本发明涉及沥青路面修复材料领域，特别涉及反应型常温沥青混合料及其制备方法。
背景技术
目前，对于路面坑槽病害的处置方法主要分为基于热拌沥青材料和常温沥青材料维修技术两种，采用热拌沥青材料进行路面坑槽病害处置时，热拌沥青混合料与新建道路材料一致，将病害处置之后，进行填筑压实，能达到较好的维修修补效果；常用常温沥青材料进行维修时，最大的特点是施工方便、速度快，从而对交通影响小。
然而，使用两种沥青材料维修路面坑槽的方法都具有各自显著的缺点。对于热拌沥青混合料，不仅其性能接近于新建路面，而且其施工复杂性也与之相当(热拌沥青混合料生产要求高，需要拌合站、加热、保温等，修补对沥青混合料的需求极少)，因而存在施工复杂、成本高、对环境污染大、对交通扰动大等问题；而使用常温沥青材料对路面病害进行修补，不论是溶剂型常温沥青材料和乳化型常温沥青材料，都存在初始强度低，强度发展慢与旧路面粘结不牢固等问题，致使其维修处置效果差、病害反复等问题。
cn107903642a公开了一种常温密封液态沥青的制备方法，能有效解决常温状态下沥青的流动性问题，除其铺筑后仍需1-1.5小时的风干时间之外，且初始强度较低，只能适当限速开放交通，全面开放交通则需要更长时间。
技术实现要素：
为了解决至少部分上述技术问题，本发明提供反应型常温沥青混合料，可在常温下对路面进行修复，且具有优异的初始强度和强度发展速度。本发明还提供反应型常温沥青混合料的制备方法。具体地，本发明包括以下内容。
本发明的第一方面，提供一种反应型常温沥青混合料，其包含50-60重量份的基质沥青、15-30重量份固化剂、20-30重量份反应型溶剂、10-20重量份偶联剂和600-850重量份集料。
根据本发明的反应型常温沥青混合料，优选地，所述固化剂包含10-20重量份偏高岭土和5-10重量份硅酸盐水泥。
根据本发明的反应型常温沥青混合料，优选地，所述反应型溶剂包含15-25重量份不饱和脂肪酸、5-10重量份烷基二甲基甜菜碱和1-5重量份苯酚多聚物。
根据本发明的反应型常温沥青混合料，优选地，所述偶联剂为c10-c20烷基三乙氧基硅烷。
根据本发明的反应型常温沥青混合料，优选地，所述不饱和脂肪酸、所述烷基二甲基甜菜碱和所述苯酚多聚物的重量比为10:2-3:0.5-1。
根据本发明的反应型常温沥青混合料，优选地，所述不饱和脂肪酸选自肉豆蔻油酸、棕榈油酸、反式油酸、蓖麻油酸、油酸、亚油酸和芥酸组成的组中的至少一种；所述烷基二甲基甜菜碱为c10-c20烷基二甲基甜菜碱；所述苯酚多聚物为三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物。
本发明的第二方面，提供本发明第一方面所述的反应型常温沥青混合料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将40-60重量份沥青加热至100-200℃后加入20-30重量份反应型溶剂，在5-10转/分钟的第一搅拌速度下搅拌5-10min，然后在50-100转/分钟的第二搅拌速度下继续搅拌1-10min，得到混合液；(2)向所述混合液中加入10-20重量份水性环氧树脂，并分散得到悬浮物；(3)向所述悬浮物中加入10-20重量份偶联剂，并搅拌得到沥青液。
根据本发明的反应型常温沥青混合料的制备方法，优选地，其进一步包括(4)根据所选集料的级配和类型确定固化剂的粒径分布，将所述固化剂与所述集料与所述沥青液混合，得到反应型常温沥青混合料。
根据本发明的反应型常温沥青混合料的制备方法，优选地，所述沥青液的60℃布氏粘度在3.0pa·s以下。
根据本发明的反应型常温沥青混合料的制备方法，优选地，所述反应型常温沥青混合料的初始稳定度为3.5kn以上，且成型稳定度为8.0kn以上。
本发明的反应型沥青混合料在制备过程中可实现沥青液在常温下的流动性，从而使所得混合料在常温下可对路面进行修复，而无需拌合站、加热、保温等处理。另外，与常规的常温沥青材料不同，由本发明的方法得到的反应型沥青混合料具有优异的初始强度和强度发展速度，特别适合在常温下快速维修路面。
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，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。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。除非另有说明，否则“％”是指基于重量的百分数。
