CN114436569B - 沥青冷拌修补复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及路面修补技术领域，具体涉及沥青冷拌修补复合材料，由质量比为(4.5‑7):100的A部分和B部分组成：所述A部分包括端硅氧基聚醚树脂、3‑环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙和沥青改性聚硫橡胶、固化剂、增塑剂、芳烃油、复合催化剂，所述B部分为碱值大于0.7的混合集料。与现有技术相比，本发明提供的沥青冷拌修补复合材料，施工过程，环境友好；养护时间较短，且养护温度可耐受0～10℃的低温，夏季高温养护效果更佳仅需养护1天即可快速开放交通，修补材料与原路面粘结性能良好，其路用性能优异，适用于在任何天气和环境下补修各种不同类型的道路面层，具有良好的社会、经济效益和广阔的工程应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及路面修补技术领域，具体涉及沥青冷拌修补复合材料。
背景技术
沥青路面以其行车舒适、噪音小及养护维修简便等优点，已成为世界上最常见的一种路面形式。但是在通车后，因行车荷载作用、气候条件影响以及设计、施工过程中存在的不足，沥青路面会出现裂缝、坑槽、车辙等多种路面病害，严重影响行车舒适性甚至造成结构承载力逐渐丧失的问题。
目前，热拌沥青混合料是修补沥青路面损坏的主流材料。但是热拌沥青混合料修补路面时，其施工受气候条件影响较大，在北方地区或寒冷季节，因气温较低而不易压实，进行沥青路面修复的有效施工季节受到严重缩短。此外，热拌沥青混合料还具有成本高、能耗高、污染大等缺陷。但是，近年来市场上广泛推广应用的冷拌沥青混合料虽然能在一定程度上实现常温下拌和施工，降低能源消耗，但是普遍存在初始强度低、强度增长慢、温度敏感性大等问题。修补路面时，由于要等到冷补沥青混合料中的溶剂完全挥发后才能达到较高的强度，因此冷补沥青混合料初始强度较低，从而导致其强度增长所需时间较长，难以满足高等级路面尽快通车的要求；修补后的路面强度较低，抗水损害能力较差，因而降低了修补后道路的通行能力、缩短了使用寿命。
发明内容
为解决背景技术中提到的问题，本发明提供一种热熔快，粘接性强，具有良好的抗形变、无烟环保，温差跨度大、低稠度、流动渗透性好、耐老化性沥青冷拌修补复合材料。
沥青冷拌修补复合材料，关键在于：由质量比为(4.5-7):100的A部分和B部分组成：
所述A部分包括：质量比为(10-25)：(0.5-8):100的端硅氧基聚醚树脂、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙和沥青改性聚硫橡胶、增塑剂、芳烃油、固化剂、复合催化剂；
所述沥青改性聚硫橡胶采用以下方法制备：将基质沥青加热至150-160℃，加入聚硫橡胶，温度保持170-180℃，高速分散30-40min，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在150℃下发育搅拌30min制得，其中，基质沥青的掺入量为聚硫橡胶的0.5-18wt％；
所述B部分为碱值大于0.7的混合集料，所述混合集料包括粒径为11-22mm的粗集料、粒径为6-11mm的中集料和粒径为0-6mm的细集料；所述粗集料、粗集料和细集料的质量比为9：6：10。。实际使用中，冷拌修补复合材料中的混合集料采用非连续的间断配级，既有足够数量的粗集料形成骨架，又根据粗集料的空隙加入足够的细集料，形成较大的密实度和较小的残余孔隙率，冷拌修补复合材料中的结合胶料通过对聚硫橡胶进行沥青改性，保留其气密性、耐水性、耐油性及不加热固化的特性的同时改善了与其它材料的相容性，利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷的三个乙氧基，与端硅氧基聚醚树脂交联后，更是兼备硅酮胶与聚氨酯胶的特点，形成高交联密度的交联网络，提升结合胶料的拉伸强度，不管是有效交联密度还是化学交联密度均有大幅提升，通过加入合适比例的改性的碳酸钙，可以有效减弱老化程度，并且通过3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷对碳酸钙进行改性处理，可以有效提高碳酸钙对结合胶料的增强效果，结合胶料的渗透性强，且具有较大的弹性恢复率，前期在与混合集料混合时，能充分裹附在集料表面，并且由于混合集料碱值大于0.7，后期能与结合胶料之间形成高强度粘结。
优选的，所述3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙采用以下方法制备：将质量比为2:1的重质碳酸钙和轻质碳酸钙混合，在100～150℃下预热干燥至水分含量≤0.1％，在100-120℃、搅拌速度500-1000rpm条件下，加入3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷溶液，改性30-60min后筛分或粉磨，制得平均粒径为2-8μm的改性碳酸钙，其中，3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷溶液的掺入量为混合碳酸钙的20％。
