CN115710098A - 一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于路面材料技术领域，尤其是涉及一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料及制备方法，所述水固化沥青路面冷补料包括水固化预聚体、集料和矿粉；所述水固化预聚体为单组分水固化预聚体，包括异氰酸酯、多元醇和催化剂；水固化预聚体的‑NCO含量为10～12％；催化剂用量为异氰酸酯和多元醇混合物质量的0.05～0.1％；所述集料为玄武岩、石灰岩、辉绿岩、闪长岩的一种或者多种；所述矿粉为石灰岩或岩浆岩中强基性岩石憎水性石料经磨细得到的矿粉。本发明解决了现有溶剂型冷补料初始强度低、强度形成慢、路用性能差的问题；本发明利用水固化预聚体会遇水快速固化交联形成三维网状包络物，快速且提高冷补料的力学性能和路用性能。
Description
技术领域
本发明涉及路面材料技术领域，尤其涉及一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料及制备方法。
背景技术
沥青路面是指在矿料中掺入沥青胶结料铺筑的路面，其已广泛应用于城市道路和公路干线，成为目前中国铺筑面积最多的一种高级路面。但是沥青路面在长期的使用过程中，会出现坑槽、松散、剥落等病害，易引发交通安全事故，因此对于路面坑槽等病害需及时加以修补。路面坑槽修补有热补法和冷补法两种类型，传统热态修补施工对于地点集中，工程量较大的路面维修是可行的，但对于地点分散，工程量小的路面维修十分不便，并且不能在雨雪天气正常施工。冷补法弥补了热补法的不足，其是预先将制备好的冷补液和集料拌合均匀，储存备用，随时可应急使用。在雨雪天气也能施工，操作简便，同时能够节约能源，减少对环境污染。
目前，常用的冷补料大多是溶剂挥发型冷补料，冷补料的强度依靠稀释剂的挥发和开放交通后车轮的不断碾压而形成。然而，其初期强度低且强度形成慢，开放交通不久，在行车荷载往复作用下产生破坏；其水稳定性差，在雨季降雨频繁，易受水损害；其耐久性差，受荷载和自然综合作用下，修复坑槽不久后，便产生二次破坏。为了克服沥青冷补料初始强度低且强度形成慢、耐水性以及耐久性差等问题，为此，我们提出一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料及制备方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料及制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料，所述水固化沥青路面冷补料包括水固化预聚体、集料和矿粉；所述水固化预聚体为单组分水固化预聚体，包括异氰酸酯、多元醇和催化剂；水固化预聚体的-NCO含量为10～12％；催化剂用量为异氰酸酯和多元醇混合物质量的0.05～0.1％；所述集料为玄武岩、石灰岩、辉绿岩、闪长岩的一种或者多种；所述矿粉为石灰岩或岩浆岩中强基性岩石憎水性石料经磨细得到的矿粉。
在上述的长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料中，所述冷补料各个原料的质量比为：水固化预聚体：矿料＝5～8：100；集料：矿粉＝90～100：0～10；所述矿料为集料和矿粉的混合物，所述水固化预聚体为异氰酸酯、多元醇、催化剂的混合物。
在上述的长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料中，所述水固化冷补料中的水固化预聚体由异氰酸酯、多元醇、催化剂组成，所述异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯的一种或多种。
在上述的长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料中，所述多元醇为聚丙二醇、聚四亚甲基醚二醇的一种或多种。
在上述的长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料中，所述催化剂为二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡的一种或多种。
一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备水固化预聚体
在装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，将一定量的聚醚多元醇混合物加热到100～110℃左右，在-0.1MPa下真空脱水至水分质量分数小于0.05％，然后冷却至50～60℃，氮气密封，开起搅拌，加入异氰酸酯，缓慢升温到75～85℃进行反应，2～3h后取样测定-NCO含量，至-NCO含量达到理论值时，降温出料，真空脱泡，充氮气密封保存；
