CN111019600A - 一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶及其制备方法，属于道路工程材料技术领域，该灌缝胶原料包括：基质沥青、聚合物改性剂、橡胶粉、相容剂、添加剂；聚合物改性剂为SBS改性剂,分为线型及星型两类，线型和星型按照2：3的比例进行掺配改性，改性效果优于单一改性剂；采用40‑80目的橡胶粉，并控制掺量在5％‑15％之间，避免了因胶粉粒径大造成的加热后不利于灌缝的问题；相容剂的添加增加了沥青中芳香分的含量，提高了SBS改性剂和橡胶粉的溶解度，使改性剂在沥青中能够更加均匀的混合。本发明中的添加剂用来提高沥青的高低温性能，使沥青在低温状态下更具柔韧性，不易发生脆断的现象。

Description

一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程材料技术领域，特别是涉及一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶及其制备方法。
背景技术
随着中国公路交通的发展，公路建设一直保持着快速发展势头，路面种类也多种多样，其中，沥青路面由于在矿质材料中掺入了路用沥青材料，从而提高了铺路用粒料抵抗行车和自然因素对路面损害的能力，同时，沥青路面还具有造价低、路面平整少尘、噪音小、施工快捷、维修方便的优越性能，因此，沥青路面在道路建设中得到了广泛应用。
但是，无论水泥路面还是沥青路面，在通车一段时间后，都会陆续出现各种损坏、变形及其他缺陷，而裂缝是路面各种破损中最常见、最易发生和最早期产生的路面病害之一，它伴随着道路的整个使用期，并随着路龄的增长而加重。路面出现裂缝不但影响路容美观和行车的舒适性，而且容易扩展造成路面的结构性破坏，缩短路面的使用寿命。因此路面出现裂缝后，应及时进行密封修补，否则雨水及其他杂物就会沿裂缝进入面层结构及路基，导致路面承载能力下降，加速路面局部或成片损坏。
沥青灌缝胶是在沥青中加入多种橡胶聚合物等成分加工而成的裂缝修补材料，使用沥青路面灌缝胶填补于裂缝处能形成一个完整的隔水防渗层，可隔断路面水向路基渗透，从而保护基层的强度，使基层材料性质不至于进一步恶化，同时能有效抑制裂缝传递，减少道路开裂延长了道路的使用寿命，因此，近年来一些传统裂缝修补材料被人们广泛应用。
但传统的灌缝胶性能差异较大，尤其体现在温度适应性方面，有的灌缝胶高温性能较好，更适用于高温条件，有的则低温柔性好，较适用于低温条件。但由于我国地处欧亚大陆中纬度东岸，气候复杂多样，和世界同纬度的其他地区相比，我国冬季气温偏低，而夏季气温又偏高，气温年差较大，气候因素严重影响着传统灌缝胶的使用性能。因此，如何提高灌缝胶的高低温性能，使其能够应用于具有较大温差的环境中，具有极高的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，该灌缝胶具有良好的高低温性能，在较低的温度条件下也具有良好的柔韧性，能够较好的克服气候条件对灌缝胶的使用限制，避免了脆断现象的发生；同时，该灌缝胶的生产工艺简单、灵活，制备得到的灌缝胶稳定性能好，便于存储和运输。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶，以质量份计，包括以下组分：
基质沥青500份、聚合物改性剂40-50份、橡胶粉25-75份、相容剂50-60份、添加剂15-35份。
进一步地，所述基质沥青为SK90#基质沥青。
进一步地，所述聚合物改性剂为SBS改性剂，并采用线型和星型按照2：3的质量比例进行掺配。
进一步地，所述橡胶粉包括橡胶烃49.0wt％、丙酮抽提物11.5wt％、炭黑32.0wt％和灰分7.5wt％，橡胶粉目数为40～80目，掺量范围在5％-15％之间。
进一步地，所述相容剂为抽出油，系盘锦石化原油经高温减压蒸馏分离轻质油分后，加以辅料调制而成。
该抽出油的有效成分为芳烃油，芳烃油的含量占75％，其中直链烷烃的含量占40％，环烷烃含量占35％。
进一步地，所述添加剂，以质量份计，包括塑性剂6-10份、交联剂0.03-0.36份、增粘剂10-20份、抗剥落剂0.2-0.8份。
进一步地，所述塑性剂为高分子材料助剂，如邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DOP)。
进一步地，所述交联剂剂为聚烃类光致抗蚀剂，如过氧化二异丙苯(DCP)。
进一步地，所述增粘剂为热塑性橡胶，如三元乙丙橡胶与热塑性聚烯烃(TPO)。
进一步地，所述抗剥落剂为非胺类表面活性剂，具体为路耐德
Figure BDA0002306578110000031
系列沥青抗剥落剂。
本发明还提供了一种上述高性能沥青路面裂缝灌缝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基质沥青烘化为液态沥青并搅拌均匀；
(2)将相容剂和塑性剂加入液态沥青中，加料的同时进行搅拌，温度控制在100-150℃；
(3)将聚合物改性剂加入步骤(2)中得到的混合物中充分剪切，剪切时温度保持在100-170℃，加入增粘剂继续剪切10-30min；
(4)将橡胶粉及其它添加剂加入步骤(3)中得到的混合物中充分剪切，剪切时温度保持在150-200℃；