优选的，所述3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷溶液由质量比为5:3:2的3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、乙醇和水混合而成。
优选的，还包括固化剂、增塑剂、芳烃油、复合催化剂。
优选的，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的掺入量为聚硫橡胶4-8wt％。
优选的，所述复合催化剂由12-18％wt有机锡和7-10wt％有机钛附载于二氧化硅而成。实际应用中，将有机锡和有机钛催化剂附载于二氧化硅载体上，既可以降低催化剂的用量，又可以通过两种催化剂共同作用提高催化活性，促进深层固化。
优选的，所述固化剂为二氧化锰。实际使用中，相对于重铬酸钠和氧化锌，显著提升改性聚硫橡胶的活化期，与沥青相互促进，显著降低吸水率，提升相对伸长率的同时拉伸强度损失不大。
优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
优选的，所述固化剂的外掺量为沥青改性聚硫橡胶的0.2-1wt％。
优选的，所述增塑剂的外掺量为聚硫改性沥青的10-15wt％。
一种沥青冷拌修补复合材料的制备方法，关键在于包括以下步骤：
(1)制备沥青改性聚硫橡胶和3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙；
(2)将质量份的端硅氧基聚醚树脂、复合催化剂投入容器中，在室温及真空度0.07-0.1MPa，搅拌混合20-30min后，然后加入质量份的沥青改性聚硫橡胶、二氧化锰、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙、邻苯二甲酸二丁酯、芳烃油并在50±5℃温度下高速搅拌均匀后，出料得到A部分；
(3)将B部分的混合集料投入容器中搅拌，然后按比例加入A部分粘结胶料，常温下拌合均匀，即得沥青冷拌修补复合材料。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的沥青冷拌修补复合材料，应用于沥青路面摊铺或修补，相对于传统的热拌热补沥青混合料的热态技术，施工过程无有毒有害气体的排放，环境友好；其路用性能优异，养护时间较短，且养护温度可耐受0～10℃的低温，夏季高温养护效果更佳仅需养护1天即可快速开放交通，修补材料与原路面粘结性能良好，具有良好的防水抗渗功能，可有效防止二次损害的发生，适用于在任何天气和环境下补修各种不同类型的道路面层，具有良好的社会、经济效益和广阔的工程应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行具体描述，在此指出以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。除特殊说明外，本发明所述份数均为重量份，所述百分比均为质量百分比，所述浓度为质量百分比浓度。
实施例1
沥青冷拌修补复合材料，由质量比为6:100的A部分和B部分组成；A部分包括10份端硅氧基聚醚树脂、0.5份3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙、100份沥青改性聚硫橡胶、0.2份二氧化锰、10份邻苯二甲酸二丁酯、15份芳烃油、1.5份复合催化剂，该复合催化剂为附载有12％wt有机锡和10wt％有机钛的二氧化硅；B部分为质量比为2:1的石灰岩和安山岩碾磨而成的混合集料，所述混合集料包括粒径为11-22mm的粗集料、粒径为6-11mm的中集料和粒径为0-6mm的细集料；所述粗集料、粗集料和细集料的质量比为9：6：10。
制备方法如下：(1)分别制备沥青改性聚硫橡胶和3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙；其中，所述沥青改性聚硫橡胶采用以下方法制备：将基质沥青加热至150-160℃，加入聚硫橡胶，温度保持170-180℃，高速分散30-40min，后降温加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在150℃下发育搅拌30min制得，其中，基质沥青的掺入量为聚硫橡胶的0.5wt％，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的掺入量为聚硫橡胶4wt％；所述3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙采用以下方法制备：将质量比为2:1的重质碳酸钙和轻质碳酸钙混合，在100～150℃下预热干燥至水分含量≤0.1％，在100-120℃、搅拌速度500-1000rpm条件下，加入3