一种针对酸性骨料沥青路面的高粘弹性灌缝材料及其制备方法

技术领域

本发明属于沥青路面养护领域，具体涉及一种针对酸性骨料沥青路面的高粘弹性灌缝材料及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的发展，交通事业取得了突飞猛进的进步，公路建设总里程和高等级公路建设里程已经分别达到了世界第一和第二的位置。在我国建设的公路中有75％属于沥青路面，这个比例在高等级公路中更高，这是因为沥青路面具有减震效果好、行车舒适、噪声低、对路基适应性强及修复速度快等优点。沥青路面有优点也有缺陷，主要是由于在沥青路面中充当粘结材料的沥青属于有机物，其具有温度敏感性和存在老化现象，所以建成后服役过程中的沥青路面会逐渐产生病害。

裂缝是所有沥青路面病害中最早出现、且普遍存在于各个国家沥青路面中的一种病害形式。美国SHRP研究计划表明，对路面病害进行及时的修补养护不仅能够提高路面使用的安全性，延长其使用寿命，更加能够节约后期路面养护的成本。

针对沥青路面裂缝的修补养护，国内外众多学者进行了大量的研究。研究的重点集中在养护方式和养护材料两方面，养护方式主要有：填缝、灌缝、贴缝等；而主要的研究还是集中在养护材料方面，目前开发出的养护材料主要有以下几种：热用沥青类、冷用沥青类和功能树脂类。目前常用的这三大类材料存在两个重大缺陷需要克服：一、高温时路面膨胀，裂缝变窄时灌缝材料由于耐挤压性差易被挤出裂缝被行驶车辆带走；二、低温时路面收缩，裂缝变宽时灌缝材料拉伸性能和粘附性能差易与裂缝壁发生重新开裂。

我国建设的沥青路面骨料绝大部分为碱性骨料，但由于区域性环境和取材限制问题，也存在一部分的酸性骨料沥青路面。众所周知，沥青中含有酸性基团所以其具有一定的酸性，当沥青与碱性骨料相遇时可以形成很强的化学键导致它们之间的粘附作用较强；当沥青与酸性骨料相遇时不会形成键能较强的化学键，所以它们之间的粘附作用也减弱。目前市场上常用的灌缝材料都是普遍适用的，并未区分酸性骨料或者碱性骨料沥青路面，也导致目前并未有一种灌缝材料是专门针对碱性骨料沥青路面裂缝，更别提是少量应用、粘附性能更差的酸性沥青路面裂缝，这也是目前的研究体系缺乏和亟待解决的，而且是市场迫切需要的。

鉴于目前市场上常用的灌缝材料存在自身强度差和粘附性能差的重大缺陷，且并未针对酸性骨料沥青路面的特点进行灌缝材料的特殊设计。本发明提出发明一种针对酸性骨料沥青路面的高粘弹性灌缝材料。此种灌缝材料针对酸性骨料沥青路面进行设计，通过加入的多羟基有机物改善与沥青路面中酸性骨料的粘附作用；多羟基有机物还可以通过与废旧胶粉和弹性调节剂的作用形成弹性体。此种针对酸性骨料沥青路面的高粘弹性灌缝材料同时改善了目前常用灌缝材料的两个重大缺陷，是一种具有广阔应用前景的路面灌缝材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对酸性骨料沥青路面裂缝的特点，提供一种具有针对性的高粘弹性灌缝材料。此种材料能够形成具有一定强度的弹性体，解决了高温裂缝变窄时灌缝材料耐挤压性能差及低温裂缝变宽时灌缝材料伸缩性能差的问题；此种材料中的多羟基有机物能够改善灌缝材料与裂缝壁之间的粘结力，解决了低温裂缝变宽时由于粘附性能差导致的重新开裂问题。

本发明采用如下技术方案：

一种针对酸性骨料沥青路面的高粘弹性灌缝材料，它是由下述原料及重量份数配比制成：

上述的针对酸性骨料沥青路面的高粘弹性灌缝材料，所述的重交沥青为符合JTGF40-2004标准要求的AH-30、AH-50、AH-70石油沥青中的一种或两种以上的混合物。

上述的针对酸性骨料沥青路面的高粘弹性灌缝材料，所述的多羟基有机物为端羟基聚丁二烯橡胶类化合物，分子量为2800～4400，官能度为2.2～2.4。

上述的针对酸性骨料沥青路面的高粘弹性灌缝材料，所述的弹性调节剂为1,4-丁二醇、4,4`-(1-甲基亚乙基)双酚、4,4`-异亚丙基双酚中的一种或两种以上的混合物。

上述的针对酸性骨料沥青路面的高粘弹性灌缝材料，所述的刚性调节剂为1，4-环己基二异氰酸酯(Cas7517-76-2)、1,5-萘二异氰酸酯中的一种或者两种的混合物。