本发明的“常温流动性”是指在25±5℃温度下具有流动性。该性质可通过目视观察明显判断。当根据t0625-2000沥青布氏旋转粘度试验测量时，本发明的沥青的60℃的布氏粘度为3.0pa·s以下，优选2.5pa·s以下，更优选2.0pa·s以下。另一方面，通常为1.0pa·s以上，优选1.5pa·s以上。
本发明的第一方面，提供一种反应型常温沥青混合料，其包含50-60重量份的基质沥青、15-30重量份固化剂、20-30重量份反应型溶剂、10-20重量份偶联剂和600-850重量份集料。
本发明所述的基质沥青(本文有时简称“沥青”)的实例包括但不限于煤焦沥青、石油沥青和天然沥青。优选石油沥青，其为原油蒸馏后的残渣。在常温下本发明的沥青可为液体、半固体或固体，对此不特别限定。优选地，本发明的沥青中油分的含量基于重量为20％-60％，优选为25％-50％，更优选25％-38％。油分的含量越高越有利于流动性的提高。本发明的沥青中胶质的含量基于重量为10％-20％，优选10％-15％。胶质的含量过低，则虽然具有较高的流动性，但是粘度和延度不好，不利于初始强度的提高。本发明的反应型溶剂有利于基质沥青中胶质处于低分子化合物状态，从而有利于实现常温流动性。本发明的沥青中沥青质的含量基于重量为10％-30％，优选10％-20％。本发明的沥青质含量越高软化点越高、粘性越。本发明的沥青还包含少量的沥青碳和似碳物，优选其含量基于重量为3％以下，优选2％以下。上述范围的成分有利于在实现流动性的同时减小对所得沥青的粘度和延度的影响。本发明中沥青的用量一般为50-60重量份，优选为50-55重量份，更优选50-53重量份。
本发明的固化剂是主要成分为具有火山灰活性的无机非金属粉体材料。优选地，固化剂的实例包括但不限于偏高岭土和硅酸盐水泥。本发明可使用上述物质中的一种或两种的组合。固化剂的形态优选为固体粉末形式。本发明的固化剂在沥青中不仅仅存在改性作用，同时也能起到填料的作用。本发明发现，本发明的特定固化剂可使基质沥青的强度提高，且对基质沥青的高温性能、低温性能及水稳定性均存在一定的改善效果。发明人认为原因可能在于本发明的固化剂具有火山灰活性，其与基质沥青界面之间存在润湿现象、吸附现象及化学反应三种。由于这三种反应的协同作用实现上述效果。本发明的固化剂用量一般为15-30重量份，优选15-28重量份，更优选18-20重量份。优选地，固化剂包含10-20重量份偏高岭土和5-10重量份硅酸盐水泥。更优选地，固化剂包含12-18重量份偏高岭土和6-8重量份硅酸盐水泥。本发明的固化剂优选仅由偏高岭土和硅酸盐水泥组成。
本发明的反应型溶剂包含不饱和脂肪酸、烷基二甲基甜菜碱和苯酚多聚物。其中不饱和脂肪酸、烷基二甲基甜菜碱和苯酚多聚物的重量比为10:2-3:0.5-1，优选10:2.4-2.8:0.6-0.8。
本发明的反应型溶剂中不饱和脂肪酸的实例包括但不限于肉豆蔻油酸、棕榈油酸、反式油酸、蓖麻油酸、油酸、亚油酸和芥酸。本发明可使用上述物质中一种或多种的组合。优选地，本发明的不饱和脂肪酸为油酸。本发明中不饱和脂肪酸的含量为15-25重量份，优选15-20重量份，更优选16-20重量份。含量过高影响初始强度和强度发展速度。含量过低不利于流动性提高。
本发明的烷基二甲基甜菜碱中的烷基优选为c10-c20，更优选c10-c15，特别优选c12，即十二烷基二甲基甜菜碱。优选呈阳离子性的烷基二甲基甜菜碱。本发明的反应型溶剂中烷基二甲基甜菜碱的含量为5-10重量份，优选6-8重量份，更优选6-7重量份。上述范围内的烷基二甲基甜菜碱具有优良的发泡性能，有助于沥青液化以及反应型溶液各组分之间的相容性。
本发明的反应型溶剂中苯酚多聚物优选为三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物，其含量为1-5重量份，优选1-4重量份，更优选2-4重量份。上述各成分的含量过低均不利于沥青与下述水性环氧树脂混合，从而不利于溶解。另一方面，如果含量过高，则造成不必要的成本增加，同时影响所得沥青及其制品的长期使用。苯酚多聚物优选为苯酚高聚物。
