CN111334248B - 一种沥青路面裂缝修补预处理液及其制备方法与应用 - Google Patents

一种沥青路面裂缝修补预处理液及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种沥青路面裂缝修补预处理液及其制备方法与应用，主要应用于沥青路面在使用过程中产生的纵向或横向裂缝，同样适用于沥青路面改扩建过程中新铺路面与原有路面的接缝处理。所述预处理液包括偶联剂水解液和含有糠醛抽出油的有机溶剂。通过对沥青路面的裂缝进行预处理的方式大大提高了其界面粘结力。本发明的预处理液在沥青路面裂缝修补中的应用，包括以下步骤：(1)对裂缝进行切缝处理及清理；(2)使用预处理液喷洒经步骤(1)清理后的裂缝，使用沥青类灌缝材料进行灌缝施工；灌缝完成后进行成型养护即可。本发明对于减轻沥青路面的二次损害、降低养护成本、延长使用寿命有着重要意义，对于沥青路面的维修养护具有指导作用。

Description

一种沥青路面裂缝修补预处理液及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及沥青路面裂缝修补，属于道路养护施工技术领域，具体涉及一种沥青路面裂缝修补预处理液及其制备方法与应用。
背景技术
沥青路面的裂缝是公路中最易产生、最常见的病害之一，若不及时处理将会使得地表水沿裂缝下渗，破坏路面的整体结构，目前常用的养护方式是利用灌缝胶对裂缝进行修补，灌缝材料主要包括以下三种：热用沥青灌缝胶、乳化沥青灌缝胶以及专用灌缝材料，但目前灌缝材料与原沥青混合料的粘结力较差，通常在灌缝使用一段时间后又会出现开裂现象。
造成沥青路面裂缝灌缝后容易开裂的原因主要是由于灌缝材料多为有机材料，而开裂露出的石料界面为无机材料，因此有机-无机界面效应导致了粘结力不足。尤其对于花岗岩沥青路面来说，由于其集料呈酸性而导致灌缝材料-集料界面粘结力变差，致使在修补一段时间后重新开裂。专用裂缝修补材料虽然路用性能较好，但是其价格昂贵，不适用于大面积应用。
中国专利文献103758009A(201310748076.8)公开了一种沥青路面裂缝快速修补方法中在修补沥青路面裂缝过程中，使用乳化沥青涂在裂缝槽壁上来增加修补材料与裂缝的粘结力，通过这种方式只增加了沥青-修补材料之间的粘结力，即增加的为有机-有机界面，但是对于修补材料与裂缝中露出的集料(即有机-无机界面)之间的粘附力并无增加作用，尤其是对于花岗岩路面来说更为明显。
中国专利文献103758008A(201310720054.0)公开了一种沥青路面裂缝成型沥青橡胶补缝方法，提出对路面裂缝修补时清理后再在其表面进行加热，然后将沥青橡胶条挤压至填缝槽中。该修补方法并未直接采用措施增强新老界面之间的粘结力，而且在对其裂缝加热时施工难度较大。整体修补方法也不利于沥青路面以后的长期服务性能。
因此目前路面修补施工方法中基本都是直接施工修补材料灌注到路面裂缝中，灌缝材料与路面裂缝内壁直接的界面处理方式较少考虑。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的灌缝材料与原有沥青之间，由于集料界面与灌缝材料之间有机-无机界面的存在而导致的粘结力不强的问题，提供一种预处理液及其制备方法和应用。本发明通过使用预处理液处理后再进行灌缝处理的沥青路面，可明显增强沥青类灌缝材料与原有沥青裂缝界面的粘结力，提高沥青路面的使用年限；预处理液制备及施工工艺简单，适合于沥青路面的现场养护修补；本发明的预处理液材料生产成本低，降低了工程养护造价，适宜大范围推广使用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种沥青路面裂缝修补预处理液，其特征在于，包括偶联剂水解液和含有糠醛抽出油的有机溶剂。