(5)将步骤(4)中制得混合物，在150-200℃温度条件下搅拌发育20-40min后即得。
其中，步骤(1)中烘化温度为130-145℃；步骤(3)剪切时间为60-80min，剪切速率为5000-7000rpm；步骤(4)中剪切时间为30min，转速为3000-5000r/min；步骤(5)中搅拌速度为600-800r/min。
本发明公开了以下技术效果：
(1)在对基质沥青进行改性的过程中，不同品牌的基质沥青改性后的效果差异十分明显，这取决于改性剂和基质沥青之间存在的协同作用。本发明共用到东海牌90#、宾阳90#和SK90#三种沥青，分别用掺量为5％、10％、15％的SBS改性剂对其进行改性，通过测定改性沥青的三大指标发现，在SBS改性剂条件下，K90#基质沥青的改性效果更好。
(2)SBS改性剂作为沥青改性剂分为星型和线型两种，其中，星型SBS改性剂对基质沥青的改性效果更好，但缺点在于与基质沥青的相容性较差，并且对于改性工艺要求严格。而线型SBS改性剂更容易溶于基质沥青，但是改性效果比星型略差，本发明采用SBS改性剂按照线型和星型2：3的比例进行掺配改性，使得效果要明显优于单独使用其中一种SBS改性剂进行改性的效果。
(3)将橡胶粉用于沥青中，可以有效地改善沥青的路用性能，沥青的软化点会随着橡胶粉的掺入而提高，锥入度则降低，同时，高掺量的橡胶粉又会使沥青的粘度变高，在沥青路面施工过程中会存在施工和易性较差的情况，容易造成沥青泵送管道的堵塞，因此，选择合适的橡胶粉掺杂量对沥青改性具有重要意义。而灌缝胶在填缝过程中同样是经过管道输送，且较大的橡胶粉颗粒同样不利于灌缝，为了避免堵管问题，本发明将橡胶粉掺量范围限定在5％-15％之间，并经过实验对比后选取40-80目的橡胶粉，有效的避免了因橡胶粉掺量过高和粒径较大造成的灌封胶加热后易堵管而不利于灌缝的现象。
(4)本发明在基质沥青中掺入了相容剂，该相容剂的主要成分为芳烃油，从而提高了沥青中芳香酚的含量，而芳香酚通常在沥青中的含量在30-60％，是沥青中的主要成分，芳香酚含量的提高可以提高沥青中分散介质的芳香度，使沥青胶体结构体系易于稳定，该相容剂的加入同时提高了SBS改性剂和橡胶粉的溶解度，使改性剂在沥青中能够更加均匀的混合。
(5)本发明掺入的塑性剂、交联剂、增粘剂协同发挥作用，使高性能灌缝胶的低温柔韧性、抗老化性能和耐久性能得到明显提高，从而使该高性能灌缝胶具有良好的高低温性能，有效避免了脆断现象的发生。
(6)本发明在制备该高性能灌缝胶时，只进行剪切和搅拌发育等简单的物理加工操作，生产工艺简单、灵活，且得到的灌缝胶稳定性能好，便于存储和运输。
(7)本发明通过正交试验和极差分析法最终得到低温型和寒冷型两种灌缝胶配方，克服了气候因素对常规灌缝胶使用时的影响，使其能够很好的适应国内大部分地区普遍存在的气温年差较大的气候情况，更适用于国内路面裂缝修补。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
实施例1
实施例1的灌缝胶配方如下：基质沥青5kg，SBS改性剂400g，橡胶粉250g，相容剂500g，添加剂162.3g。
SBS改性剂包括线型和星型两种，二者按重量比例线型:星型为2:3进行添加，添加量为线型改性剂160g、星型改性剂240g。
添加剂包括60g塑性剂、0.3g交联剂、100g增粘剂、2g抗剥落剂。
制备方法如下：
(1)将基质沥青加热至135℃并用玻璃棒搅拌均匀；
(2)将相容剂和塑性剂加入液态沥青中，加料的同时进行搅拌，温度控制在135℃；
(3)将SBS改性剂加入步骤(2)中得到的混合物中剪切60min，剪切速率为5000rpm，剪切时温度保持在165℃，加入增粘剂继续剪切10min；
(4)将胶粉及其它添加剂加入步骤(3)中得到的混合物中剪切30min，剪切速率为3000rpm,剪切时温度保持在185℃；
(5)将步骤(4)中制得混合物，在185℃温度条件下搅拌发育30min后即得,搅拌速率为600r/min。
实施例2
实施例2的灌缝胶配方如下：基质沥青5kg，SBS改性剂450g，橡胶粉500g，相容剂550g，添加剂238g。
SBS改性剂包括线型和星型两种，二者按重量比例线型:星型为2:3进行添加，添加量为线型改性剂180g、星型改性剂270g。
添加剂包括80g塑性剂、2g交联剂、150g增粘剂、6g抗剥落剂。
制备方法同实施例1。
实施例3
实施例3的灌缝胶配方如下：基质沥青5kg，SBS改性剂500g，橡胶粉750g，相容剂600g，添加剂311.6g。
SBS改性剂包括线型和星型两种，二者按重量比例线型:星型为2:3进行添加，添加量为线型改性剂200g、星型改性剂300g。
添加剂包括100g塑性剂、3.6g交联剂、200g增粘剂、8g抗剥落剂。
制备方法同实施例1。
对比例1
以市场上常用的适用于高温环境的沥青路面裂缝灌缝胶作为对比例1。
对比例2
以市场上常用的适用于低温环境的沥青路面裂缝灌缝胶作为对比例2。
对比例3
对比例3中保持SBS改性剂的使用量不变，全部使用线型改性剂，其余组分与用量、制备方法同实施例1。
对比例4
对比例4中保持SBS改性剂的使用量不变，全部使用星型改性剂，其余组分与用量、制备方法同实施例1。
