CN116063859B - 一种高海拔寒区路面裂缝修复用材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高海拔寒区路面裂缝修复用材料及其制备方法，涉及路面裂缝修复材料技术领域。该材料包括以下重量组分：90号基质沥青30‑50份；微弹簧超弹性形状记忆复合微粒5‑10份；超高韧性改性剂A25‑35份；超高韧性改性剂B10‑20份；无机纳米抗氧化改性剂1‑3份。本发明提供的一种高海拔寒区路面裂缝修复用材料具有高粘结性、优异的低温抗裂韧性及抗紫外线老化性能，尤其适合紫外线辐射强烈且昼夜温差及四季温差大的高海拔寒区路面裂缝的修复。
Description
技术领域
本发明涉及路面裂缝修复材料技术领域，具体为一种高海拔寒区路面裂缝修复用材料及其制备方法。
背景技术
路面服役过程中，在交通荷载及自然营力的作用下，会产生各类裂缝，如路面横向裂缝、纵向裂缝、块状裂缝和反射裂缝等，裂缝是路面最为典型的早期病害之一。裂缝会改变路面面层结构的受力特性，一定程度上降低路面承载能力；还会导致大气降水沿裂缝进入路面内部，浸泡软化路基，进一步降低路面结构整体承载力；同时在高频交通荷载的作用下，易对路基产生动水压冲刷破坏，出现路面板底断裂或路面基层间有空隙等情况，进一步发展会引起路面面层及整体结构的破坏。可见，如果任由路面裂缝自由发展，会加剧路面服役损坏进程，严重缩短路面服役寿命。
因此，为了延长路面服役寿命，保证路面行车舒适性，需要对路面早期裂缝病害进行及时的修复处理。路面裂缝的及时修复，不仅能够恢复路面服役性能，且能够大幅延长路面服役寿命，更甚大幅降低路面养护维修成本，实现路面全寿命期的低碳节能愿景。
高海拔寒区路面由于昼夜及四季温差大，加之运煤等重载交通作用，早期路面裂缝病害问题异常突出；另外，高海拔寒区路面紫外线辐射较强，这就要求高海拔寒区路面裂缝修复材料需要能够承受大温差及强紫外线辐射作用，需要具有良好的低温韧性抗裂及紫外线抗老化性能。
目前并未有专门针对高海拔寒区路面裂缝材料的研发，传统的路面裂缝修复材料低温韧性不足，在温度应力作用下易发生路面裂缝修复材料的二次开裂破坏；另外传统路面裂缝修复材料普遍存在抗紫外线老化能力不足问题，使得其对高海拔寒区路面裂缝修复效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高海拔寒区路面裂缝修复用材料及其制备方法，该路面裂缝修复用材料具有优异的抗紫外老化、抗低温开裂韧性及高粘结性，适用于高海拔寒区路面裂缝的修复。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高海拔寒区路面裂缝修复用材料，包括以下重量组分：
90号基质沥青 30-50份；
微弹簧超弹性形状记忆复合微粒 5-10份；
超高韧性改性剂A 25-35份；
超高韧性改性剂B 10-20份；
无机纳米抗氧化改性剂 1-3份；
所述微弹簧超弹性形状记忆复合微粒由具有形状记忆功能的聚乙烯-丁苯橡胶热塑性硫化胶和包裹超细NiTi形状记忆合金丝加工成的螺旋微弹簧组成；
所述超高韧性改性剂A的制备方法包括以下步骤：
A1：取20-40重量份聚氧化丙烯二元醇、20-40重量份聚氧化丙烯三元醇混合均匀后，升温至80-100℃反应60min；然后抽真空4-6小时脱除水分，再充氮气保护；脱除水分后加入20-40重量份异氰酸酯，搅拌均匀后升温至60-80℃，反应160-200min后，得到聚氨酯弹性体增韧剂；
A2：取10-30重量份E-51环氧树脂和50-70重量份聚氨酯弹性体增韧剂混合均匀，于60-80℃温度下反应150-180min后，加入5-10重量份催化剂二月桂酸二丁基锡后反应60min；再加入10-20重量份带有环氧基的活性稀释剂搅拌均匀，即得超高韧性改性剂A组分；所述带有环氧基的活性稀释剂选自1,4-丁二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、亚烷基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚中的一种；