优选的，所述偶联剂水解液中偶联剂的质量百分数为10～25％；所述有机溶剂中糠醛抽出油的质量百分数为60～75％。
进一步优选的，所述偶联剂水解液与有机溶剂的质量比为1.5～4:98.5～96。
进一步优选的，所述偶联剂水解液为硅烷偶联剂水解液，进一步优选为硅烷偶联剂KH550水解液。
进一步优选的，所述偶联剂水解液包括以下质量份的组份：硅烷偶联剂KH55015～30份、水15～30份、乙醇85～75份。
乙醇的作用是促进硅烷偶联剂KH550水解；其他种类的硅烷偶联剂也能用于制备本发明的预处理液，但是由于其水解条件对pH值的要求较高，例如KH570，水解条件为：pH＝3～5时水解更为彻底，增加了工艺难度和成本。
进一步优选的，所述有机溶剂包括以下质量份的组份：糠醛抽出油75～60份、乙醇25～40份。
进一步优选的，所述有机溶剂中还包括消泡剂0.1～1份，所述消泡剂为改性聚醚消泡剂，作用是消除搅拌过程中产生的气泡。
进一步优选的，所述偶联剂KH550的纯度大于98％；乙醇浓度大于90％；水为去离子水。
进一步优选的，所述偶联剂水解液与有机溶剂的质量比2:98。
水解硅烷偶联剂的一端可以与石灰石或者花岗岩形成化学键，而另一端与沥青结合生成反应性基团，从而在一定程度上增大无机-有机界面的粘结力；而糠醛抽出油可以在一定程度上增加原有沥青和灌缝材料有机接触面之间的粘结力和横向界面的连续性，减缓车辆行驶在上面时所产生的应力、应变。本发明预处理液通过硅烷偶联剂水解液和糠醛抽出油稀释液的复配，在特定的配比下，使得预处理液的粘结力得到了显著的提高，能够使得沥青类灌缝材料与原有沥青很好地粘结。
本发明还提供了上述预处理液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)偶联剂水解液的制备：将硅烷偶联剂KH550、去离子水、乙醇按配方比混合在一起搅拌、水解；
(2)有机溶剂的制备：将乙醇按配方比加入到糠醛抽出油中，搅拌使两者混合均匀，然后加入消泡剂，继续搅拌以消除搅拌过程中产生的气泡；
(3)将偶联剂水解液按配方比例加入到有机溶剂中搅拌混合，即得预处理液。
优选的，步骤(1)中采用磁力搅拌，搅拌时间为30～40min；步骤(2)中采用搅拌器搅拌，搅拌时间为120～180s；继续搅拌时间为60～120s。
优选的，步骤(3)中采用搅拌器搅拌，搅拌时间为60～120s。
本发明还提供了上述预处理液在沥青路面裂缝修补中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对裂缝进行切缝处理及清理；
(2)使用预处理液喷洒经步骤(1)清理后的裂缝，使用沥青类灌缝材料进行灌缝施工；灌缝完成后进行成型养护即可。
对沥青进行切缝处理的作用是使得原有沥青界面形状规整，便于清扫。
优选的，所述预处理液喷洒裂缝是喷洒裂缝的侧面及底面，灌封材料能接触到的位置。
优选的，所述每平方米喷洒面(裂缝的侧面及底面)的预处理液洒布量为0.5～0.7kg/m2。进一步优选为0.6kg/m2。
本领域技术人员可根据灌缝材料的类型选择合适的成型养护的时间。比如加热型沥青灌缝材料的养护时间为2～3小时。
一种沥青路面裂缝修补方法，在灌缝之前，使用能够促进沥青裂缝界面和灌缝材料之间粘结力的预处理液喷洒裂缝。
本发明专利主要是通过预处理液增加有机-无机界面之间的粘结力。由于混合料常见集料为石灰岩，花岗岩也只是在沿海等花岗岩含量较大的地区，下面分别解释偶联剂KH550增强石灰岩沥青混合料和花岗岩沥青混合料的有机-无机界面的原理：
(1)硅烷偶联剂KH550的水解原理：
H2N(CH2)3Si(OCH3)3+H2O＝H2N(CH2)3Si(OH)3+CH3OH；
