CN116004020B - 自愈型预养护沥青的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道路材料技术领域，具体而言，涉及一种自愈型预养护沥青的制备方法。该自愈型预养护沥青的制备方法包括：将沥青加热至熔融，并向其中加入5wt％～10wt％煤直接液化残渣、0.5wt％～2.5wt％纳米蒙脱土、0.5wt％～2.5wt％纳米氧化铝以及0.5wt％～2.5wt％纳米硫酸钙，拌合混匀。自愈型预养护沥青相较于传统沥青与混凝土路面具有更好的相容性，从而能够在通过修补方法实现混凝土路面的有效修复。

Description

自愈型预养护沥青的制备方法

技术领域

本发明涉及道路材料技术领域，具体而言，涉及一种自愈型预养护沥青的制备方法。

背景技术

公路交通系统的完善对社会经济发展影响重大，我国道路建设一直以来都以水泥混凝土路面为主，然而大部分道路的寿命都不长，这就需要我们对公路的养护采取相应的措施来延长它的使用寿命。沥青公路路面具有表面平整无接缝、行车振动小、噪音低、铺筑后开放交通快等优点，在高等级公路和市政道路中得到越来越广泛的应用。

由于使用年限、气候和养护不佳等因素影响，沥青公路在长期使用之后会发生裂缝、断层、松散、坑槽等病害，如果裂缝得不到及时修补，在水和荷载共同作用下,会导致更为严重的沥青路面结构性破坏，严重降低沥青路面的整体性、安全性和行车舒适性。

目前，对于沥青路面断层或裂缝病害，一般采用裂缝修补材料对其进行封堵，以达到恢复道路使用功能和延长道路使用寿命的目的。当前的主要修补技术包括：

(1)灌缝技术

灌缝修补技术是指采用开槽机、灌缝机等专业机器设备，以及专门材料灌缝胶对路面裂缝进行修补的预防性养护技术，是国外最普遍使用的裂继修补技术。灌缝修补的主要技术步骤主要有开槽、清缝以及灌缝等。灌缝胶又可以分为加热型和常温型两种，加热型灌缝胶主要是指橡胶沥青密封胶，常温型灌缝胶主要包括有机硅、聚氨酯和聚硫物等。

(2)贴缝技术

贴缝是近年新兴的沥青路面裂缝修补技术，通过车辆荷载等外部作用力挤压贴缝带对沥青路面裂缝进行封闭。贴缝技术不需对沥青路面进行开槽，将路表裂缝稍作清理就可以直接进行施工。贴缝技术的施工效率较高，2～3名施工人员每小时可贴缝500延米，施工效率较灌缝施工高出10倍。

(3)压力灌浆

压力灌浆技术是指采用专用的灌浆设备，采用高压注浆的方式将流动性较好的化学浆液通过钻孔灌入深层裂缝中，一般用于修补半刚性沥青路面的反射裂缝。压浆前对裂缝表面进行封堵，沿裂缝两端每隔一段距离预埋注浆管，从第一段开始依次注浆，直至相邻注浆管溢出浆液后压浆前移。

(4)自修复技术

自修复技术是利用沥青混凝土的自愈性，通过提高沥青混凝土的自愈效率以实现沥青路面微型裂缝的自愈修补，该技术在国内外正处于研究阶段，并未应用于实际工程中。沥青混合料的自愈修补主要通过微胶囊技术和感应加热技术两个途径实现。微胶囊技术是在沥青胶浆中使用嵌入的封装化学品，沥青胶浆在老化和累积损伤的共同作用开始出现微裂纹使微胶囊破裂，化学物质通过扩散进入沥青胶浆，这些化学物质修复材料可以提高沥青的愈合速度。感应加热技术是通过向沥青胶浆中加入导电粒子，当沥青胶浆出现微裂纹时，可以通过感应加热来提高沥青胶凝料的自愈能力，从而达到封堵裂缝的目的。微胶毫技术自愈效率快，但其成本高昂，技术要求高，且只具备一次愈合功效。感应加热技术愈合迅速，且能够多次修复，相对于微胶囊技术具有较低的技术要求，具有更好的实用前景和价值。

相较而言，自修复技术是当前最具前景的修复技术，但微胶囊和感应加热技术普遍存在成本较高，或操作复杂的问题，因而并未实际广泛采用。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种自愈型预养护沥青的制备方法，其包括：

