CN102827567B

CN102827567B - 沥青混凝土路面裂缝修补材料

Info

Publication number: CN102827567B
Application number: CN2012103368919A
Authority: CN
Inventors: 尹健; 刘海霞; 周爱国; 王晖; 吴昊; 陈卫东; 庄彩虹; 刘有才; 庞绮玲; 宋卫民
Original assignee: Central South University of Forestry and Technology
Current assignee: Central South University of Forestry and Technology
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2032-09-13
Also published as: CN102827567A

Abstract

本发明公开一种沥青混凝土路面裂缝修补材料，其特征在于，以环氧丙烯酸酯为基体材料，并掺有增韧剂、稀释剂、引发剂、促进剂、交联剂以及颜料进行改性和调节，使用本发明不但能够非常高效率地对沥青混凝土路面大裂缝进行修补，而且还能有效地修补其微小裂缝，从而大幅度改善沥青混凝土路面抵抗车辆荷载和环境因素影响的能力，延长沥青混凝土路面的使用寿命。

Description

沥青混凝土路面裂缝修补材料

技术领域

本发明属于新材料领域，具体涉及一种沥青混凝土路面裂缝修补材料，用于修补沥青混凝土路面的裂缝。

背景技术

由于沥青混凝土材料的固有特性，在路面施工过程中受各种因素的影响，产生裂缝是不可避免的。裂缝一旦产生，就应当及时进行修补，否则在车辆荷载的往复作用下，加上环境因素的影响，裂缝将随时间扩展贯穿，在裂缝处发生应力集中，沥青混凝土发生沿缝碎落、在裂缝处断裂、混凝土板产生滑移，破坏混凝土路面的整体性。当破损发展到一定程度，裂缝处开始唧泥，板面出现交叉裂缝，并且导致其他板裂缝，最终使混凝土板丧失应有的承载力，整个板发生破坏，严重影响车辆的行车安全、舒适，甚而造成严重的经济损失。

对于早期微裂缝，公路养护部门多采用改性沥青及环氧树脂等材料进行修补，这类材料虽有粘合和封闭作用，但存在着易老化、使用寿命短、不利于环保等缺陷。

目前，常用的沥青混凝土路面裂缝材料有无机类材料、有机类材料以及有机和无机复合材料。该类修补材料的特点是材料本身强度较高，施工简便，成本低，与旧混凝土有相同的特性（特别是相同的弹性模量和膨胀系数），但不宜多次修补，且只能裂缝宽度大于1mm以上的裂缝，对于微细裂缝的修补就无能为力了；有机与无机复合材料主要是聚合物改性砂浆及混凝土等，虽然性能较好，但是价格昂贵，具有一定的毒性，耐高温性能差，使用受到限制；普通的有机材料中，高模量的环氧树脂和酚醛类修补材料韧性不足、粘结强度不高，而且对修补条件要求苛刻，而低模量的聚氨酯等修补材料提供不了足够的强度，不能满足路面抗冲击性能。另外，将传统的有机修补材料用于路面修补，当裂缝宽度较小时，有机物的稠度较大，不能灌彻到底，而且在使用过程中，车辆轮胎往往会把有机修补材料带走，使之失效。

有机类修补材料是指以高分子聚合物为主要原料，加入一定量的稀释剂、固化剂、促进剂、引发剂、增韧剂及填料等助剂配制而成的，具有高抗压强度、高粘结强度、良好的化学稳定性、较好的抗漏、防潮和耐腐蚀性能等优点。有机类修补材料包括环氧树脂类、聚氨酯类、烯类、有机硅类、复合树脂类及改性沥青类等多种类型，由于有机类修补材料的可灌性最好，目前多采用其进行微细裂缝的修补。

随着化学工业的发展和工程上的需要，再加上水泥、粘土型灌浆材料在使用上的限制，化学灌浆材料以其优异的性能决定了其在现代工业上不可替代的位置。19世纪50年代以来，国内外出现了水玻璃（硅酸钠）类，丙烯酰胺类，丙烯酸盐，木质素类，脲醛树脂类，甲基丙烯酸甲酯类，环氧树脂类，聚氨酯类，不饱和聚酯树脂类等一系列化学灌浆材料，均能够有效地堵水，且价格适中。

