族多胺或芳香族多胺潜伏型酮亚胺；固化促进剂为甲基二乙醇胺、胺基苯酚、磷酸二氢钠、氯化铁、2, 4, 6-三（二甲氨基甲基）苯酚、苄基二甲胺、苄基三乙基氯化铵的任一种或其组合；相容剂为十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠、月桂酸钠、硫酸化蓖麻油、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐中的任一种或其组合。

进一步，所述步骤（3）中的潮湿集料是将AC-13型集料在拌合前用水或表面活性剂水溶液喷淋将AC-13型集料表面润湿制得，水或表面活性剂水溶液占AC-13型集料的质量百分比0-2%。

进一步，采用表面活性剂水溶液进行喷淋进行表面润湿所用的表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯亚胺、烷基聚胺缩合物、聚异丁基琥珀酸酐、聚异丁烯丁二酸酐的任一种或其组合。

采用本发明的制备方法制得的潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的应用，潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料冷铺碾压前时需雾化喷淋适量水，水占潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的质量百分比0.5-3%。

本发明潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料拌和与施工温度5~45℃且和易性良好，拌和到摊铺碾压完毕的容留时间较长，通过沥青胶体体系、潮湿空气和潮湿集料共同诱发潜伏型固化剂遇水水解进而固化，促进环氧树脂与聚氨酯形成三维互联空间网络结构，从而实现调控冷拌冷铺混合料固化速率和途径的目的，养护后路用性能表现优良的强度和弹性，可应用于路面工程的冷拌冷铺以及冷补修复领域。

本发明的有益效果是：

（1）避免了冷拌环氧沥青材料的快速固化和较短的可操作容留时间，提出的潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料具有如下优势：拌和与施工温度5-45℃且和易性良好，拌和到摊铺碾压完毕的容留时间较长。

（2）提出了新的固化诱发机制，通过含少量水的沥青乳化胶体体系、潮湿空气和潮湿集料共同诱发潜伏型固化剂遇水水解进而固化，促进环氧树脂与聚氨酯复合体系的交联固化，从而实现调控冷拌冷铺混合料固化速率和途径的目的，提升了早期固化强度。

（3）冷拌冷铺沥青混合料由环氧树脂与聚氨酯形成三维互联空间网络结构，使得养护后路用性能表现优良的强度和弹性，避免的路面的二次开裂，可应用于路面工程的冷拌冷铺以及冷补修复领域。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明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付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。

实施例 1

一种潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的制备方法，步骤如下：

（1）将稀释剂120号溶剂油、水和乳化剂单硬脂酸甘油酯以100:20:3的质量比例乳化而成稀释剂油包水乳化液，乳化温度50℃，剪切速率7000r/min，剪切时间3min；按质量配比将70#沥青100份加热110℃，添加稀释剂油包水乳化液10份，改性剂橡胶油3份在温度60℃下搅拌混合均匀，获得溶剂型常温改性沥青；

（2）按质量配比将溶剂型常温改性沥青100份与双酚A环氧树脂30份、环氧树脂稀释剂丁基缩水甘油醚6份、聚六亚甲基二异氰酸酯10份、固化剂脂肪类酮亚胺12份、固化促进剂2, 4, 6-三（二甲氨基甲基）苯酚2份、相容剂硬脂酸钠2份在温度60℃下拌合均匀，制得冷拌环氧沥青材料；

（3）将十六烷基三甲基溴化铵按质量配比配成浓度为1%的表面活性剂水溶液，取占集料质量百分比2%的表面活性剂水溶液喷淋将AC-13型集料润湿，按质量配比将潮湿集料100份与冷拌环氧沥青材料8份进行常温拌合，使集料均匀裹附，获得潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料。

将本实施例制得的潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料摊铺路面后雾化喷淋占混合料质量百分比2%的水，碾压养护1d后开放交通。该冷拌冷铺沥青混合料容留时间12小时，马歇尔稳定度22KN。

实施例 2

一种潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的制备方法，步骤如下：

（1）将稀释剂柴油、水和乳化剂乙二醇脂肪酸酯以100:5:0.1的质量比例乳化而成稀释剂油包水乳化液，乳化温度60℃，剪切速率8000r/min，剪切时间4min；按质量配比将70#沥青100份加热120℃，添加稀释剂油包水乳化液15份，改性剂丁苯橡胶2份和高分子吸水树脂1份在温度60℃下搅拌混合均匀，获得溶剂型常温改性沥青；

（2）按质量配比由溶剂型常温改性沥青100份与液态缩水甘油酯环氧树脂5份、环氧树脂稀释剂丙烯基缩水甘油醚6份、聚六亚甲基二异氰酸酯5份、固化剂脂肪类酮亚胺2份、固化促进剂苄基三乙基氯化铵0.5份、相容剂十二烷基苯磺酸钠0.1份在温度60℃下拌合均匀，制得冷拌环氧沥青材料；

（3）将聚异丁基琥珀酸酐按质量配比配成浓度为2%的表面活性剂水溶液，取占集料质量百分比1%的表面活性剂水溶液喷淋将AC-13型集料润湿。按质量配比将潮湿集料100份与适量冷拌环氧沥青材料5份进行常温拌合，使集料均匀裹附，获得潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料。

将本实施例制得的潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料摊铺路面后雾化喷淋占混合料质量百分比1%的水，碾压养护3d后开放交通。该冷拌冷铺沥青混合料容留时间20小时，马歇尔稳定度8KN。