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷溶液，所述3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷溶液由质量比为5:3:2的3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、乙醇和水混合而成，改性30-60min后筛分或粉磨，制得平均粒径为2-8μm的改性碳酸钙，其中，3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷溶液的掺入量为混合碳酸钙的20％；所述复合催化剂采用如下方法制备而成：向硅溶胶中加入质量分数为25％二正丁基二醋酸锡溶液和质量分数为30％钛酸丁酯溶液，在60-120℃下，成胶2-6h后，过滤分离，干燥后，在温度200-280℃，焙烧3-8h，得到将12％wt有机锡和10wt％有机钛附载于二氧化硅的复合催化剂；(2)将质量份的端硅氧基聚醚树脂、复合催化剂投入容器中，在室温及真空度0.07-0.1MPa，搅拌混合20-30min后，然后加入质量份的沥青改性聚硫橡胶、二氧化锰、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙、邻苯二甲酸二丁酯、芳烃油并在50±5℃温度下高速搅拌均匀后，出料得到A部分；(3)将B部分的混合集料投入容器中搅拌，然后按比例加入A部分粘结胶料，常温下拌合均匀，即得沥青冷拌修补复合材料。
实施例2
与实施例1的不同在于，沥青冷拌修补复合材料由质量比为4.5:100的A部分和B部分组成；并且A部分的配比不同，包括18份端硅氧基聚醚树脂、6份3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙、100份沥青改性聚硫橡胶、0.8份二氧化锰、15份邻苯二甲酸二丁酯、15份芳烃油、1.8份复合催化剂；其中，所述沥青改性聚硫橡胶采用以下方法制备：将基质沥青加热至150-160℃，加入聚硫橡胶，温度保持170-180℃，高速分散30-40min，后降温加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在150℃下发育搅拌30min制得，其中，基质沥青的掺入量为聚硫橡胶的18wt％，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的掺入量为聚硫橡胶8wt％；B部分为质量比为石灰岩碾磨而成的混合集料。
实施例3
与实施例1的不同在于，沥青冷拌修补复合材料由质量比为7:100的A部分和B部分组成；并且A部分的配比不同，包括25份端硅氧基聚醚树脂、6份3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙、100份沥青改性聚硫橡胶、0.6份二氧化锰、15份邻苯二甲酸二丁酯、12份芳烃油、2.1份复合催化剂；其中，所述沥青改性聚硫橡胶采用以下方法制备：将基质沥青加热至150-160℃，加入聚硫橡胶，温度保持170-180℃，高速分散30-40min，后降温加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在150℃下发育搅拌30min制得，其中，基质沥青的掺入量为聚硫橡胶的10wt％，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的掺入量为聚硫橡胶5wt％，B部分为安山岩碾磨而成的混合集料。
实施例4
与实施例1的不同在于，沥青冷拌修补复合材料的A部分配比不同，A部分包括18份端硅氧基聚醚树脂、6份3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙、100份沥青改性聚硫橡胶、0.8份二氧化锰、15份邻苯二甲酸二丁酯、15份芳烃油、1.8份复合催化剂；其中，所述沥青改性聚硫橡胶采用以下方法制备：将基质沥青加热至150-160℃，加入聚硫橡胶，温度保持170-180℃，高速分散30-40min，后降温加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在150℃下发育搅拌30min制得，其中，基质沥青的掺入量为聚硫橡胶的18wt％，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的掺入量为聚硫橡胶8wt％。
实施例5
与实施例1的不同在于，沥青冷拌修补复合材料由质量比为4.5:100的A部分和B部分组成；并且A部分的配比不同，包括18份端硅氧基聚醚树脂、6份3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙、100份沥青改性聚硫橡胶、0.8份二氧化锰、15份邻苯二甲酸二丁酯、15份芳烃油、1.8份复合催化剂；其中，所述沥青改性聚硫橡胶采用以下方法制备：将基质沥青加热至150-160℃，加入聚硫橡胶，温度保持170-180℃，高速分散30-40min，后降温加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在150℃下发育搅拌30min制得，其中，基质沥青的掺入量为聚硫橡胶的18wt％，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的掺入量为聚硫橡胶8wt％；B部分为质量比为石灰岩碾磨而成的混合集料。