所述超高韧性改性剂B为改性胺类固化剂，其制备方法如下：
B1：按照重量份，依次加入20-30重量份三甲基己二胺和10-30重量份苯酚，加热至完全溶解，得到第一混合溶液；
B2：向第一混合溶液中滴加50-60重量份的30-40%甲醛溶液，滴加时间控制在40-70min，滴加完甲醛溶液后，得到第二混合溶液；
B3：将第二混合溶液加热并进行回流反应60-120min，然后进行真空脱水，直至得到透明粘稠状超高韧性改性剂B组分。
进一步地，所述超细NiTi形状记忆合金丝的直径为20-40μm，所述螺旋微弹簧的长度为700-900μm；所述微弹簧超弹性形状记忆复合微粒的粒径为70-90目。
进一步地，所述无机纳米抗氧化改性剂选自纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛及层状硅酸盐粘土中的一种。
进一步地，如上所述的高海拔寒区路面裂缝修复用材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量组分取90号基质沥青在140-160℃温度下油浴加热至熔融状态；
S2：向呈熔融状的90号基质沥青中，分批依次加入无机纳米抗氧化改性剂和微弹簧超弹性形状记忆复合微粒，该过程在30min内完成；然后均匀搅拌60min，得到混合沥青；整个过程温度控制在140-160℃；
S3：将S2中得到的混合沥青在160-180℃温度下油浴加热至稳定熔融状态，在10min内分批依次加入超高韧性改性剂B和超高韧性改性剂A ，完全加入后均匀搅拌10min；再放置于180℃油浴锅中以5000r/min高速旋转剪切60min；剪切结束后，置于160-180℃烘箱中溶胀发育30min，即得高海拔寒区路面裂缝修复用材料成品。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明提供的高海拔寒区路面裂缝修复用材料，具有高粘结性，可对路面裂缝进行粘合修复，复原交通荷载作用下路面面层受力模式。
（2）本发明提供的高海拔寒区路面裂缝修复用材料，具有良好的低温抗裂韧性，适合昼夜温差及四季温差大的寒区路面裂缝修复，可有效避免在温度应力作用下路面裂缝修复材料产生二次开裂破坏。
（3）本发明提供的高海拔寒区路面裂缝修复用材料，具有优异的抗紫外线老化能力，适合高海拔紫外线辐射作用强烈地区的路面裂缝修复使用，可防止路面裂缝修复材料在强紫外线辐射作用下产生老化，进而有效避免路面裂缝修复材料发生二次开裂破坏。
附图说明
图1为本发明中超高韧性改性剂A组分制备流程图；
图2为本发明中超高韧性改性剂B组分制备流程图；
图3为本发明制备高海拔寒区路面裂缝修复用材料成品流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例1
本发明提供一种高海拔寒区路面裂缝修复用材料，包括以下重量组分：
90号基质沥青 35份；
微弹簧超弹性形状记忆复合微粒 9份；
超高韧性改性剂A 30份；
超高韧性改性剂B 15份；
无机纳米抗氧化改性剂 2份。
其中微弹簧超弹性形状记忆复合微粒由具有形状记忆功能的聚乙烯-丁苯橡胶热塑性硫化胶和包裹超细NiTi形状记忆合金丝加工成的螺旋微弹簧组成；超细NiTi形状记忆合金丝的直径为20-40μm，螺旋微弹簧的长度为700-900μm；微弹簧超弹性形状记忆复合微粒的粒径为70-90目。
超高韧性改性剂A包括以下重量组分：E-51环氧树脂20份，聚氨酯弹性体增韧剂60份，带有环氧基的活性稀释剂20份。聚氨酯弹性体增韧剂包括重量组分1：1：1的聚氧化丙烯二元醇、聚氧化丙烯三元醇和异氰酸酯；带有环氧基的活性稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚。
超高韧性改性剂B为改性胺类固化剂；无机纳米抗氧化改性剂为层状硅酸盐粘土。
如上的高海拔寒区路面裂缝修复用材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：制备超高韧性改性剂A（如图1所示）
