CN113527897A - 一种高温流动性改良的道路脱空修复用改性沥青注浆材料 - Google Patents

一种高温流动性改良的道路脱空修复用改性沥青注浆材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及道路工程领域，特别是涉及一种高温流动性改良的道路脱空修复用改性沥青注浆材料。本发明提供一种道路脱空修复用改性沥青注浆材料，按重量份计，包括以下组分：基质沥青85‑100份；沥青改性剂3‑20份；所述沥青改性剂由50号粗石蜡、56号全精炼石蜡和80号微精蜡组成。本发明所提供的道路脱空修复用改性沥青注浆材料，其常温性能明显优于其他种类沥青，而在加热后达到液态流动性要求时的工作温度明显低于其他种类沥青，不仅在低温条件下具有良好的刚度、还具有改良的高温流动性，并具有更加低廉的成本，其综合性能卓越，具有良好的产业化前景。

Description

一种高温流动性改良的道路脱空修复用改性沥青注浆材料
技术领域
本发明涉及道路工程领域，特别是涉及一种高温流动性改良的道路脱空修复用改性沥青注浆材料。
背景技术
我国早期修建的水泥混凝土路面，随着人们对道路行驶的舒适度要求增加，越来越多的旧水泥混凝土路面加铺沥青面层，而新建道路更多采用半刚性基层的沥青路面。尽管刚性基层和半刚性基层具有强度高、承载能力好等优点，但在使用过程中的脱空病害却很常见，若不及时处理，将导致路面出现局部沉陷、坑槽、碎裂等损坏，使得道路结构承载力和行驶舒适度急剧下降、维修和改建难度大大增加，极大地影响了道路的使用性能和服务水平。
沥青注浆作为一种新型的道路修复技术，具有不溶于水，不受地下水位影响，处治效果长期稳定；体积收缩率小，稳定性好；养护时间短，可快速恢复交通等优势。注浆作业时的热沥青粘滞度通常约为200mPa·s(水在20℃的粘滞度约为1mPa·s)，较低的粘滞度可以保证了沥青浆液良好的流动性，使得热沥青得以通过输送设备到达脱空部位，渗入细微的地层裂缝及土壤空隙。另外，随着沥青温度逐渐下降，原处于液态的沥青迅速冷却凝固硬化，最终为脱空部位提供相当的强度。然而，脱空道路热沥青注浆技术目前仍未得到广泛应用，缺乏针对性的性能优异且价格适中的铺面沥青注浆材料是主要原因之一。理想的铺面沥青注浆材料应同时具有两大技术要求：低温时的高刚度、加热后达到液态流动性要求时的低工作温度。目前常见的道路沥青无法同时满足这两项要求，日本的沥青注浆承包商佐藤渡边株式会社研发并长期应用的注浆沥青性能较为优越，目前在全球处于领先水平，但价格昂贵且技术不受控。因此，如果能够提供一种成本低廉、且具有优良性能的专用注浆沥青，可以使得该技术得以顺利推广和应用。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高温流动性改良的道路脱空修复用改性沥青注浆材料，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种道路脱空修复用改性沥青注浆材料，按重量份计，包括以下组分：
基质沥青 85～100份；
沥青改性剂 3～20份；
所述沥青改性剂由50号粗石蜡、56号全精炼石蜡和80号微精蜡组成。
在本发明一些实施方式中，所述基质沥青采用硬质脱油沥青制备获得。
在本发明一些实施方式中，所述基质沥青选自国标10号沥青。
在本发明一些实施方式中，所述基质沥青包括饱和分、芳香分、胶质和沥青质，其中，饱和分含量为10～20wt％，芳香分含量为30～40wt％，胶质含量为25～30wt％，沥青质含量为15～30wt％。
在本发明一些实施方式中，所述50号粗石蜡的重均分子量为310～510，所述50号粗石蜡的熔点为50℃～52℃，所述50号粗石蜡在沥青改性剂中的含量为15～65wt％。
在本发明一些实施方式中，所述56号全精炼石蜡的重均分子量为360～540，所述56号全精炼石蜡的熔点为56℃～58℃，所述56号全精炼石蜡在沥青改性剂中的含量为15～30wt％。