实施例6
与实施例1的不同在于，沥青冷拌修补复合材料由质量比为7:100的A部分和B部分组成；并且A部分的配比不同，包括25份端硅氧基聚醚树脂、6份3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙、100份沥青改性聚硫橡胶、0.6份二氧化锰、15份邻苯二甲酸二丁酯、12份芳烃油、2.1份复合催化剂；其中，所述沥青改性聚硫橡胶采用以下方法制备：将基质沥青加热至150-160℃，加入聚硫橡胶，温度保持170-180℃，高速分散30-40min，后降温加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在150℃下发育搅拌30min制得，其中，基质沥青的掺入量为聚硫橡胶的10wt％，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的掺入量为聚硫橡胶5wt％；B部分为安山岩碾磨而成的混合集料。
实施例7
与实施例1的不同在于，沥青冷拌修补复合材料的A部分配比不同，包括25份端硅氧基聚醚树脂、6份3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙、100份沥青改性聚硫橡胶、0.6份二氧化锰、15份邻苯二甲酸二丁酯、12份芳烃油、2.1份复合催化剂；其中，所述沥青改性聚硫橡胶采用以下方法制备：将基质沥青加热至150-160℃，加入聚硫橡胶，温度保持170-180℃，高速分散30-40min，后降温加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在150℃下发育搅拌30min制得，其中，基质沥青的掺入量为聚硫橡胶的10wt％，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的掺入量为聚硫橡胶5wt％。
实施例8
与实施例1的不同在于，沥青冷拌修补复合材料由质量比为4.5:100的A部分和B部分组成；并且A部分的配比不同，包括25份端硅氧基聚醚树脂、6份3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙、100份沥青改性聚硫橡胶、0.6份二氧化锰、15份邻苯二甲酸二丁酯、12份芳烃油、2.1份复合催化剂；其中，所述沥青改性聚硫橡胶采用以下方法制备：将基质沥青加热至150-160℃，加入聚硫橡胶，温度保持170-180℃，高速分散30-40min，后降温加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在150℃下发育搅拌30min制得，其中，基质沥青的掺入量为聚硫橡胶的10wt％，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的掺入量为聚硫橡胶5wt％，B部分为质量比为石灰岩碾磨而成的混合集料。
实施例9
与实施例1的不同在于，沥青冷拌修补复合材料由质量比为7:100的A部分和B部分组成；并且A部分的配比不同，包括18份端硅氧基聚醚树脂、6份3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙、100份沥青改性聚硫橡胶、0.8份二氧化锰、15份邻苯二甲酸二丁酯、15份芳烃油、1.8份复合催化剂；其中，所述沥青改性聚硫橡胶采用以下方法制备：将基质沥青加热至150-160℃，加入聚硫橡胶，温度保持170-180℃，高速分散30-40min，后降温加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在150℃下发育搅拌30min制得，其中，基质沥青的掺入量为聚硫橡胶的18wt％，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的掺入量为聚硫橡胶8wt％；B部分为安山岩碾磨而成的混合集料。
将本发明所述的沥青冷拌修补复合材料根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20—2011)中的试验方法T0702—2011进行制作试件，在试件成型完毕后对试件进行脱模，保温和稳定度测试等操作，以上一系列操作根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20—2011)中的试验方法T0709-2011进行，沥青混合料高温稳定性的沥青混合料试件根据试验方法T0703—2011进行制作，在成型试件完毕后根据试验方法T0719—2011进行动稳定度的测试，测试结果如下表所示：