实施例 3

一种潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的制备方法，步骤如下：

（1）将稀释剂石脑油、水和乳化剂聚氧乙烯山梨醇以100:10:1的质量比例乳化而成稀释剂油包水乳化液，乳化温度60℃，剪切速率6000r/min，剪切时间5min；按质量配比将70#沥青100份加热110℃，添加稀释剂油包水乳化液15份，改性剂橡胶油2份在温度60℃下搅拌混合均匀，获得溶剂型常温改性沥青；

（2）按质量配比由溶剂型常温改性沥青100份与双酚A环氧树脂20份、环氧树脂稀释剂芳酯基缩水甘油醚4份、聚二环己基甲烷二异氰酸酯8份、固化剂芳香类酮亚胺8份、固化促进剂苄基二甲胺1份、相容剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐1份在温度70℃下拌合均匀，制得冷拌环氧沥青材料；

（3）取占集料质量百分比1%的水喷淋将AC-13型集料润湿。按质量配比将潮湿集料100份与适量冷拌环氧沥青材料6份进行常温拌合，使集料均匀裹附，获得潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料。

将本实施例制得的潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料摊铺路面后雾化喷淋占混合料质量百分比0.5%的水，碾压养护1d后开放交通。该冷拌冷铺沥青混合料容留时间16小时，马歇尔稳定度16KN。

实施例 4

一种潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料及其制备方法，步骤如下：

（1）将稀释剂200号溶剂油、水和乳化剂丙二醇脂肪酸酯以100:8:0.2的质量比例乳化而成稀释剂油包水乳化液，乳化温度70℃，剪切速率5000r/min，剪切时间3min；按质量配比将70#沥青100份加热110℃，添加稀释剂油包水乳化液20份，改性剂橡胶油0.5份在温度60℃下搅拌混合均匀，获得溶剂型常温改性沥青；

（2）按质量配比由溶剂型常温改性沥青100份与双酚A环氧树脂25份、环氧树脂稀释剂丁基缩水甘油醚5份、聚甲苯二异氰酸酯1份、固化剂脂环族酮亚胺6份、固化促进剂苄基三乙基氯化铵1.2份、相容剂十二烷基苯磺酸钠1.5份在温度60℃下拌合均匀，制得冷拌环氧沥青材料；

（3）按质量配比将AC-13型未进行水喷淋润湿的干集料100份与冷拌环氧沥青材料6份进行常温拌合，使集料均匀裹附，获得潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料。

将本实施例制得的潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料摊铺路面后雾化喷淋占混合料质量百分比3%的水，碾压养护1d后开放交通。该冷拌冷铺沥青混合料容留时间18小时，马歇尔稳定度18KN。

本发明潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料拌和与施工温度5~45℃且和易性良好，拌和到摊铺碾压完毕的容留时间较长，通过沥青胶体体系、潮湿空气和潮湿集料共同诱发潜伏型固化剂遇水水解进而固化，从而实现调控冷拌冷铺混合料固化速率和途径的目的，养护后路用性能表现优良的强度和弹性，可应用于路面工程的冷拌冷铺以及冷补修复领域。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的制备方法，其特征在于步骤如下：

（1）制备溶剂型常温改性沥青：按质量配比将基质沥青100份、稀释剂乳化液5-20份、改性剂0.5-5份均匀混合而成，其中，稀释剂乳化液采用稀释剂、乳化剂与少量水形成的油包水乳化液；

（2）制备冷拌环氧沥青材料：按质量配比所述冷拌环氧沥青材料由溶剂型常温改性沥青100份、环氧树脂5-30份、环氧树脂稀释剂5-30份、氰酸酯预聚体1-10份、固化剂2-12份、固化促进剂0.5-2份、相容剂0.1-2份均匀混合而成；

（3）按质量配比将潮湿集料100份与冷拌环氧沥青材料5-8份进行常温拌合，使集料均匀裹附，获得潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中改性剂为橡胶油、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁苯橡胶、高分子吸水树脂的任一种或其组合，所述基质沥青为70#和90#沥青。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中稀释剂乳化液由稀释剂、水和乳化剂以100:（5-20）:（0.1-3）的质量比例乳化而成；稀释剂为柴油、石脑油、120号溶剂油、200号溶剂油、脂肪酯、正庚烷、丙酮、石油醚的任一种或其组合；乳化剂为单硬脂酸甘油酯、聚氧乙烯山梨醇、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯的任一种或其组合。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中环氧树脂为液态的双酚A环氧树脂或聚醚环氧的任一种或其组合；环氧树脂稀释剂为丁基缩水甘油醚、丙烯基缩水甘油醚、乙基己基缩水甘油醚、芳酯基缩水甘油醚的任一种或其组合；氰酸酯预聚体为聚二异氰酸酯、聚多异氰酸酯的任一种或其组合。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中固化剂为脂肪族多胺、脂环族多胺或芳香族多胺潜伏型酮亚胺；固化促进剂为甲基二乙醇胺、胺基苯酚、磷酸二氢钠、氯化铁、2, 4, 6-三（二甲氨基甲基）苯酚、苄基二甲胺、苄基三乙基氯化铵的任一种或其组合；相容剂为十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠、月桂酸钠、硫酸化蓖麻油、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐中的任一种或其组合。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的潮湿集料是将AC-13型集料在拌合前用水或表面活性剂水溶液喷淋将AC-13型集料表面润湿制得，水或表面活性剂水溶液占AC-13型集料的质量百分比0-2%。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：采用表面活性剂水溶液进行喷淋进行表面润湿所用的表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯亚胺、烷基聚胺缩合物、聚异丁基琥珀酸酐、聚异丁烯丁二酸酐的任一种或其组合。

8.根据权利要求1-7任一制备方法制得的潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的应用，其特征在于：潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料冷铺碾压前时需雾化喷淋适量水，水占潜伏固化冷拌冷铺沥青混合料的质量百分比0.5-3%。