水玻璃（硅酸钠）类化学灌浆材料，其力学性能远不及其他的有机高分子灌浆材料，在涌水情况下，易流失，被水冲走。丙烯酰胺类化学灌浆材料，其固结胶体在失水后收缩率大、凝胶体抗压强度不高（0.2-0.8MPa）、耐久性较差、具有腐蚀性（浆材与铁质易起化学作用）且丙烯酰胺单体毒性大，在施工中若操作不当容易引起环境污染等原因，丙烯酰胺系列化学灌浆材料的使用受到了限制。丙烯酸盐类化学灌浆材料，其固结体抗压强度低（固砂体抗压强度0.3-1MPa）且无弹性，不能用于柔性补强，不适用于沥青混凝土的裂缝修补。木质素、纸浆类堵水浆材，由于堵水强度不高，而逐渐被高分子化学浆材取代。脲醛树脂类化学灌浆材料，其固结体抗压强度较高，但脲醛树脂浆材中所含的游离甲醛具有毒性且有强烈刺激性气味，抗渗性差、固结体硬而脆，且浆材在酸性条件下固化，对设备有腐蚀且对人体不安全。甲基丙烯酸甲酯（甲凝）类化学灌浆材料，其粘度低，适用于微细裂缝的修补，不足之处就是固结体收缩率大，这将造成固结体与修补裂缝缝面局部脱空，降低平均强度。环氧树脂类化学灌浆，以其优异的粘结强度、固结强度高、收缩性小、固化配方设计灵活多样（不同体系分别可在低温、中温、高温下固化，能快速固化亦能缓慢固化）等优点，应用于水利电力、海港码头、隧道涵洞、矿井、地铁等，但大部分环氧浆材具有粘度大、憎水性强、脆性大及与潮湿裂缝粘结力差等缺点，将其水性化，可以获得综合性能更优的灌浆材料。聚氨酯类（氰凝）化学灌浆材料，其活性大，固结体具有良好的弹性和强度，但是浆材本身的粘度较大，原料存储期短。

现阶段我国使用的沥青混凝土路面修补材料多为环氧树脂及聚氨酯类有机修补材料，这种材料的颜色一般与沥青路面颜色有差异，修补固结时间长，开放交通后容易污染路面；树脂固化后收缩较大，与沥青混凝土的热膨胀系数差别较大。

不饱和聚酯树脂系列化学灌浆材料是以不饱和聚酯树脂为主剂，加入活性稀释剂、促进剂、引发剂等组成的浆材。环氧丙烯酸酯树脂浆材是不饱和聚酯树脂中具有代表性的一种，该浆材综合了环氧树脂浆材及不饱和聚酯树脂的特点，具有浆材粘度低、胶凝或固化时间可调、粘结性能优异、固结体强度高等优点。

理想的沥青混凝土裂缝修补材料应具有以下性能：

、优良的力学性能：一般来说主要是强度、弹性和塑性；

、界面粘结性能方面：修补材料要与沥青混凝土裂缝壁具有较好的粘结力，当路面伸缩时，修补材料能与裂缝壁粘结牢固，从而保证修补材料与原有混凝土的粘结性能；

、相容性方面：相容性好，包括修补材料本身各组分之间的相容性，修补材料和路面基层之间的相容性；

、材料本身的稳定性：高温稳定性好；

、渗透性方面：裂缝修补材料要有较好的渗透性能够修补各种微裂纹，同时在修补之后要能够抵挡有害介质进入内部；

、修补材料要具有良好的施工性能，施工要方便，无污染，经济性好。

基于以上考虑，开发粘结强度高、流动性好、力学性能优良、抗渗性强、耐疲劳、耐腐蚀、施工工艺简单、应用范围广的新型沥青混凝土裂缝修补材料不仅十分必要，而且非常迫切。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种沥青混凝土路面裂缝修补材料，以解决上述背景技术中的缺点。

一种沥青混凝土路面裂缝修补材料，这种材料针对现有沥青混凝土路面裂缝修补材料的不足，以环氧丙烯酸酯为基体材料，并掺有增韧剂、稀释剂、引发剂、促进剂、交联剂以及颜料进行改性和调节，开发出与路面混凝土相容性好、性能优良、施工方便、经济环保的沥青混凝土路面裂缝修补材料。

本发明的目的是通过以下技术方案予以解决：

这种沥青混凝土裂缝修补材料，将环氧丙烯酸酯作为基体材料，加入增韧剂改性，在其中加入稀释剂、引发剂、促进剂、交联剂以及颜料。

所述沥青混凝土路面裂缝修补材料通过以下技术方案实现：

沥青混凝土路面裂缝修补材料，以重量为计，配方为：

环氧丙烯酸酯：50--100份

增韧剂：5--25份

稀释剂：20--90份

引发剂：1--4份

促进剂：0.5--4份

颜料：1--6份

交联剂1—10份

在本发明中，环氧丙烯酸酯组成组分包括：环氧树脂、丙烯酸、阻聚剂、催化剂、稀释剂，所述的环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或双酚S型环氧树脂；所述的阻聚剂包括对苯二酚，叔丁基对苯二酚，对叔丁基邻苯二酚或甲基对苯二酚；所述的催化剂包括苄基三甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、三乙醇胺或N，N-二甲苯胺；所述的稀释剂包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸羟乙酯，所述环氧树脂与丙烯酸中的环氧基团与羧基摩尔比为1：1--1.5，阻聚剂用量为0.03--0.2%，催化剂用量为0.4--2%。