本发明的偶联剂用于将混合料中的基质沥青的中有机物与无机物偶联，有效控制混合料的强度及强度发展速度在合理范围内。本发明发现具有两个活性基团的偶联剂为烷基三乙氧基硅烷，更优选正十二烷基三乙氧基硅烷可有效的提高混合料的强度，并有效控制混合料的发展强度在合理范围内。优选地，本发明的偶联剂的两个活性基团分别是有机物官能团和无机物硅烷氧基官能团。其中，有机物官能团能够溶解在水中，并与许多聚合物发生化学反应；无机物硅烷氧基官能团则可以和许多无机物发生反应。通过上述两个活性基团将无机物和有机物结合起来，生成具有一体化结构的分子链。本发明的偶联剂的用量一般为10-20重量份，优选12-18重量份，更优选14-16重量份。
本发明的集料及其用量可影响所得混合料的强度。本发明中沥青材料的粘附力和/或集料的嵌挤力协同作用影响强度。本发明的级配的用量为600-850重量份，优选为650-800重量份，更优选680-750重量份。本发明的级配类型可使用ac-10、sac-10、sma-10、lb-10。具体如下表1所示。
表1各级配类型的粒径
除了上述成分之外，本发明的反应型常温沥青混合料还可包含其他成分，其他成分的实例包括但不限于例如水性环氧树脂，从而使得沥青因液化造成的损害降低，进而有利于提高沥青的粘度、延度等。本发明的水性环氧树脂的含量通常为10-20重量份，优选12-18重量份，更优选14-16重量份。
本发明的第二方面，提供本发明的反应型常温沥青混合料的制备方法，其包括(1)混合液的制备；(2)悬浮物的制备；(3)沥青液的制备以及任选地(4)混合料的制备。下面详细说明。
本发明的步骤(1)混合液的制备是使沥青有效溶解，使其在常温状态下具有良好的流动性的步骤。具体地，是指将40-60重量份沥青加热至100-200℃后加入20-30重量份反应型溶剂，在第一搅拌速度下搅拌5-10min，然后在第二搅拌速度下继续搅拌1-10min，得到混合液。本步骤(1)中优选加热至120-180℃，更优选135-150℃。通常情况下在较慢的第一搅拌速度下搅拌5-10min，优选6-8min，更优选7min，然后相对较快的第二搅拌速度下继续搅拌1-10min，优选2-8min，更优选4-6min。两种不同速度的组合更有利于反应型溶剂与沥青的均匀接触和混合。如果第一搅拌速度过快，则不利于沥青的溶解。第一搅拌速度为5-10转/分钟，优选6-9转/分钟。第二搅拌速度为50-100转/分钟，优选60-90转/分钟，更优选70-80分钟。
本发明的步骤(2)悬浮物的制备是指向所述混合液中加入水性环氧树脂，并分散得到悬浮物。水性环氧树脂的加入量通过情况下为10-20重量份，优选12-18重量份，更优选14-16重量份。本发明发现特定量水性环氧树脂而非一般环氧树脂的添加使得沥青因液化造成的损害降低，进而有利于提高沥青的粘度、延度等。本发明的反应型溶剂中苯酚多聚物反应保证了水性环氧树脂与整个油性沥青体系拥有更好的配伍性。本发明通过特定的反应型溶液与水性环氧树脂的组合使沥青液化并改性其体系。
本发明的步骤(3)沥青液的制备是指向所述悬浮物中加入所需量的偶联剂，并搅拌得到沥青液。偶联剂的添加进一步提高流动性，并提高所得流体沥青的粘合力。所得沥青液在常温下为流动性。优选地，沥青液的60℃布氏粘度在3.0pa·s以下，优选2.0pa·s以下。另一方面，优选为1.0pa·s以上，更优选1.5pa·s以上。
本发明的步骤(4)混合料的制备是指根据所选集料的级配和类型确定固化剂的粒径分布，将所述固化剂与所述集料混合得到固体物，并与所得沥青液混合得到反应型常温沥青混合料。本发明中所述固化剂与所述集料的混合比不特别限定，可为任意比例，即本发明的固化剂可部分或全部取代级配中相对应的级配档的集料。优选地，固化剂与集料的重量比为0.01-100:1，更优选0.1-10:1。本发明中沥青液与固体物的重量比不特别限定，通常在1-10:100范围内，更优选5-8:100范围内。本发明中的混合可采用本领域已知的任何手段。例如，可采用人工(比值取高值)或者机械方式(比值取低值)进行拌合均匀。优选地，本发明的反应型常温沥青混合料应现拌现用。还优选地，在拌合后4h内完成施工。通过本发明的方法得到的反应型常温沥青混合料的初始稳定度为3.5kn以上，且成型稳定度为8.0kn以上。
实施例1
本实施例的反应型常温沥青混合料的制备如下：