将沥青加热至熔融，并向其中加入5wt％～10wt％煤直接液化残渣、0.5wt％～2.5wt％纳米蒙脱土、0.5wt％～2.5wt％纳米氧化铝以及0.5wt％～2.5wt％纳米硫酸钙，拌合混匀。

本发明的第二目的在于提供如上所述的方法制备得到自愈型预养护沥青。

本发明的第三目的在于提供如上所述的自愈型预养护沥青在混凝土路面修补。

本发明的有益效果为：

自愈型预养护沥青相较于传统沥青(如SBS改性沥青)与混凝土路面具有更好的相容性，从而能够在通过修补方法实现混凝土路面的有效修复。

具体实施方式

现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。

除非另有说明，用于披露本发明的所有术语(包括技术和科学术语)的意义与本发明所属领域普通技术人员所通常理解的相同。通过进一步的指导，随后的定义用于更好地理解本发明的教导。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本文所使用的术语“和/或”、“或/和”、“及/或”的选择范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。需要说明的是，当用至少两个选自“和/或”、“或/和”、“及/或”的连词组合连接至少三个项目时，应当理解，在本申请中，该技术方案毫无疑问地包括均用“逻辑与”连接的技术方案，还毫无疑问地包括均用“逻辑或”连接的技术方案。比如，“A及/或B”包括A、B和A+B三种并列方案。又比如，“A，及/或，B，及/或，C，及/或，D”的技术方案，包括A、B、C、D中任一项(也即均用“逻辑或”连接的技术方案)，也包括A、B、C、D的任意的和所有的组合，也即包括A、B、C、D中任两项或任三项的组合，还包括A、B、C、D的四项组合(也即均用“逻辑与”连接的技术方案)。

本发明中所使用的术语“含有”、“包含”和“包括”是同义词，其是包容性或开放式的，不排除额外的、未被引述的成员、元素或方法步骤。

本发明中用端点表示的数值范围包括该范围内所包含的所有数值及分数，以及所引述的端点。

本发明中涉及浓度数值，其含义包括在一定范围内的波动。比如，可以在相应的精度范围内波动。比如2％，可以允许±0.1％范围内波动。对于数值较大或无需过于精细控制的数值，还允许其含义包括更大波动。比如100mM，可以允许±1％、±2％、±5％等范围内的波动。涉及分子量，允许其含义包括±10％的波动。

本发明中，涉及“多个”、“多种”等描述，如无特别限定，指在数量上指大于等于2。

本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。

本发明中，“优选”、“更好”、“更佳”、“为宜”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。本发明中，“可选地”、“可选的”、“可选”，指可有可无，也即指选自“有”或“无”两种并列方案中的任一种。如果一个技术方案中出现多处“可选”，如无特别说明，且无矛盾之处或相互制约关系，则每项“可选”各自独立。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。除非和本申请的发明目的和/或技术方案相冲突，否则，本发明涉及的引用文献以全部内容、全部目的被引用。本发明中涉及引用文献时，相关技术特征、术语、名词、短语等在引用文献中的定义也一并被引用。本发明中涉及引用文献时，被引用的相关技术特征的举例、优选方式也可作为参考纳入本申请中，但以能够实施本发明为限。应当理解，当引用内容与本申请中的描述相冲突时，以本申请为准或者适应性地根据本申请的描述进行修正。

本发明涉及一种自愈型预养护沥青的制备方法，其包括：

将沥青加热至熔融，并向其中加入5wt％～10wt％煤直接液化残渣、0.5wt％～2.5wt％纳米蒙脱土、0.5wt％～2.5wt％纳米氧化铝以及0.5wt％～2.5wt％纳米硫酸钙，拌合混匀。

煤直接液化残渣(direct coal liquefaction residue,DCLR)是煤直接液化工艺中所产生的副产品的主要成分，其与沥青在高温下具有较好的共混特性，并且具有改变沥青流变性能作用。在本发明中，将煤直接液化残渣与沥青的混合体系中额外添加特定添加量的纳米蒙脱土、纳米氧化铝和纳米硫酸钙，能够使得自愈型预养护沥青与混凝土路面的相容性得到显著提升，从而可促进沥青能够渗透入地面，其渗透力能够自动把路面断层或裂缝修补好，在原料价格低廉的前提下大大节约了人力成本和时间成本。