在本发明中，增韧剂组成组分包括：聚醚二元醇、催化剂、异氰酸酯，其中，所述的聚醚二元醇包括DL-1000或DL-2000；所述的催化剂为辛酸亚锡（T-9）；所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）。

在本发明中，稀释剂可用活性稀释剂或非活性稀释剂，其中活性稀释剂包括以下含双键的单体：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸羟乙酯；非活性稀释剂包括，丙酮或甲苯。

在本发明中，引发剂可用过氧化苯甲酰（BPO）在40--50℃下真空干燥3--4h后，配成10--70%（质量分数）邻苯二甲酸二甲酯糊状物质。

在本发明中，促进剂可用N，N-二甲基苯胺（DMA）配成5--25%（质量分数）的苯乙烯溶液。

在本发明中，颜料为炭黑与碳酸钙按1:15--30（质量比）的比例混合，将混合料分散于邻苯二甲酸二甲酯当中，配成1--10%（质量分数）的分散液。

在本发明中，交联剂可用二元醇包括乙二醇、丙二醇或丁二醇。

在环氧丙烯酸酯中，按比例加入增韧剂、稀释剂，引发剂，促进剂，交联剂以及颜料，混合搅拌均匀，即得所需沥青混凝土路面裂缝修补材料。

在本发明中，交联剂用量计算，可采用下列计算公式计算：

式中：Wg—所需交联剂的质量；

Wp—增韧剂的质量；

E(-OH)—多元醇的-OH基当量值；

E(-NCO)p—增韧剂中-NCO基当量值；

w(-NCO)P—增韧剂中-NCO基质量分数；

δ—交联系数；

42.02— -NCO基的式量。

以环氧丙烯酸酯作为基体，添加增韧剂进行改性，为所述沥青混凝裂缝修补材料提供了基本的力学性能保证；稀释剂主要调整裂缝修补材料的粘度，粘度在30--2000mPa·s范围内可调，保证其可灌性；引发剂和促进剂主要用于调节灌浆材料的胶凝时间，根据不同的环境温度要求，胶凝时间可控制在几分钟至数百分钟内，既保证其可操作性又保证其在路面应用的时效性，实现快速修补；交联剂主要是促进材料之间发生交联，形成互穿聚合物网络；颜料主要是炭黑和碳酸钙的混合物，主要调整裂缝修补材料的颜色，裂缝修补材料本身颜色为棕黄色，与需要修补的沥青混凝土颜色不协调，通过颜料调节，使之与沥青混凝土路面颜色相协调。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的裂缝修补材料具有良好的流动性及可灌性，本发明的修补材料可灌入1--3mm左右的细小裂缝；

（2）本发明的裂缝修补材料具有优异的粘结性能和抗压性能

本发明模拟路面实际受力状况设计了抗折粘结强度试验，采用修补后的试件的抗折粘结强度来表征其粘结强度。本发明的裂缝修补材料的抗折粘结强度在2.5MPa以上，完全满足路用修补粘结性能的要求；

（3）本发明的裂缝修补材料具有良好的拉伸剪切强度

参照标准GB 7124-86《胶黏剂拉伸剪切强度测定方法》测定，测试结果表明裂缝修补材料固结体具有良好的拉伸剪切强度；

（4）本发明的裂缝修补材料具有良好的拉伸性能

参照标准GB/T 2568-1995《树脂浇铸体拉伸性能试验方法》标准GB/T 2567-1995《树脂浇铸体性能试验方法总则》测定，其拉伸强度可达到拉伸强度可达20MPa以上，断裂伸长率可达10%以上。通过扫描电镜图分析了裂缝修补材料拉伸断面，从图中看出了材料的拉伸断面出现了韧性断裂特征；

（5）本发明的裂缝修补材料具有良好的抗压性能

参照标准GB/T 2569-1995《树脂浇铸体压缩性能试验方法》及标准GB/T 2567-1995《树脂浇铸体性能试验方法总则》测定，测量结果表明，材料固化后的抗压强度可以达到100MPa以上；