(1)按油酸20重量份、十二烷基二甲基甜菜碱6重量份、三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物4重量份的配方分别称取各原材料混合得到反应型溶剂；
(2)将50重量份基质沥青加热至135℃，并在慢速搅拌(35r/min)状态下保温等待下一工序；
(3)将20重量份的反应型溶剂加入基质沥青中，先慢速搅拌6min，再中速(80r/min)搅拌约5min至反应型溶剂分散均匀为止；并在慢速(30r/min)搅拌状态下(无需保温)等待下一工序；
(4)将10重量份的水性环氧树脂加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速(80r/min)搅拌约5min至水性环氧树脂分散均匀为止(无白色悬浮物)；并在慢速(30r/min)搅拌状态下(无需保温)等待下一工序；
(5)将20重量份的正十二烷基三乙氧基硅烷加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速(80r/min)搅拌约5min至正十二烷基三乙氧基硅烷分散均匀为止；并慢速(50r/min)搅拌状态下(无需保温)搅拌约10min，至此，完成反应型常温液体沥青的制备；
(6)按ac-10级配称取700重量份集料(含25重量％的偏高岭土和普通硅酸盐水泥混合物、75重量％玄武岩和石灰岩混合物)，拌合均匀干燥保存备用；将常温沥青液与上述集料采用机械方式进行拌合，至拌合均匀后即得反应型常温沥青混合料。
实施例2
本实施例的反应型常温沥青混合料的制备如下：
(1)按油酸20重量份、十二烷基二甲基甜菜碱8重量份、三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物3重量份的配方分别称取各原材料混合得到反应型溶剂；
(2)将60重量份沥青加热至135℃，并在慢速搅拌(35r/min)状态下保温等待下一工序；
(3)将25重量份的反应型溶剂加入基质沥青中，先慢速搅拌6min，再中速搅拌80r/min)约5min至反应型溶剂分散均匀为止；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(4)将12重量份的水性环氧树脂加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至水性环氧树脂分散均匀为止(无白色悬浮物)；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(5)将20重量份的正十二烷基三乙氧基硅烷加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至正十二烷基三乙氧基硅烷分散均匀为止；并慢速搅拌(50r/min)状态下(无需保温)搅拌约10min，至此，完成反应型常温沥青液的制备；
(6)按ac-10级配称取700集料(含50重量％的偏高岭土和普通硅酸盐水泥混合物、50重量％玄武岩和石灰岩混合物)，拌合均匀干燥保存备用；将常温沥青液与上述集料采用机械方式进行拌合，至拌合均匀后即得反应型常温沥青混合料。
实施例3
本实施例的反应型常温沥青混合料的制备如下：
(1)按油酸23重量份、十二烷基二甲基甜菜碱8重量份、三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物2重量份的配方分别称取各原材料混合得到反应型溶剂；
(2)将60重量份沥青加热至130℃，并在慢速搅拌(35r/min)状态下保温等待下一工序；
(3)将30重量份的反应型溶剂加入基质沥青中，先慢速搅拌6min，再中速搅拌80r/min)约5min至反应型溶剂分散均匀为止；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(4)将14重量份的水性环氧树脂加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至水性环氧树脂分散均匀为止(无白色悬浮物)；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(5)将16重量份的正十二烷基三乙氧基硅烷加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至正十二烷基三乙氧基硅烷分散均匀为止；并慢速搅拌(50r/min)状态下(无需保温)搅拌约10min，至此，完成反应型常温沥青液的制备；