在本发明一些实施方式中，所述80号微精蜡的重均分子量为580～700，所述80号微精蜡的熔点为77℃～82℃，所述80号微晶蜡在沥青改性剂中的含量为15～65wt％。
在本发明一些实施方式中，50号粗石蜡和80号微晶蜡在沥青改性剂中的含量的总和为70～85wt％。
本发明另一方面提供上述的改性沥青注浆材料的制备方法，包括：在加热条件下将基质沥青和沥青改性剂均匀混合。
在本发明一些实施方式中，所述在加热条件下具体为在170～180℃的温度条件下。
本发明另一方面提供上述的改性沥青注浆材料在道路脱空修复中的用途。
本发明另一方面提供一种道路修复结构，包括上述的改性沥青注浆材料所制备的成型体。
附图说明
图1显示为本发明实施例中各注浆沥青黏度-温度曲线变化示意图。
图2显示为本发明实施例中各注浆沥青粘度200mPa·s时的温度示意图。
图3显示为水泥混凝土路面板底脱空示意图。
图4显示为半刚性基层脱空示意图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容容易地了解本申请发明的其他优点及功效。
本发明发明人经过大量实践研究，提供了一种道路脱空修复用改性沥青注浆材料，所述改性沥青注浆材料不仅在低温条件下具有良好的刚度、还具有改良的高温流动性，从而可以被应用于道路脱空修复，在此基础上完成了本发明。
本发明第一方面提供一种道路脱空修复用改性沥青注浆材料，按重量份计，包括以下组分：
基质沥青 85-100份；
沥青改性剂 3-20份；
所述沥青改性剂由50号粗石蜡、56号全精炼石蜡和80号微精蜡组成。本发明所提供的道路脱空修复用改性沥青注浆材料通过在基质沥青中引入由特定的多种石蜡所构成的沥青改性剂，从而使得改性沥青注浆材料在低温条件下具有良好的刚度，并具有改良的高温流动性，所述改性沥青注浆材料在加热后达到液态流动性要求时的工作温度更低，在作为道路脱空修复材料时，具有更加优越的综合性能。
本发明所提供的道路脱空修复用改性沥青注浆材料中，按重量份计，可以包括85～100份、85～90份、90～95份、95～100份基质沥青。所述基质沥青通常可以利用硬质脱油沥青制备获得，合适的用于制备基质沥青的工艺方法对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，可以参照CN108384253A中的相关工艺。所述改性沥青注浆材料中，基质沥青主要是在处治脱空病害过程中，在固化后提供足够的支撑，使道路结构受力均匀，道面表面平整。所述基质沥青中可以包括饱和分、芳香分、胶质和沥青质等组分。其中，饱和分含量可以为10-20wt％、10-12wt％、12-14wt％、14-16wt％、16-18wt％、或18-20wt％，芳香分含量可以为30-40wt％、30-32wt％、32-34wt％、34-36wt％、36-38wt％、或38-40wt％，胶质含量可以为25-30wt％、25-26wt％、26-27wt％、27-28wt％、28-29wt％、或29-30wt％，沥青质含量可以为15-25wt％、15-17wt％、17-19wt％、19-21wt％、21-23wt％、或23-25wt％。在沥青的主要组分中，沥青质决定着沥青固化后的软硬程度，沥青质含量越高，越提升沥青固化后所能提供的支撑力，因此基质沥青中沥青质的含量通常应≥15wt％，优选可以≥20％，进而显著提高沥青固化后的抗压强度。在本发明一具体实施例中，所述基质沥青选自国标(GB/T494-2010)10号沥青，所述基质沥青常温下为表面有光泽的黑色块状固体，其针入度(25℃，0.1mm)可以为10～20，软化点不低于95℃，溶解度不小于99％，蒸发后质量变化通常≤0.9％，闪点不低于260℃。