步骤2：矿料级配调整
将矿料按级配调整好后，烘干至恒重，然后在干燥箱中冷却至常温，得到级配调好的矿料；
步骤3：制备水固化沥青路面冷补料
按配比，将冷补液和级配调好的集料拌和后，再按配比加入矿粉，搅拌均匀，得到水固化反应型沥青路面冷补料。
在上述的长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料的制备方法中，所述步骤3中矿料级配采用LB型或AC型级配。
与现有技术相比，本长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料及制备方法的优点在于：
1、本发明解决了现有溶剂型冷补料初始强度低、强度形成慢、路用性能差的问题；本发明利用水固化预聚体会遇水快速固化交联形成三维网状包络物，快速且提高冷补料的力学性能和路用性能。
2、本发明解决了现有溶剂型冷补料施工后，无法快速开放交通的问题。采用本发明的冷补料在施工完成后，0.5h-1h小时即可达到快速开放交通的要求。
3、本发明解决了现有溶剂型冷补料存在柴油、松节油等挥发性有害物质，本发明采用水固化预聚体胶结料，无挥发性物质，保护环境。
4、本发明解决了现有反应型冷补料施工工艺复杂、现拌现用不能储存的问题。采用了一种新型水固化预聚体，可实现长期储存，无需现场拌制，施工方便快捷。
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。
一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料，水固化沥青路面冷补料包括水固化预聚体、集料和矿粉；水固化预聚体为单组分水固化预聚体，包括异氰酸酯、多元醇和催化剂；水固化预聚体的-NCO 含量为10～12％；催化剂用量为异氰酸酯和多元醇混合物质量的 0.05～0.1％；集料为玄武岩、石灰岩、辉绿岩、闪长岩的一种或者多种；矿粉为石灰岩或岩浆岩中强基性岩石憎水性石料经磨细得到的矿粉。
其中，冷补料各个原料的质量比为：水固化预聚体：矿料＝5～8：100；集料：矿粉＝90～100：0～10；矿料为集料和矿粉的混合物，水固化预聚体为异氰酸酯、多元醇、催化剂的混合物。
其中，水固化冷补料中的水固化预聚体由异氰酸酯、多元醇、催化剂组成，异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯的一种或多种；多元醇为聚丙二醇、聚四亚甲基醚二醇的一种或多种；催化剂为二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡的一种或多种。
具体的，水固化预聚体能够和水或者空气中湿气发生固化反应，生成交联网状结构的聚合物，其表现出优异的粘结力和韧性；在水固化沥青路面冷补料中，各个原料成分的作用为矿料形成骨架和填充空隙，水固化预聚体起到胶结作用，水固化预聚体与水或者空气中的湿气固化反应后形成交联网状结构，具有优异的粘结力和韧性，将矿料等包络起来，提高水固化反应型沥青路面冷补料的力学性能和路用性能，并且水固化预聚体可以使得冷补料能够快速形成强度，缩短冷补料的成型试件。
实施例1
一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备水固化预聚体
在装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，将150g的聚丙二醇加热到105℃左右，在-0.1MPa下真空脱水至水分质量分数为0.02％，然后冷却至55℃，氮气密封，开起搅拌，加入200g苯二异氰酸酯，缓慢升温到80℃进行反应，反应2h后取样测定-NCO含量为10.5％，然后降温出料，真空脱泡，充氮气密封保存待用；
步骤2：矿料级配调整
将玄武岩矿料级配调整好后，将矿料放置在110℃烘箱中，烘干时间4小时，烘干至恒重，然后在干燥箱中冷却至常温，得到级配调好的矿料；
步骤3：制备水固化沥青路面冷补料
按照如下质量配比配料：集料：4560g；矿粉：240g；水固化预聚体：336g；
按照LB-13型级配称量玄武岩集料烘干至恒重，在干燥箱中冷却至常温后，放入拌锅中，搅拌均匀，得到级配调好的集料，加入水固化预聚体，搅拌均匀，加入矿粉，搅拌均匀，得到水固化沥青路面冷补料。密封储存待用，储存一定时间后取出进行马歇尔试验；
分别对密封储存1、2、3个月的水固化沥青路面冷补料采用马歇尔击实仪进行击实，高度控制在63.5mm，将0.34g二丁基二月桂酸锡催化剂添加到256.8g的水中进行搅拌均匀，然后全部喷洒到水固化冷补料中，立即进行双面击实75次，室温养生。