(2)预处理液增强灌缝材料-原有石灰岩沥青混合料界面粘结力的原理：石灰岩主要成分为CaCO3，其表面含有OH-，水解硅烷偶联剂一端(Si-(OH)3)可以与石灰岩表面形成化学键，而另一端R基(H2N(CH2)3)与沥青结合生成反应性基团，从而增大界面粘结力，使得沥青类灌封材料与石灰岩可以更好地粘结。其原理如图1所示。
预处理液增强灌缝材料-原有花岗岩沥青混合料界面粘结力的原理：花岗岩SiO2的含量较高，而水解后的硅烷偶联剂可以在其表面形成Si-O-Si键，同时可以与沥青结合生成反应性基团，这样可以改善沥青与花岗岩这两种性能差异较大的材料界面，从而增强其粘结力，提高花岗岩沥青路面的路用性能。其原理图如2所示。
本发明实施例提供的一个或者多个技术方案，至少具有以下技术效果：
本发明提出了一种沥青路面裂缝修补预处理液及其施工方法，增加了修补材料及其原有裂缝直接的界面粘结力，延长了道路的使用寿命。通过使用预处理液处理后再进行灌缝处理的沥青路面，可明显增强沥青类灌缝材料与原有沥青裂缝界面的粘结力，提高沥青路面的使用年限；预处理液制备及施工工艺简单，适合于沥青路面的现场养护修补；该预处理液材料生产成本低，降低了工程养护造价，适宜大范围推广使用。本发明预处理液无需现场配置，可以较为方便地存储运输。
附图说明
图1是偶联剂预处理液增强石灰岩界面机理示意图；
图2是偶联剂预处理液增强花岗岩界面机理示意图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明：
实施例1：
偶联剂水解液的配制：将25份硅烷偶联剂KH550、75份乙醇、25份去离子水混合，磁力搅拌35min。
糠醛抽出油有机混合溶剂的配制：将35份的乙醇加入到65份糠醛抽出油中，用搅拌器搅拌160s；后加入0.5份的消泡剂，继续搅拌90s。
最后将2份偶联剂水解液加入到98份的有机稀释溶剂中，搅拌90s得到沥青路面裂缝修补预处理液。灌缝前在裂缝表面进行喷洒，洒布量为0.6kg/m2。
所用灌缝材料选择70号道路石油沥青，其指标符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)的规范要求。
实施例2：
偶联剂水解液的配制：将15份硅烷偶联剂KH550、85份乙醇、15份去离子水混合，磁力搅拌35min。
有机溶剂的配制：将25份的乙醇加入到75份糠醛抽出油中，用搅拌器搅拌160s；后加入0.1份的消泡剂，继续搅拌90s。
其他步骤与实施例1相同。
实施例3：
偶联剂水解液的配制：将30份硅烷偶联剂KH550、75份乙醇、30份去离子水混合，磁力搅拌35min。
有机溶剂的配制：将40份的乙醇加入到60份糠醛抽出油中，用搅拌器搅拌160s；后加入1份的消泡剂，继续搅拌120s。
其他步骤与实施例1相同。
实施例4：
偶联剂水解液的配制：将30份硅烷偶联剂KH550、75份乙醇、30份去离子水混合，磁力搅拌35min。
有机溶剂的配制：将40份的乙醇加入到60份糠醛抽出油中，用搅拌器搅拌160s；后加入1份的消泡剂，继续搅拌120s。
最后将4份偶联剂水解液加入到96份的有机稀释溶剂中。其他步骤与实施例1相同。
实施例5：
将有机溶剂中的乙醇替换为柴油，其他均与实施例1相同。
对比例1：
偶联剂水解液的配制：将30份硅烷偶联剂KH550、75份乙醇、30份去离子水混合，磁力搅拌35min。
有机溶剂的配制：将40份的乙醇加入到60份糠醛抽出油中，用搅拌器搅拌160s；后加入1份的消泡剂，继续搅拌120s。
最后将5份偶联剂水解液加入到95份的有机稀释溶剂中。其他步骤与实施例1相同。
对比例2：
偶联剂水解液的配制：将5份硅烷偶联剂KH550、95份乙醇、5份去离子水混合，磁力搅拌35min。
有机溶剂与沥青路面裂缝修补预处理步骤与实施例1相同。
对比例3：
偶联剂水解液的配制：将50份硅烷偶联剂KH550、50份乙醇、50份去离子水混合，磁力搅拌35min。
有机溶剂与沥青路面裂缝修补预处理步骤与实施例1相同。