（6）本发明的裂缝修补材料具有良好的热稳定性

在200℃之前，裂缝修补材料的质量基本没有变化，表明裂缝修补材料具有良好的热稳定性。

有益效果：

发明不但能够非常高效率地对沥青混凝土路面大裂缝进行修补，而且还能有效地修补其微小裂缝，从而大幅度改善沥青混凝土路面抵抗车辆荷载和环境因素影响的能力，延长沥青混凝土路面的使用寿命。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

在制备沥青混凝土路面裂缝修补材料前，先制备环氧丙烯酸酯和增韧剂，制备方法如下：

1）环氧丙烯酸酯的制备

将100g双酚A型环氧树脂和0.1g对苯二酚加入到四口烧瓶中搅拌并加热，达到70℃后，慢慢滴加混有2.5g三乙醇胺的丙烯酸混合物，丙烯酸为41g，控制反应温度在90℃，l.5h内滴加完毕；反应4h后，测定酸值为0.246mgKOH/g，停止反应，待反应物冷却60~70℃时加入20g稀释剂，混合均匀后继续降温至40℃左右后停止搅拌，即得到含固定百分含量稀释剂的环氧丙烯酸酯溶液，转移至容器中密封保存，待用；

2）增韧剂的制备

将100g聚醚二元醇（DL-1000）加入到插有温度计的四口烧瓶中，搅拌、加热至120℃左右，开启循环水式真空泵，减压脱水2h，后降温至60℃，加入2滴辛酸亚锡，搅拌使其与DL-1000混合均匀，当温度降至55℃时，在氮气保护下慢慢滴加50.85g MDI，缓慢升温至70℃，反应并匀速搅拌，测定-NCO含量为5.6%后，停止反应，开启循环水式真空泵，抽真空脱泡，待脱泡完全后，即可得到端-NCO基的聚氨酯预聚体，即为增韧剂，冷却至室温待用；

3）沥青混凝土裂缝修补材料的制备

取环氧丙烯酸酯100g，加入25g甲基丙烯酸甲酯稀释，搅拌均匀，加入20.8g增韧剂，混匀，加入1.67g引发剂，0.83g促进剂，1，4-丁二醇 1.07g，颜料3.33g，混合均匀，即得可用于沥青混凝土裂缝修补用的灌浆材料。

该材料固化三天后，固结体的各项性能如下：粘度892mPa·s，抗压强度114.09MPa，拉伸剪切强度4.93MPa，抗折粘结强度为2.5MPa。

实施例2：

1）环氧丙烯酸酯的制备

将100g双酚F型环氧树脂和0.1g阻聚剂加入到四口烧瓶中搅拌并加热，达到70℃后，加入1.5g N，N-二甲基苯胺，慢慢滴加41g丙烯酸，控制反应温度在110℃，l.5h内滴加完毕；反应1.5h后，测定酸值为0 mgKOH/g，停止反应，待反应物冷却60~70℃时加入20g稀释剂，混合均匀后继续降温至40℃左右后停止搅拌，即得到含固定百分含量稀释剂的环氧丙烯酸酯溶液，转移至容器中密封保存，待用；

2）增韧剂的制备

将100g聚醚二元醇（DL-2000）加入到插有温度计的四口烧瓶中，搅拌、加热至120℃左右，开启循环水式真空泵，减压脱水2h，后降温至60℃，加入2滴辛酸亚锡，搅拌使其与DL-2000混合均匀，当温度降至55℃时，在氮气保护下慢慢滴加25.78g MDI，缓慢升温至70℃，反应并匀速搅拌，测定-NCO含量为3.36%后，停止反应，开启循环水式真空泵，抽真空脱泡，待脱泡完全后，即可得到端-NCO基的聚氨酯预聚体，即为增韧剂，冷却至室温待用；

3）沥青混凝土裂缝修补材料的制备

取环氧丙烯酸酯100g，加入25g甲基丙烯酸甲酯稀释，搅拌均匀，加入20.8g增韧剂，混匀，加入1.25g引发剂，0.83g促进剂，1，4-丁二醇 1.07g，颜料3.33g，混合均匀，即得可用于沥青混凝土裂缝修补用的灌浆材料。

该材料固化三天后，固结体的各项性能如下：粘度为490mPa·s ，抗压强度为175.21 MPa，拉伸剪切强度为9.19 MPa，拉伸强度51.88 MPa，弹性模量15%。

实施例3：

1）环氧丙烯酸酯的制备

将100g双酚A型环氧树脂和0.05g阻聚剂加入到四口烧瓶中搅拌并加热，达到70℃后，慢慢滴加混有2g催化剂的丙烯酸混合物，丙烯酸为41g，控制反应温度在110℃，l.5h内滴加完毕；反应1.5h后，测定酸值为1.85mgKOH/g，停止反应，待反应物冷却60~70℃时加入20g稀释剂，混合均匀后继续降温至40℃左右后停止搅拌，即得到含固定百分含量稀释剂的环氧丙烯酸酯溶液，转移至容器中密封保存，待用。