实施例2
一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备水固化预聚体
在装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，将150g的聚四亚甲基醚二醇加热到105℃左右，在-0.1MPa下真空脱水至水分质量分数为 0.03％，然后冷却至55℃，氮气密封，开起搅拌，加入200g苯二异氰酸酯，缓慢升温到80℃进行反应，反应2h后取样测定-NCO含量为11％，然后降温出料，真空脱泡，充氮气密封保存待用；
步骤2：矿料级配调整
将玄武岩矿料级配调整好后，将矿料放置在110℃烘箱中，烘干时间4小时，烘干至恒重，然后在干燥箱中冷却至常温，得到级配调好的矿料；
步骤3：制备水固化沥青路面冷补料
按照如下质量配比配料：集料：4560g；矿粉：240g；水固化预聚体：360g；
按照LB-13型级配称量玄武岩集料烘干至恒重，在干燥箱中冷却至常温后，放入拌锅中，搅拌均匀，得到级配调好的集料，加入水固化预聚体，搅拌均匀，加入矿粉，搅拌均匀，得到水固化沥青路面冷补料，密封储存待用。
采用马歇尔击实仪进行击实，高度控制在63.5mm，将0.29g辛酸亚锡催化剂添加到258g的水中进行搅拌均匀，然后全部喷洒到水固化冷补料中，立即进行双面击实75次，成型4个试件，室温养生。
实施例3
一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备水固化预聚体
在装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，将150g的聚四亚甲基醚二醇加热到105℃左右，在-0.1MPa下真空脱水至水分质量分数为 0.03％，然后冷却至55℃，氮气密封，开起搅拌，加入200g苯二异氰酸酯，缓慢升温到80℃进行反应，反应2h后取样测定-NCO含量为11％，然后降温出料，真空脱泡，充氮气密封保存待用；
步骤2：矿料级配调整
将玄武岩矿料级配调整好后，将矿料放置在110℃烘箱中，烘干时间4小时，烘干至恒重，然后在干燥箱中冷却至常温，得到级配调好的矿料；
步骤3：制备水固化沥青路面冷补料
按照如下质量配比配料：集料：4560g；矿粉：240g；水固化预聚体：360g；
按照AC-13型级配称量玄武岩集料烘干至恒重，在干燥箱中冷却至常温后，放入拌锅中，搅拌均匀，得到级配调好的集料，加入水固化预聚体，搅拌均匀，加入矿粉，搅拌均匀，得到水固化沥青路面冷补料，密封储存待用。
采用马歇尔击实仪进行击实，高度控制在63.5mm，将0.29g辛酸亚锡催化剂添加到258g的水中进行搅拌均匀，然后全部喷洒到水固化冷补料中，立即进行双面击实75次，成型4个试件，室温养生。
实施例4
一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备水固化预聚体
在装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，将75g的聚丙二醇和75g 的聚四亚甲基醚二醇加热到105℃左右，在-0.1MPa下真空脱水至水分质量分数为0.02％，然后冷却至55℃，氮气密封，开起搅拌，加入 200g苯二异氰酸酯，缓慢升温到80℃进行反应，反应2h后取样测定-NCO含量为11.5％，然后降温出料，真空脱泡，充氮气密封保存待用；
步骤2：矿料级配调整
将玄武岩、辉绿岩矿料级配调整好后，将矿料放置在110℃烘箱中，烘干时间4小时，烘干至恒重，然后在干燥箱中冷却至常温，得到级配调好的矿料；
步骤3：制备水固化沥青路面冷补料
按照如下质量配比配料：集料：4560g；矿粉：240g；水固化预聚体：384g；
按照LB-13型级配称量玄武岩、辉绿岩集料烘干至恒重，在干燥箱中冷却至常温后，放入拌锅中，搅拌均匀，得到级配调好的集料，加入水固化预聚体，搅拌均匀，加入矿粉，搅拌均匀，得到水固化沥青路面冷补料，密封储存待用。
采用马歇尔击实仪进行击实，高度控制在63.5mm，将0.19g二丁基二月桂酸锡和0.19g辛酸亚锡催化剂添加到259.2g的水中进行搅拌均匀，然后全部喷洒到水固化冷补料中，立即进行双面击实75 次，成型4个试件，室温养生。
对比例1
一种溶剂型沥青路面冷补料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备稀释沥青
基质沥青：200g；柴油稀释剂：50g
将基质沥青加热至135℃，加入稀释剂，搅拌均匀，得到稀释沥青，80℃烘箱中保温待用。
步骤2：矿料级配调整
将玄武岩矿料级配调整好后，将矿料放置在80℃烘箱中烘干，得到级配调好的矿料；
步骤3：制备溶剂型冷补料
按照如下质量配比配料：