集料粘附性等级分类：5-剥落率≤5％，4-剥落率为5-20％，3-剥落率为20-35％，4-剥落率为35-60％，4-剥落率为＞60％。
上表中可以看到由本发明所制备的高性能聚氨酯沥青混凝土60℃马歇尔稳定度在55-68，浸水马歇尔残留稳定度在91-95％，高温车辙性能高达7570±50次/mm，冻融劈裂强度比在85％～93％，集料粘结性好，改善了传统冷拌冷铺沥青混凝土路用性能差的劣势，并兼具冷拌沥青混凝土的优势，成本较低廉，在实际工程中具有极大的应用意义。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.沥青冷拌修补复合材料，其特征在于由质量比为(4.5-7):100的A部分和B部分组成：
所述A部分包括：端硅氧基聚醚树脂、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙和沥青改性聚硫橡胶、增塑剂、芳烃油、固化剂、复合催化剂；
其中，端硅氧基聚醚树脂、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙和沥青改性聚硫橡胶的质量比为(10-25):(0.5-8):100；
所述沥青改性聚硫橡胶采用以下方法制备：将基质沥青加热至150-160℃，加入聚硫橡胶，温度保持170-180℃，高速分散30-40min，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在150℃下发育搅拌30min制得，其中，基质沥青的掺入量为聚硫橡胶的0.5-18wt％；
所述B部分为碱值大于0.7的混合集料，所述混合集料包括粒径为11-22mm的粗集料、粒径为6-11mm的中集料和粒径为0-6mm的细集料；所述粗集料、粗集料和细集料的质量比为9：6：10。
2.根据权利要求1所述的沥青冷拌修补复合材料，其特征在于：所述3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙采用以下方法制备：将质量比为2:1的重质碳酸钙和轻质碳酸钙混合，在100～150℃下预热干燥至水分含量≤0.1％，在100-120℃、搅拌速度500-1000rpm条件下，加入3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷溶液，改性30-60min后筛分或粉磨，制得平均粒径为2-8μm的改性碳酸钙，其中，3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷溶液的掺入量为混合碳酸钙的20％。
3.根据权利要求2所述的沥青冷拌修补复合材料，其特征在于：所述3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷溶液由质量比为5:3:2的3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、乙醇和水混合而成。
4.根据权利要求1所述的沥青冷拌修补复合材料，其特征在于：所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的掺入量为聚硫橡胶4-8wt％。
5.根据权利要求1所述的沥青冷拌修补复合材料，其特征在于：所述复合催化剂由12-18％wt有机锡和7-10wt％有机钛附载于二氧化硅而成。
6.根据权利要求1所述的沥青冷拌修补复合材料，其特征在于：所述混合集料为石灰岩和/或安山岩碾磨而成。
7.根据权利要求1所述的沥青冷拌修补复合材料，其特征在于：所述固化剂为二氧化锰；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
8.根据权利要求1所述的沥青冷拌修补复合材料，其特征在于：所述固化剂的外掺量为沥青改性聚硫橡胶的0.2-1wt％。
9.根据权利要求5所述的沥青冷拌修补复合材料，其特征在于：所述增塑剂的外掺量为沥青改性聚硫橡胶的10-15wt％。
10.如权利要求1-9任一项所述的沥青冷拌修补复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制备沥青改性聚硫橡胶和3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙；
(2)将质量份的端硅氧基聚醚树脂、复合催化剂投入容器中，在室温及真空度0.07-0.1MPa，搅拌混合20-30min后，然后加入质量份的沥青改性聚硫橡胶、二氧化锰、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷改性的碳酸钙、邻苯二甲酸二丁酯、芳烃油并在50±5℃温度下高速搅拌均匀后，出料得到A部分；
(3)将B部分的混合集料投入容器中搅拌，然后按比例加入A部分粘结胶料，常温下拌合均匀，即得沥青冷拌修补复合材料。
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