上述的针对酸性骨料沥青路面的高粘弹性灌缝材料，所述的废旧胶粉目数为4～18。

制备上述针对酸性骨料沥青路面的高粘弹性灌缝材料，它包括下述步骤：

(1)将重交沥青加热到100±10℃呈一定的流动状态；

(2)在搅拌状态下，先后依次加入废旧胶粉、多羟基有机物、弹性调节剂和刚性调节剂；

(3)混合完成后，在100±10℃的条件下搅拌20～30min；升温至135±10℃条件下剪切20～30min；降温至100±10℃的条件下再搅拌30min后制备完成。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明利用酸性基团与碱性基团间相互反应形成化学键增强粘附力的机理利用多羟基有机物中的碱性基团与沥青、骨料中的酸性基团进行反应增强灌缝材料与裂缝壁间的粘附力，预防灌缝材料与裂缝壁处的重新开裂。

2、本发明利用刚性调节剂和弹性调节剂配合作用来调节整个灌缝材料体系的弹性，使得其可以根据不同的环境需要制备出不同弹性要求的灌缝材料。

3、本发明中大粒度的废橡胶颗粒的加入，既起到了刚性支撑的作用，同时又起到了弹性架构的作用，而且拓展了废旧橡胶的利用范围，降低了灌缝材料的成本。

具体实施方式

本发明所列举的实施例是对本发明的进一步说明，但实施例均不是对本发明的限制。

实施例1

选取重交道路沥青AH-50100份在100℃的条件下加热至流动状态，在搅拌条件下依次加入70份废旧胶粉(4目)、5份端羟基聚丁二烯橡胶类化合物(分子量3300，官能度2.2)、0.5份弹性调节剂(4,4`-异亚丙基双酚)和0.5份刚性调节剂(1,5-萘二异氰酸酯)；混合完成后先搅拌30min，升温至145℃条件下剪切30min；降温至100℃的条件下再搅拌30min后制备完成。

实施例2

选取重交道路沥青AH-50100份在110℃的条件下加热至流动状态，在搅拌条件下依次加入40份废旧胶粉(4目)、15份端羟基聚丁二烯橡胶类化合物(分子量4400，官能度2.2)和1.5份弹性调节剂(1,4-丁二醇)和0.5份刚性调节剂(1，4-环己基二异氰酸酯)；混合完成后先搅拌25min，升温至145℃条件下剪切25min；降温至100℃的条件下再搅拌30min后制备完成。

实施例3

选取重交道路沥青AH-70100份在100℃的条件下加热至流动状态，在搅拌条件下依次加入50份废旧胶粉(8目)、10份端羟基聚丁二烯橡胶类化合物(分子量3600，官能度2.4)和0.5份弹性调节剂(1,4-丁二醇)和1.0份刚性调节剂(1，4-环己基二异氰酸酯)；混合完成后先搅拌20min，升温至145℃条件下剪切20min；降温至100℃的条件下再搅拌30min后制备完成。

实施例4

选取重交道路沥青AH-50100份在110℃的条件下加热至流动状态，在搅拌条件下依次加入70份废旧胶粉(18目)、5份端羟基聚丁二烯橡胶类化合物(分子量2800，官能度2.4)和1.5份弹性调节剂(4,4`-(1-甲基亚乙基)双酚)和1.0份刚性调节剂(1，4-环己基二异氰酸酯)；混合完成后先搅拌30min，升温至145℃条件下剪切20min；降温至100℃的条件下再搅拌30min后制备完成。

实施例5

选取重交道路沥青AH-70100份在100℃的条件下加热至流动状态，在搅拌条件下依次加入60份废旧胶粉(10目)、10份端羟基聚丁二烯橡胶类化合物(分子量3000，官能度2.2)和1.0份弹性调节剂(4,4`-(1-甲基亚乙基)双酚)和1.5份刚性调节剂(1，4-环己基二异氰酸酯)；混合完成后先搅拌20min，升温至135℃条件下剪切20min；降温至100℃的条件下再搅拌30min后制备完成。

实施例6

选取重交道路沥青AH-30100份在110℃的条件下加热至流动状态，在搅拌条件下依次加入40份废旧胶粉(10目)、5份端羟基聚丁二烯橡胶类化合物(分子量4400，官能度2.4)和1.0份弹性调节剂(4,4`-(1-甲基亚乙基)双酚)和0.5份刚性调节剂(1，4-环己基二异氰酸酯)；混合完成后先搅拌30min，升温至145℃条件下剪切30min；降温至100℃的条件下再搅拌30min后制备完成。

上述实施例产品的试验结果如下：

对于目前市场上常用的灌缝材料，很少考察其硬度、抗挤压性、拉伸性能和粘附性能，而这几方面的性能恰恰对应其目前存在的重大缺陷。对于本发明的高粘弹性灌缝材料恰恰是从这几方面重大缺陷进行改进，从上表得到的数据来看，其中涉及到灌缝材料本身强度的考察指标抗挤压性、硬度、伸长率、撕裂强度都表现出优良的性能；涉及到灌缝材料与裂缝壁间粘附性能的考察指标粘附性和抗张强度也表现出优良的性能，而这些测试指标都是在酸性骨料沥青路面的基础上完成的，可见其具有很好的针对性。所以本发明的高粘弹性灌缝材料针对酸性骨料沥青路面裂缝的修补养护具有十分广阔的应用前景。