A1：取35份聚氧化丙烯二元醇、35份聚氧化丙烯三元醇混合均匀后，升温至80-100℃反应60min；然后抽真空4-6小时脱除水分，再充氮气保护；脱除水分后加入35份异氰酸酯，搅拌均匀后升温至60-80℃，反应160-200min后，得到聚氨酯弹性体增韧剂；
A2：取20份E-51环氧树脂和60份聚氨酯弹性体增韧剂混合均匀，于60-80℃温度下反应150-180min后，加入10份催化剂二月桂酸二丁基锡后反应60min；再加入20份带有环氧基的活性稀释剂搅拌均匀，即得超高韧性改性剂A组分。
步骤2：制备超高韧性改性剂B（如图2所示）
B1：按照重量份，依次加入25份三甲基己二胺和25份苯酚，加热至完全溶解，得到第一混合溶液；
B2：向第一混合溶液中滴加50份的30-40%甲醛溶液，滴加时间控制在40-70min，滴加完甲醛溶液后，得到第二混合溶液；
B3：将第二混合溶液加热并进行回流反应60-120min，然后进行真空脱水，直至得到透明粘稠状超高韧性改性剂B组分。
步骤3：制备高海拔寒区路面裂缝修复用材料成品（如图3所示）
S1：按重量组分取35份90号基质沥青在140-160℃温度下油浴加热至熔融状态；
S2：向呈熔融状的90号基质沥青中，分批依次加入2份无结团的无机纳米抗氧化改性剂和9份微弹簧超弹性形状记忆复合微粒，该过程在30min内完成；然后均匀搅拌60min，得到混合沥青；整个过程温度控制在140-160℃；
S3：将S2中得到的混合沥青在160-180℃温度下油浴加热至稳定熔融状态，在10min内分批依次加入15份超高韧性改性剂B和30份超高韧性改性剂A ，完全加入后均匀搅拌10min；再放置于180℃油浴锅中以5000r/min高速旋转剪切60min；剪切结束后，置于160-180℃烘箱中溶胀发育30min，即得高海拔寒区路面裂缝修复用材料成品。
实施例2
基于实施例1提供的高海拔寒区路面裂缝修复用材料的制备方法，其中各组分的加入量还可以是如下所示：
90号基质沥青 35份；
微弹簧超弹性形状记忆复合微粒 10份；
超高韧性改性剂A 30份；
超高韧性改性剂B 15份；
无机纳米抗氧化改性剂 1份。
其中，超高韧性改性剂A包括以下重量组分：E-51环氧树脂20份，聚氨酯弹性体增韧剂50份，带有环氧基的活性稀释剂20份。聚氨酯弹性体增韧剂包括35份聚氧化丙烯二元醇、35份聚氧化丙烯三元醇和35份异氰酸酯；带有环氧基的活性稀释剂为聚丙二醇二缩水甘油醚。
超高韧性改性剂B为改性胺类固化剂；无机纳米抗氧化改性剂为纳米碳酸钙。
实施例3
基于实施例1提供的高海拔寒区路面裂缝修复用材料的制备方法，其中各组分的加入量还可以是如下所示：
90号基质沥青 50份；
微弹簧超弹性形状记忆复合微粒 7份；
超高韧性改性剂A 35份；
超高韧性改性剂B 15份；
无机纳米抗氧化改性剂 3份。
其中，超高韧性改性剂A包括以下重量组分：E-51环氧树脂30份，聚氨酯弹性体增韧剂60份，带有环氧基的活性稀释剂10份。聚氨酯弹性体增韧剂包括35份聚氧化丙烯二元醇、35份聚氧化丙烯三元醇和35份异氰酸酯；带有环氧基的活性稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚。
超高韧性改性剂B为改性胺类固化剂；无机纳米抗氧化改性剂为纳米二氧化硅。
将上述三个实施例制备的高海拔寒区路面裂缝修复用材料进行性能测试，专利ZL201810774944.2（对照1）和ZL201610269989.5（对照2）提供的修补材料为对照组进行性能测试；专利ZL201810774944.2公开“一种使用耐老化材料的路面修补方法”，专利ZL201610269989.5公开“一种低收缩、高粘结强度的沥青路面裂缝快速修补材料及其制备方法”。性能测试结果如下表所示：