集料：4560g；矿粉：240g；稀释沥青：264g
按LB-13级配称量矿料，烘干后，放入拌锅中，搅拌均匀，得到级配调好的矿料，加入稀释沥青，搅拌均匀，加入矿粉，搅拌均匀，得到溶剂型型沥青路面冷补料。
对比例2
一种热拌SBS改性沥青SMA-13沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备SBS改性沥青
SBS改性沥青:300g
将SBS改性沥青在165℃烘箱中加热3小时，保温待用；
步骤2：矿料级配调整
将玄武岩矿料级配调整好后，将矿料和木质素纤维放置在170℃烘箱中烘干，得到级配调好的矿料；
步骤3：制备热拌SBS改性沥青混合料
按照如下质量配比配料：
集料：4560g；矿粉：240g；SBS改性沥青：288g
按SMA-13级配称量矿料，烘干后，和木质素纤维一起放入拌锅中，搅拌均匀，得到级配调好的矿料，加入SBS改性沥青，搅拌均匀，加入矿粉，搅拌均匀，得到热拌SBS改性沥青混合料。
将实施例1-4、对比例1-2制备的冷补料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行马歇尔试验。
表1实施例1存储不同时间的冷补料马歇尔稳定度试验结果
表2实施例1-4、对比例1-2的冷补料马歇尔稳定度试验结果
实施例1-4的冷补料马歇尔稳定度远远大于对比例1和对比例2，并且远远大于《公路沥青路面施工技术规范》对SMA-13沥青混合料的指标要求，说明本发明的水固化沥青路面冷补料性能较优。
实施例1密封储存1、2、3个月内的水固化冷补料的强度均远远大于开放交通3kN的初始强度条件，水固化冷补料能够至少储存3个月以上；与其他实例形成对比，证明本发明的水固化沥青路面冷补料，快速形成了强度，缩短了养生时间，能够达到快速开放交通的要求，并且达到热拌沥青混合料的性能水平。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料，其特征在于，所述水固化沥青路面冷补料包括水固化预聚体、集料和矿粉；所述水固化预聚体为单组分水固化预聚体，包括异氰酸酯、多元醇和催化剂；
水固化预聚体的-NCO含量为10～12％；催化剂用量为异氰酸酯和多元醇混合物质量的0.05～0.1％；
所述集料为玄武岩、石灰岩、辉绿岩、闪长岩的一种或者多种；所述矿粉为石灰岩或岩浆岩中强基性岩石憎水性石料经磨细得到的矿粉。
2.根据权利要求1所述的一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料，其特征在于，所述冷补料各个原料的质量比为：水固化预聚体：矿料＝5～8：100；集料：矿粉＝90～100：0～10；所述矿料为集料和矿粉的混合物，所述水固化预聚体为异氰酸酯、多元醇、催化剂的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料，其特征在于，所述水固化冷补料中的水固化预聚体由异氰酸酯、多元醇、催化剂组成，所述异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料，其特征在于，所述多元醇为聚丙二醇、聚四亚甲基醚二醇的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料，其特征在于，所述催化剂为二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡的一种或多种。
6.一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：制备水固化预聚体
在装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，将一定量的聚醚多元醇混合物加热到100～110℃左右，在-0.1MPa下真空脱水至水分质量分数小于0.05％，然后冷却至50～60℃，氮气密封，开起搅拌，加入异氰酸酯，缓慢升温到75～85℃进行反应，2～3h后取样测定-NCO含量，至-NCO含量达到理论值时，降温出料，真空脱泡，充氮气密封保存；
步骤2：矿料级配调整
将矿料按级配调整好后，烘干至恒重，然后在干燥箱中冷却至常温，得到级配调好的矿料；
步骤3：制备水固化沥青路面冷补料
按配比，将冷补液和级配调好的集料拌和后，再按配比加入矿粉，搅拌均匀，得到水固化反应型沥青路面冷补料。
7.根据权利要求6所述的一种长寿命快硬环保型水固化沥青路面冷补料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中矿料级配采用LB型或AC型级配。
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