在现有技术中，通常认为纳米蒙脱土对沥青的耐候性有提高作用，纳米氧化铝则多用于改善沥青的机械性能，并鲜少有纳米硫酸钙的相关报道。本发明的发明人在采用硫酸钙晶须进行沥青改性时，意外发现纳米蒙脱土、纳米氧化铝及纳米硫酸钙配合能有效改进煤直接液化残渣和沥青混合物的特性，并提供其对混凝土的相容性。有鉴于相容性的提升主要依靠分子间作用力所产生的吸附作用，因而这可能与纳米蒙脱土、纳米氧化铝及纳米硫酸钙与混凝土中固有成分存在一定的相似度有关。

在一些实施方式中，所述的自愈型预养护沥青的制备方法包括：

熔融沥青中加入1wt％～2wt％纳米蒙脱土、1wt％～2wt％纳米氧化铝以及1wt％～2wt％纳米硫酸钙。

在一些实施方式中，所述沥青为SBS改性沥青。

SBS改性沥青本身与DCLR具有很好的相容性，且流动性足够好。

在一些实施方式中，所述加热的温度为120℃～160℃，例如130℃、140℃、150℃。

在一些实施方式中，所述拌合包括：

先1000rpm～3000rpm搅拌20min～40min，再5000rpm～7000rpm搅拌60min～120min。

在一些实施方式中，所述拌合包括：

先1500rpm～2500rpm搅拌25min～35min，再5500rpm～6500rpm搅拌80min～100min。

根据本发明的再一方面，还涉及自愈型预养护沥青，其由如上所述的方法制备得到。

根据本发明的再一方面，还涉及一种混凝土路面修补方法，其包括：

将如上所述的自愈型预养护沥青浇筑于预先清理干净的破损路面，并进行养护。

在一些实施方式中，清理破损路面的方法为使用高压喷雾对混凝土路面的凹坑进行清洗，去除残破混凝土表面的灰尘和杂物。

在一些实施方式中，所述养护为保湿养护。

保湿养护可通过洒水、覆盖等方式进行，能帮助自修复微球中的成分吸收水分，对短期修复和长期修复都更有利，且所结合的水可防止路面干裂。

在一些实施方式中，所述混凝土路面修补材料通过平板型震动夯实机震动抹平。

震动抹平可帮助自愈型预养护沥青进入待修复的道路缝隙中，从而获得更佳的修复效果。

在一些实施方式中，所述混凝土为沥青混凝土。

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，优先参考本发明中给出的指引，还可以按照本领域的实验手册或常规条件，还可以参考本领域已知的其它实验方法，或者按照制造厂商所建议的条件。

下述的具体实施例中，涉及原料组分的量度参数，如无特别说明，可能存在称量精度范围内的细微偏差。涉及温度和时间参数，允许仪器测试精度或操作精度导致的可接受的偏差。

下述实施例所采用的SBS改性沥青为市售产品，其产品规格符合《JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范》聚合物改性沥青中SBS I-D技术要求。具体如下表所示：

实施例1

自愈型预养护沥青的制备方法：

将SBS改性沥青加热140℃至流动状态，将煤直接液化残渣以7wt％的比例边搅拌边添加进去；

将纳米氧化铝、纳米硫酸钙和烘干至恒重的纳米蒙脱土分别以1.5wt％、1.5wt％、1.5wt％的比例添加进去；

进行拌合，拌和时使用高速剪切拌和机，拌合速率由慢到快，先2000rpm搅拌30min，再6000rpm搅拌90min。

实施例2

自愈型预养护沥青的制备方法：

将SBS改性沥青加热120℃至流动状态，将煤直接液化残渣以10wt％的比例边搅拌边添加进去；

将纳米氧化铝、纳米硫酸钙和烘干至恒重的纳米蒙脱土分别以2.5wt％、0.5wt％、2.5wt％的比例添加进去；

进行拌合，拌和时使用高速剪切拌和机，拌合速率由慢到快，先1000rpm搅拌40min，再7000rpm搅拌60min。

实施例3

自愈型预养护沥青的制备方法：

将SBS改性沥青加热160℃至流动状态，将煤直接液化残渣以5wt％的比例边搅拌边添加进去；

将纳米氧化铝、纳米硫酸钙和烘干至恒重的纳米蒙脱土分别以0.5wt％、2.5wt％、0.5wt％的比例添加进去；

进行拌合，拌和时使用高速剪切拌和机，拌合速率由慢到快，先3000rpm搅拌20min，再5000rpm搅拌120min。

实施例4

一种混凝土路面修补方法，包括：

1)通过实施例1～3任一项所述的方法制备得到自愈型预养护沥青。

2)施工准备

施工前，应沿着行车方向，将原路面铣刨、填料摊铺宽度范围准确画出。并详细调查施工场地车辙等病害程度，按照实际情况合理选用铣刨方案，且铣刨掉原路面凸出位置。随后，使用高压喷雾对混凝土路面的凹坑进行清洗，去除残破混凝土表面的灰尘和杂物。