对比例4：
有机溶剂的配制为：有机溶剂选择糠醛抽出油，将0.5份消泡剂加入到100份糠醛抽出油中搅拌160s。
偶联剂水溶液与沥青路面裂缝修补预处理步骤与实施例1相同。
对比例5：
所使用的原材料质量分数、沥青路面裂缝修补预处理步骤与实施例1相同，不同之处在于制备预处理液时将所有原材料混合到一起，搅拌39min。
对比例6：
偶联剂水溶液及有机溶剂的配比均与实施例1相同。不同的是：预处理液的洒布量为0.3kg/m2。
对比例7：
偶联剂水解液的配制：将25份硅烷偶联剂KH550、75份乙醇、25份去离子水混合，磁力搅拌35min。
最后将2份偶联剂水解液加入到98份的乙醇溶剂中，搅拌90s得到沥青路面裂缝修补预处理液。灌缝前在裂缝表面进行喷洒，预处理液的洒布量为0.6kg/m2。
所用灌缝材料选择70号道路石油沥青，其指标符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)的规范要求。
对比例8：
有机溶剂的配制：将35份的乙醇加入到65份糠醛抽出油中，用搅拌器搅拌160s；后加入0.5份的消泡剂，继续搅拌90s。
仅使用上述有机溶剂作为预处理液，灌缝前在裂缝表面进行喷洒，洒布量为0.6kg/m2。
所用灌缝材料选择70号道路石油沥青，其指标符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)的规范要求。
对比例9：不使用任何预处理液，直接用灌缝材料进行灌缝，灌缝条件同实施例1。
试验例：
1、灌缝材料粘结力测试
采用《路面加热型密封胶》JT/T 740-2015中低温拉伸性能检测裂缝修补效果，与之不同的是试块采用切割的沥青混合料试块(混合料SMA-13)，拉伸装置采用MTS万能试验机，测量试件的性能如下：
经过3个拉伸循环过程后，在30min将试件从拉伸试验机中取出，立即检查试件、试件与沥青混合料试块界面是否有裂缝出现并测定裂缝长度。试验结果如表1所示。
表1灌缝材料粘结力测试结果
序号 裂缝长度(mm)
实施例1 ＜1.0
实施例2 2.5
实施例3 2.1
实施例4 2.4
实施例5 2.4
对比例1 3.2
对比例2 6.1
对比例3 10.6
对比例4 3.0
对比例5 6.9
对比例6 6.7
对比例7 3.4
对比例8 8.1
对比例9 8.4
2、修补路面裂缝一年后的道路情况
将预处理液应用于路面裂缝修补，使用预处理方法进行裂缝修补的沥青路面状况为：运营时间为8～10年；路面材料为SMA-13型沥青混合料；裂缝宽度为2～3.5cm，深度为2～4cm；交通量为1600～1900辆/小时，有重载车辆通行；夏季最高气温36.8℃，冬季最低气温-4.1℃。路面裂缝分布在1km以内。
路面修补材料为：70号道路石油沥青，其三大指标见表2。路面修补通车一年后的裂缝重新开裂长度见表3。(裂缝重新开裂长度是指灌缝材料与裂缝壁经车辆荷载后重新开裂的长度)。
表2 70号道路石油沥青技术指标
检测项目 单位 技术要求 检测结果
针入度(25℃，5s，100g) 0.1mm 60～80 62
软化点(TR&B) ℃ ≥46 47.2
延度(15℃，5cm/min) cm ≥100 >100
表3沥青路面裂缝修补一年后开裂情况
序号 裂缝修补通车一年后开裂长度(cm)
实施例1 无开裂现象
实施例2 无开裂现象
实施例3 无开裂现象
实施例4 无开裂现象
实施例5 无开裂现象
对比例1 无开裂现象
对比例2 8.3
对比例3 28.3
对比例4 13.4
对比例5 11.7
对比例6 8.6
对比例7 18.7
对比例8 23.0
对比例9 24.1
通过表1～3可以看出，实施例1～5均满足《路面加热型密封胶》JT/T 740-2015中裂缝长度小于3mm的要求，其中实施例1中效果最佳，其裂缝长度小于1mm。