本发明所提供的道路脱空修复用改性沥青注浆材料中，按重量份计，可以包括3～20份、3～6份、6～9份、9～12份、12～15份、15～20份沥青改性剂。所述沥青改性剂可以由50号粗石蜡、56号全精炼石蜡和80号微精蜡组成。所述粗石蜡通常指粗石蜡含油蜡经过发汗或溶剂脱油而尚未经过最后精制工序的石蜡，所述50号粗石蜡通常可以符合GB/T 1202-2016的相关标准；所述全精炼石蜡通常指以含油蜡为原料，经发汗或溶剂脱油，再经白土或加氢精制所得到的产品，所述56号全精炼石蜡通常可以符合GB/T 446-93的相关标准；所述微晶蜡通常是白色无定形非晶状固体蜡，其主要成分以C31-70的支链饱和烃为主，所述80号微晶蜡通常可以符合SH/T0013-2008的相关标准。所述沥青改性剂可以改善改性沥青的施工性能，即增加改性沥青的高温流动性，使改性沥青易于进入进入道路病害区域。所述50号粗石蜡通常为C18-C30的烃类混合物，主要组分为直链烷烃，还有少量带个别支链的烷烃和带长侧链的单环环烷烃，所述50号粗石蜡的熔点可以为50℃～52℃、50℃～51℃、或51℃～52℃，所述50号粗石蜡在沥青改性剂中的含量可以为15～65wt％、15～25wt％、25～35wt％、35～45wt％、45～55wt％、或55～65wt％。所述56号全精炼石蜡通常为C22-C36的正烃类混合物，所述56号全精炼石蜡的重均分子量可以为310～510、310～360、360～410、410～460、或460～510，所述56号全精炼石蜡的熔点可以为56℃～58℃、56℃～57℃、或57℃～58℃，所述56号全精炼石蜡在沥青改性剂中的含量可以为15～30wt％、15～20wt％、20～25wt％、或25～30wt％。所述80号微晶蜡通常是以C31-C70的支链饱和烃为主，含少量的环状、直链烃，所述80号微精蜡的重均分子量可以为580～700、580～600、600～620、620～640、640～660、660～680、或680～700，所述80号微精蜡的熔点为77℃～82℃、77℃～78℃、78℃～79℃、79℃～80℃、80℃～81℃、或81℃～82℃，所述80号微晶蜡在沥青改性剂中的含量为15～65wt％、15～25wt％、25～35wt％、35～45wt％、45～55wt％、或55～65wt％。进一步的，所述沥青改性剂中，50号粗石蜡和80号微晶蜡在沥青改性剂中的含量的总和可以为70～85wt％、70～75wt％、75～80wt％、或80～85wt％。
本发明第二方面提供本发明第一方面所提供的改性沥青注浆材料的制备方法，包括：在加热条件下将基质沥青和沥青改性剂均匀混合。本领域技术人员可以选择合适的加热条件，将基质沥青和沥青改性剂混合，以提供所述道路脱空修复用改性沥青注浆材料，例如，所述在加热条件下具体可以为在170～180℃、170～175℃、或175～180℃的温度条件下。在本发明一具体实施例中，可以将基质沥青预热，随后将预热的基质沥青与沥青改性剂混合。
本发明第三方面提供本发明第一方面所提供的改性沥青注浆材料在道路脱空修复中的用途。本发明所提供的改性沥青注浆材料可以被用于治理道路脱空所形成的道路病害，所述道路脱空通常指水泥混凝土路面的不连续和/或不平整所形成的道路病害，所述改性沥青注浆材料使用时可以被注入道路脱空所形成的空隙和/或孔洞中，并在材料硬化以后，形成对路面结构的填充，从而达到治理相关道路病害的目的，
本发明第四方面提供一种道路修复结构，包括本发明第一方面所提供的改性沥青注浆材料所制备的成型体。本发明所提供的改性沥青注浆材料通常适用于水泥混凝土板底脱空(如图3所示)、半刚性基层脱空(如图4所示)等道路病害，在使用时可以将所述改性沥青注浆材料加热至流体状态，并注入道路的脱空结构中，待冷却至常温硬化后即可形成成型体，用于填充道路结构中的脱空部分。
本发明所提供的道路脱空修复用改性沥青注浆材料，其常温性能(以针入度及软化点来表征)明显优于上海建科院所提供的注浆沥青，且与日本佐藤渡边注浆沥青不分上下，而在加热后达到液态流动性要求时的工作温度明显低于上海建科院注浆沥青，也低于日本佐藤渡边注浆沥青，不仅在低温条件下具有良好的刚度、还具有改良的高温流动性，并具有更加低廉的成本，其综合性能卓越，具有良好的产业化前景。