由上述性能测试结果可知，采用本发明提出的一种高海拔寒区路面裂缝修复用材料，在粘结性能、低温抗裂韧性、抗紫外线老化方面的性能，远高于对照1（专利ZL201810774944.2）和对照2（专利ZL 201610269989.5）；本发明提供的一种高海拔寒区路面裂缝修复用材料具有高粘结性、优异的低温抗裂韧性及抗紫外线老化性能，尤其适合紫外线辐射强烈且昼夜温差及四季温差大的高海拔寒区路面裂缝的修复。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高海拔寒区路面裂缝修复用材料，其特征在于，包括以下重量组分：
90号基质沥青 30-50份；
微弹簧超弹性形状记忆复合微粒 5-10份；
超高韧性改性剂A 25-35份；
超高韧性改性剂B 10-20份；
无机纳米抗氧化改性剂 1-3份；
所述微弹簧超弹性形状记忆复合微粒由具有形状记忆功能的聚乙烯-丁苯橡胶热塑性硫化胶和包裹超细NiTi形状记忆合金丝加工成的螺旋微弹簧组成；
所述超高韧性改性剂A的制备方法包括以下步骤：
A1：取20-40重量份聚氧化丙烯二元醇、20-40重量份聚氧化丙烯三元醇混合均匀后，升温至80-100℃反应60min；然后抽真空4-6小时脱除水分，再充氮气保护；脱除水分后加入20-40重量份异氰酸酯，搅拌均匀后升温至60-80℃，反应160-200min后，得到聚氨酯弹性体增韧剂；
A2：取10-30重量份E-51环氧树脂和50-70重量份聚氨酯弹性体增韧剂混合均匀，于60-80℃温度下反应150-180min后，加入5-10重量份催化剂二月桂酸二丁基锡后反应60min；再加入10-20重量份带有环氧基的活性稀释剂搅拌均匀，即得超高韧性改性剂A组分；所述带有环氧基的活性稀释剂选自1,4-丁二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、亚烷基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚中的一种；
所述超高韧性改性剂B为改性胺类固化剂，其制备方法如下：
B1：按照重量份，依次加入20-30重量份三甲基己二胺和10-30重量份苯酚，加热至完全溶解，得到第一混合溶液；
B2：向第一混合溶液中滴加50-60重量份的30-40%甲醛溶液，滴加时间控制在40-70min，滴加完甲醛溶液后，得到第二混合溶液；
B3：将第二混合溶液加热并进行回流反应60-120min，然后进行真空脱水，直至得到透明粘稠状超高韧性改性剂B组分。
2.根据权利要求1所述的一种高海拔寒区路面裂缝修复用材料，其特征在于，所述超细NiTi形状记忆合金丝的直径为20-40μm，所述螺旋微弹簧的长度为700-900μm；所述微弹簧超弹性形状记忆复合微粒的粒径为70-90目。
3.根据权利要求1所述的一种高海拔寒区路面裂缝修复用材料，其特征在于，所述无机纳米抗氧化改性剂选自纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛及层状硅酸盐粘土中的一种。
4.如权利要求1~3任意一项所述的高海拔寒区路面裂缝修复用材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按重量组分取90号基质沥青在140-160℃温度下油浴加热至熔融状态；
S2：向呈熔融状的90号基质沥青中，分批依次加入无机纳米抗氧化改性剂和微弹簧超弹性形状记忆复合微粒，该过程在30min内完成；然后均匀搅拌60min，得到混合沥青；整个过程温度控制在140-160℃；
S3：将S2中得到的混合沥青在160-180℃温度下油浴加热至稳定熔融状态，在10min内分批依次加入超高韧性改性剂B和超高韧性改性剂A ，完全加入后均匀搅拌10min；再放置于180℃油浴锅中以5000r/min高速旋转剪切60min；剪切结束后，置于160-180℃烘箱中溶胀发育30min，即得高海拔寒区路面裂缝修复用材料成品。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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