对比例1的预处理液中偶联剂水解液浓度相比实施例1～5高，反而在一定程度上降低了其粘结力。对比例2不满足规范要求，造成其原因是偶联剂水解液的浓度偏低，使得灌缝材料与原有界面直接的成键数量较少，因此导致其粘结力下降，在进行粘结力测试试验时裂缝长度较大。对比例3不满足要求的原因是随着偶联剂水解液浓度的升高，硅烷偶联剂KH550的水解产物会在灌缝材料与原有裂缝界面形成了多分子层，因此灌缝材料与其形成的物理吸附层相粘结，导致灌封材料与界面直接的化学键数量减少，因此降低了其粘结力。
对比例4中裂缝长度不满足规范要求的原因可能是糠醛抽出油浓度较大，通过搅拌后不能够使硅烷偶联剂完全均匀分布，造成局部浓度过低或者过高导致粘结力下降；另外有机溶剂只使用糠醛抽出油，其溶液的粘稠度较大，不容易进行喷洒，不利于施工。对比例5由于直接将原材料混合，硅烷偶联剂KH550水解不充分而导致在界面处成键数量较少，因此不满足规范要求。而对比例6的洒布量较少，导致粘结力下降，故裂缝长度较大。
对比例7和对比例8分别采用偶联剂水解液和含有糠醛抽出油的有机溶剂作为预处理剂，先对裂缝进行预处理，然后再使用70号道路石油沥青进行灌缝处理；对比例9不采用任何处理剂预处理，直接使用70号道路石油沥青进行灌缝处理。由结果可知，本发明预处理液采用一定配比的偶联剂水解液和含有糠醛抽出油的有机溶剂共同作用，通过对裂缝进行预处理，在提高灌缝材料与原有沥青之间存在的粘结力上，具有显著的效果。

Claims (8)

1.一种沥青路面裂缝修补预处理液，其特征在于，
包括偶联剂水解液和含有糠醛抽出油的有机溶剂，所述偶联剂水解液与有机溶剂的质量比1.5~4:98.5~96；
所述偶联剂水解液中偶联剂的质量百分数为10~25%；所述有机溶剂中糠醛抽出油的质量百分数为60~75%；
所述预处理液的制备方法为：
（1）偶联剂水解液的制备：将硅烷偶联剂KH550、去离子水、乙醇按配方比混合在一起搅拌、水解；
（2）有机溶剂的制备：按配方比将乙醇加入到糠醛抽出油中，搅拌使两者混合均匀，然后加入消泡剂，继续搅拌以消除搅拌过程中产生的气泡；
（3）将偶联剂水解液按配方比例加入到有机溶剂中搅拌混合，即得预处理液；
所述预处理液的洒布量为0.5~0.7kg/m2。
2.根据权利要求1所述的预处理液，其特征在于，所述偶联剂水解液与有机溶剂的质量比为2:98。
3.根据权利要求2所述的预处理液，其特征在于，所述偶联剂水解液包括以下质量份的组份：硅烷偶联剂KH550 15~30份、去离子水15~30份、乙醇85~75份；所述有机溶剂包括以下质量份的组份：糠醛抽出油75~60份、乙醇25~40份。
4.根据权利要求3所述的预处理液，其特征在于，所述有机溶剂中还包括消泡剂0.1~1份。
5.根据权利要求1所述的预处理液，其特征在于，步骤（1）中采用磁力搅拌，搅拌时间为30~40min；步骤（2）中采用搅拌器搅拌，搅拌时间为120~180s，继续搅拌时间为60~120s；步骤（3）中采用搅拌器搅拌，搅拌时间为60~120s。
6.一种使用权利要求1~5任一项所述预处理液修补沥青路面裂缝的方法，其特征在于，在灌缝之前，使用能够促进沥青裂缝界面和灌缝材料之间粘结力的预处理液喷洒裂缝。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对裂缝进行切缝处理及清理；
（2）使用预处理液喷洒经步骤（1）清理后的裂缝，使用沥青类灌缝材料进行灌缝施工；灌缝完成后进行成型养护即可。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，步骤（2）中预处理液喷洒裂缝的洒布量为0.5~0.76kg/m2。
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