将实施例1-3和对比例1-4的灌缝胶进行性能测试，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002306578110000091
从以上检测数据可以看出，以上灌缝胶性能均能够满足《JT/T740-2015路面加热型密封胶》中的指标要求，但从对比例1-2可以看出，市场上使用的适用于高温环境的灌缝胶产品难以满足低温环境需要，在低温条件下易发生脆裂，而适用于低温环境的灌缝胶在低温条件具有较好的低温拉伸性能，但其软化点较低，难以满足较高温度条件下的使用。而实施例1-3制备得到的灌封胶具有更好的高温性、低温柔韧性、强粘结性、高弹性及自愈性。
将对比例3-4与实施例1进行对比可以看出，采用将SBS改性剂按照重量比例线型:星型为2:3进行掺杂添加的灌缝胶性能较好。
其中，实施例1制备的灌缝胶可用于-20℃以上的区域，为低温型灌封胶；实施例3制备的灌缝胶可用于年极端温度-30℃以下地区，为寒冷型灌封胶。
为进一步验证所研制灌缝胶的工程性能，在国内某高速路段进行了试灌缝，为了加强对照，使用实施例1-3及对比例1-3的样品在同一路段进行了灌缝，并定期进行跟踪观测，证明了本发明所研制的高性能灌缝胶具有更好的高温性能、低温柔性、弹性、自愈性及粘结性。
将实施例1的沥青分别替换为东海牌90#、宾阳90#和SK90#三种沥青，其余组分与用量、制备方法同实施例1，对上述三种沥青进行性能测试，结果如表2所示。
表2
测试项目 单位 东海牌90# 宾阳90# SK90#
锥入度 0.1mm 83 86 91
软化点 ℃ 86.2 91.5 99.1
流动值 mm 4.5 5 4
由表2中的数据可以看出，在所用SBS改性剂条件相同的情况下，SK90#沥青相较于其他两种品牌沥青的改性性能较好，即SBS改性剂与SK90#沥青的相互作用更好。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶，其特征在于，按质量份计，包括以下组分：
基质沥青500份、聚合物改性剂40-50份、橡胶粉25-75份、相容剂50-60份、添加剂15-35份。
2.根据权利要求1所述的一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶，其特征在于，所述聚合物改性剂为SBS改性剂，分为线型和星型两种，采用线型和星型按照2：3的质量比例进行掺配改性。
3.根据权利要求1所述的一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶，其特征在于，所述橡胶粉包括橡胶烃49.0wt％、丙酮抽提物11.5wt％、炭黑32.0wt％和灰分7.5wt％；所述橡胶粉目数为40～80目。
4.根据权利要求1所述的一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶，其特征在于，所述相容剂的有效成分为芳烃油，芳烃油的含量占75％，其中直链烷烃的含量占40％，环烷烃含量占35％。
5.根据权利要求1所述的一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶，其特征在于，所述添加剂，以质量份计，包括塑性剂6-10份、交联剂0.03-0.36份、增粘剂10-20份、抗剥落剂0.2-0.8份。
6.根据权利要求1所述的一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶，其特征在于，所述交联剂为聚烃类光致抗蚀剂,增粘剂为热塑性橡胶,抗剥落剂为非胺类表面活性剂。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的高性能沥青路面裂缝灌缝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)将基质沥青烘化为液态沥青并搅拌均匀；
(2)将相容剂和塑性剂加入液态沥青中，加料的同时进行搅拌，温度控制在100-150℃；
(3)将聚合物改性剂加入步骤(2)中得到的混合物中充分剪切，剪切时温度保持在100-170℃，加入增粘剂继续剪切10-30min；
(4)将橡胶粉及其它添加剂加入步骤(3)中得到的混合物中充分剪切，剪切时温度保持在150-200℃；
(5)将步骤(4)中制得混合物，在150-200℃温度条件下搅拌发育20-40min后即得。
8.根据权利要求7所述的一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中烘化温度为130-145℃。
9.根据权利要求7所述的一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中剪切时间为60-80min，剪切速率为5000-7000rpm；所述步骤(4)中剪切时间为30min，转速为3000-5000r/min。
10.根据权利要求7所述的一种高性能沥青路面裂缝灌缝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中搅拌速度为600-800r/min。
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