下面通过实施例对本申请的发明予以进一步说明，但并不因此而限制本申请的范围。
实施例1
取以下重量份的物质：
基质沥青85份、80号微晶蜡9份、56号全精炼石蜡3.75份、50号粗石蜡2.25份。所述基质沥青是江苏里顿道路工程有限公司的国标10号沥青，所述石蜡均由德创石油化工提供，所述50号粗石蜡为为C18-C30的烃类混合物，熔点为50～52℃。所述56号全精炼石蜡为C22-C36的正烃类混合物，熔点介于56～58℃。80号微晶蜡以C31-C70的支链饱和烃为主的混合物，熔点介于77～82℃。
按上述重量份称取基质沥青，在170℃下加热至熔融并在恒温沥青搅拌仪中持续搅拌30min；按上述重量份称取50号粗石蜡、56号全精炼石蜡和80号微晶蜡组成混合蜡，加入上述沥青中，再持续搅拌30min制成改性沥青。
实施例2
取以下重量份的物质：
基质沥青88份、80号微晶蜡7.2份、56号全精炼石蜡3份、50号粗石蜡1.8份。所述基质沥青、80号微晶蜡、56号全精炼石蜡、50号粗石蜡的技术规格同实施例1。制备方法同实施例1。
实施例3
取以下重量份的物质：
基质沥青91份、80号微晶蜡5.4份、56号全精炼石蜡2.25份、50号粗石蜡1.35份。所述基质沥青、80号微晶蜡、56号全精炼石蜡、50号粗石蜡的技术规格同实施例1。制备方法同实施例1。
实施例4
取以下重量份的物质：
基质沥青94份、80号微晶蜡3.6份、56号全精炼石蜡1.5份、50号粗石蜡0.9份。所述基质沥青、80号微晶蜡、56号全精炼石蜡、50号粗石蜡的技术规格同实施例1。制备方法同实施例1。
实施例5
取以下重量份的物质：
基质沥青97份、80号微晶蜡1.8份、56号全精炼石蜡0.75份、50号粗石蜡0.45份。所述基质沥青、80号微晶蜡、56号全精炼石蜡、50号粗石蜡的技术规格同实施例1。制备方法同实施例1。
对比例1
取以下重量份的物质：
基质沥青100份。所述基质沥青的技术规格同实施例1。其制备过程中未添加沥青改性剂，在170℃下加热至熔融并在恒温沥青搅拌仪中持续搅拌30min后直接制备获得沥青注浆材料。
对本发明实施例1～5，对比例1制得的沥青注浆材料进行了性能测定，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中规定的试验方法，测定不同混合蜡掺量下改性沥青的软化点和在25℃下的针入度。同时，与文献资料“朱盛胜,陈海燕,杨利香.新型沥青注浆材料的开发与应用[J].新型建筑材料,2015,42(05):51-53”、“段丹军,张晓燕,张恒基.大比例温再生沥青混合料施工温度确定[J].公路,2017,62(03):24-29”中所记载的其他典型的注浆沥青性能数据作对比，具体结果如表1所示：
表1各种配比下改性沥青的软化点和针入度
Figure BDA0002457142640000061
Figure BDA0002457142640000071
由表1可见，随着混合蜡掺量的增加，改性沥青针入度逐渐增大，其最大的实施例1为17.1(0.1mm)，略高于日本佐藤渡边注浆沥青，明显低于上海建科院注浆沥青。同时，随着混合蜡的加入，改性沥青的软化点亦逐渐变小，其最小的实施例1为117.7℃，比日本佐藤渡边注浆沥青的软化点略高，明显高于上海建科院注浆沥青。可见，本改性沥青常温性能明显优于上海建科院注浆沥青，且与日本佐藤渡边注浆沥青不分上下。
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中规定的试验方法，测定不同混合蜡掺量下改性沥青在145℃至195℃下的粘度，并提取了其他典型的注浆沥青性能数据作对比(部分文献数据通过回归拟合后内插或外延得到)，具体结果如表2、图1和图2所示：
表2各种配比下改性沥青的高温粘度
Figure BDA0002457142640000072
注：假设改性沥青材料符合黏温曲线公式：lg(t+273.2)＝alglgx+b；