2）增韧剂的制备

将100g聚醚二元醇（DL-2000）加入到插有温度计的四口烧瓶中，搅拌、加热至120℃左右，开启循环水式真空泵，减压脱水2h，后降温至60℃，加入2滴辛酸亚锡，搅拌使其与DL-2000混合均匀，当温度降至55℃时，在氮气保护下慢慢滴加32.07g MDI，缓慢升温至70℃，反应并匀速搅拌，测定-NCO含量为4.80%后，停止反应，开启循环水式真空泵，抽真空脱泡，待脱泡完全后，即可得到端-NCO基的聚氨酯预聚体，即为增韧剂，冷却至室温待用；

3）沥青混凝土裂缝修补材料的制备

①取环氧丙烯酸酯100g，加入41.7g甲基丙烯酸甲酯稀释，搅拌均匀，加入12.5g增韧剂，混匀，加入1.25g引发剂，1.25g促进剂，1，4-丁二醇0.64g，颜料4.17g，混合均匀，即得可用于沥青混凝土裂缝修补用的灌浆材料。

该材料固化三天后，固结体的各项性能如下：粘度为130mPa·s，抗压强度157.33MPa，抗折粘结强度4.85MPa，拉伸强度45.03MPa，断裂伸长率14.12%。

②取环氧丙烯酸酯100g，加入58.31g甲基丙烯酸甲酯稀释，8.33g丙酮，搅拌均匀，加入12.5g增韧剂，混匀，加入1.67g引发剂，0.83g促进剂，1，4-丁二醇 0.64g，颜料4g，混合均匀，即得可用于沥青混凝土裂缝修补用的灌浆材料。

该材料固化三天后，固结体的各项性能如下：粘度为51mPa·s，抗压强度114.09MPa，抗折粘结强度4.90MPa，拉伸强度30.02MPa，断裂伸长率11.41%。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定

。

Claims

1.一种沥青混凝土路面裂缝修补材料，其特征在于，以环氧丙烯酸酯为基体材料，并掺有增韧剂、稀释剂、引发剂、促进剂、交联剂以及颜料进行改性和调节，沥青混凝土路面裂缝修补材料，以重量计，配方为：

环氧丙烯酸酯：50～100份；

增韧剂：5～25份；

稀释剂：20～90份；

引发剂：1～4份；

促进剂：0.5～4份；

颜料：1～6份；

交联剂1～10份。

2.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面裂缝修补材料，其特征在于，所述的环氧丙烯酸酯组成组分包括：环氧树脂、丙烯酸、阻聚剂、催化剂、稀释剂，所述的环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或双酚S型环氧树脂；所述的阻聚剂包括对苯二酚，叔丁基对苯二酚，对叔丁基邻苯二酚或甲基对苯二酚；所述的催化剂包括苄基三甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、三乙醇胺或N，N-二甲苯胺；所述的稀释剂包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸羟乙酯，所述环氧树脂与丙烯酸中的环氧基团与羧基摩尔比为1：1～1.5，阻聚剂用量为0.03～0.2%，催化剂用量为0.4～2%。

3.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面裂缝修补材料，其特征在于，所述的增韧剂组成组分包括：聚醚二元醇、催化剂、异氰酸酯，其中，所述的聚醚二元醇包括DL-1000或DL-2000；所述的催化剂为辛酸亚锡；所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。

4.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面裂缝修补材料，其特征在于，所述的稀释剂为活性稀释剂或非活性稀释剂，其中活性稀释剂包括以下含双键的单体：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸羟乙酯；非活性稀释剂包括：丙酮或甲苯。

5.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面裂缝修补材料，其特征在于，所述的引发剂为过氧化苯甲酰在40～50℃下真空干燥3～4h后，配成质量分数为10～70%的邻苯二甲酸二甲酯糊状物质。

6.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面裂缝修补材料，其特征在于，所述的促进剂为N，N-二甲基苯胺配成质量分数为5～25%的苯乙烯溶液。

7.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面裂缝修补材料，其特征在于，所述的颜料为炭黑与碳酸钙按质量比为1:15～30的比例混合，将混合料分散于邻苯二甲酸二甲酯当中，配成质量分数为1～10%的分散液。

8.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面裂缝修补材料，其特征在于，所述的交联剂为二元醇，包括乙二醇、丙二醇或丁二醇。