3)浇筑施工

浇筑后采用平板型震动夯实机抹平。平板型震动夯实机的振动频率、振幅开到最大，如此可使得自愈型预养护沥青充分浸润待修复的裂缝。

4)通过洒水、覆盖保水防晒膜的方式进行养护24小时后，即可通车。

各组设置

实验组：实施例1制备得到的自愈型预养护沥青。

对比例1：仅采用SBS改性沥青

对比例2：与实验组大致相同，区别仅在于将纳米氧化铝、纳米硫酸钙和纳米蒙脱土替换为等量的煤直接液化残渣。

实验例

1.各组沥青与旧混凝土路面材料相容性分析

根据文献(公路沥青路面施工，殷岳川，人民交通出版社，2000)记载，不同种类的石料与不同性质的沥青的相容性是不尽相同的。有的相容性好些，而有的相容性则较差。下表为采用80℃浸水法所检测的，本发明所采用沥青与常用不同石料制备得到的沥青混凝土的粘附性试验结果。各组沥青混凝度的制备方法相同，区别仅在于所用石料不同，且各组均符合GBJ92-86的沥青混凝土验收标准。

各组沥青与不同石料沥青混凝土的粘附性测试结果(剥落率％)

从上表可以看出，实验组与不同石料沥青混凝土的粘附性最好，仅对砂岩混凝土无明显改善，说明本发明所提供的自愈型预养护沥青与各种常见的沥青混凝土均具有显著提升的相容性。

2.修复效果检测

采用实施例4所提供的方法进行修复，所采用的混凝土的石料为花岗岩。修复效果检测参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中关于混凝土抗折抗压强度试验方法实验进行测试，测试结果如下：

从上表可知，本发明的修补方法，在1d～28d的时候抗压效果和抗折效果均显著优于对比例。

混凝土收缩性实验方法参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》T0566-2005中水泥混凝土干缩性实验方法进行。结果如下表所示。

三组的收缩率都能满足行业要求，但显然实验组效果更佳。

作为比较，请参阅本发明申请人此前所提交的公开日为20220923的中国专利CN115094738A，虽然本专利的技术效果整体上逊色于该现有技术，但该专利需要预先制备自修复微球，成本更高。本专利以相对简洁的技术方案，更方便的达到与自修复微球基本相同的技术效果，具有广泛的应用前景。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.自愈型预养护沥青的制备方法，其特征在于，包括：

将沥青加热至熔融，并向其中加入5wt％～10wt％煤直接液化残渣、0.5wt％～2.5wt％纳米蒙脱土、0.5wt％～2.5wt％纳米氧化铝以及0.5wt％～2.5wt％纳米硫酸钙，拌合混匀；

所述沥青为SBS改性沥青。

2.根据权利要求1所述的自愈型预养护沥青的制备方法，其特征在于，包括：

熔融沥青中加入1wt％～2wt％纳米蒙脱土、1wt％～2wt％纳米氧化铝以及1wt％～2wt％纳米硫酸钙。

3.根据权利要求1所述的自愈型预养护沥青的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为120℃～160℃。

4.根据权利要求1～3任一项所述的自愈型预养护沥青的制备方法，其特征在于，所述拌合包括：

先1000rpm～3000rpm搅拌20min～40min，再5000rpm～7000rpm搅拌60min～120min。

5.自愈型预养护沥青，其特征在于，由权利要求1～4任一项所述的方法制备得到。

6.混凝土路面修补方法，其特征在于，包括：

将权利要求5所述的自愈型预养护沥青浇筑于预先清理干净的破损路面，并进行养护。

7.根据权利要求6所述的混凝土路面修补方法，其特征在于，清理破损路面的方法为使用高压喷雾对混凝土路面的凹坑进行清洗，去除残破混凝土表面的灰尘和杂物。

8.根据权利要求6所述的混凝土路面修补方法，其特征在于，所述养护为保湿养护。

9.根据权利要求6所述的混凝土路面修补方法，其特征在于，所述混凝土路面修补材料通过平板型震动夯实机震动抹平。