t：温度(℃)；
x：粘度(mPa·s)；
a：-0.5531；
b：2.9336。
由表2和图1可以看出，随着混合蜡掺量的增加，本改性沥青粘度逐渐降低。实施例1与对比例1相比，195℃下的粘度下降了76.7％，145℃下的粘度则下降了94.6％。实施例1的粘度仅高于壳牌70#沥青，但壳牌70#沥青因其常温性能不佳而不作考虑。
从图2可以看出，以200mPa·s作为注浆沥青流动性粘度要求标准，实施例1的工作温度为195℃，上海建科院研发的注浆沥青为268℃，日本佐藤渡边研发的注浆沥青为208℃，分别降低了73℃和13℃。可见，本申请所提供的改性沥青相较于国内外其他典型的注浆沥青，在加热后达到液态流动性要求时的工作温度更低。
本发明采用的基质沥青为10号沥青，市场价格为3000元/吨，80号微晶蜡、56号全精炼石蜡、50号粗石蜡市场价格分别为18000元/吨、9000元/吨与7000元/吨。上海建科院沥青注浆材料的配比中，70号沥青市场价格为3500元/吨，特立尼达湖沥青的市场价格为7200元/吨，辅助添加剂文中解释为Sasobit，市场价格为700000元/吨，SBS的市场价格为23500元/吨，70号沥青市场价格为3500元/吨。本发明每吨总价与上海建科院沥青注浆材料相比降低14％，因此在原材料经济性方面，本发明具有经济性优势。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种道路脱空修复用改性沥青注浆材料，按重量份计，包括以下组分：
基质沥青 85～100份；
沥青改性剂 3～20份；所述沥青改性剂由50号粗石蜡、56号全精炼石蜡和80号微精蜡组成。
2.根据权利要求1所述的改性沥青注浆材料，其特征在于，所述基质沥青采用硬质脱油沥青制备获得；
和/或，所述基质沥青选自国标10号沥青；
和/或，所述基质沥青包括饱和分、芳香分、胶质和沥青质，其中，饱和分含量为10～20wt％，芳香分含量为30～40wt％，胶质含量为25～30wt％，沥青质含量为15～30wt％。
3.根据权利要求1所述的改性沥青注浆材料，其特征在于，所述50号粗石蜡的重均分子量为310～510，所述50号粗石蜡的熔点为50℃～52℃，所述50号粗石蜡在沥青改性剂中的含量为15～65wt％。
4.根据权利要求1所述的改性沥青注浆材料，其特征在于，所述56号全精炼石蜡的重均分子量为360～540，所述56号全精炼石蜡的熔点为56℃～58℃，所述56号全精炼石蜡在沥青改性剂中的含量为15～30wt％。
5.根据权利要求1所述的改性沥青注浆材料，其特征在于，所述80号微精蜡的重均分子量为580～700，所述80号微精蜡的熔点为77℃～82℃，所述80号微晶蜡在沥青改性剂中的含量为15～65wt％。
6.根据权利要求1所述的改性沥青注浆材料，其特征在于，50号粗石蜡和80号微晶蜡在沥青改性剂中的含量的总和为70～85wt％。
7.如权利要求1～6任一权利要求所述的改性沥青注浆材料的制备方法，包括：在加热条件下将基质沥青和沥青改性剂均匀混合。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述在加热条件下具体为在170～180℃的温度条件下。
9.如权利要求1～6任一权利要求所述的改性沥青注浆材料在道路脱空修复中的用途。
10.一种道路修复结构，包括如权利要求1～6任一权利要求所述的改性沥青注浆材料所制备的成型体。
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KR101630835B1 (ko) * 2015-09-10 2016-06-24 주식회사 이레하이테크이앤씨 습윤면 적용과 시공현장 쿠커를 이용하여 제조할 수 있는 고유동성 매스틱 아스팔트 제조방법 및 그 조성물
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