(6)按sma-10级配称取700重量份集料(含35重量％的偏高岭土和普通硅酸盐水泥混合物、65重量％玄武岩和石灰岩混合物)，拌合均匀干燥保存备用；将常温沥青液与上述集料采用机械方式进行拌合，至拌合均匀后即得反应型常温沥青混合料。
实施例4
本实施例的反应型常温沥青混合料的制备如下：
(1)按油酸23重量份、十二烷基二甲基甜菜碱8重量份、三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物2重量份的配方分别称取各原材料混合得到反应型溶剂；
(2)将60重量份沥青加热至130℃，并在慢速搅拌(35r/min)状态下保温等待下一工序；
(3)将28重量份的反应型溶剂加入基质沥青中，先慢速搅拌6min，再中速搅拌80r/min)约5min至反应型溶剂分散均匀为止；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(4)将13重量份的水性环氧树脂加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至水性环氧树脂分散均匀为止(无白色悬浮物)；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(5)将16重量份的正十二烷基三乙氧基硅烷加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至正十二烷基三乙氧基硅烷分散均匀为止；并慢速搅拌(50r/min)状态下(无需保温)搅拌约10min，至此，完成反应型常温沥青液的制备；
(6)按lb级配称取700重量份集料(含45重量％的偏高岭土和普通硅酸盐水泥混合物、55重量％玄武岩和石灰岩混合物)，拌合均匀干燥保存备用；将常温沥青液与上述集料采用机械方式进行拌合，至拌合均匀后即得反应型常温沥青混合料。
比较例1
本比较例的反应型常温沥青混合料的制备如下：
(1)按油酸20重量份和十二烷基二甲基甜菜碱6重量份配方分别称取各原材料混合得到反应型溶剂；
(2)将50重量份基质沥青加热至135℃，并在慢速搅拌(35r/min)状态下保温等待下一工序；
(3)将20重量份的反应型溶剂加入基质沥青中，先慢速搅拌6min，再中速搅拌80r/min)约5min至反应型溶剂分散均匀为止；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(4)将10重量份的水性环氧树脂加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至水性环氧树脂分散均匀为止(无白色悬浮物)；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(5)将20重量份的正十二烷基三乙氧基硅烷加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至正十二烷基三乙氧基硅烷分散均匀为止；并慢速搅拌(50r/min)状态下(无需保温)搅拌约10min，至此，完成反应型常温液体沥青的制备；
(6)按ac-10级配称取700重量份集料(含25重量％的偏高岭土和普通硅酸盐水泥混合物、75重量％玄武岩和石灰岩混合物)，拌合均匀干燥保存备用；将常温沥青液与上述集料采用机械方式进行拌合，至拌合均匀后即得沥青混合料。
比较例2
本比较例的反应型常温沥青混合料的制备如下：
(1)按油酸20重量份、十二烷基二甲基甜菜碱8重量份和十二烷基二甲基甜菜碱6重量份配方分别称取各原材料混合得到反应型溶剂；
(2)将50重量份基质沥青加热至135℃，并在慢速搅拌(35r/min)状态下保温等待下一工序；
(3)将20重量份的反应型溶剂加入基质沥青中，先慢速搅拌6min，再中速搅拌80r/min)约5min至反应型溶剂分散均匀为止；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(4)将10重量份的水性环氧树脂加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至水性环氧树脂分散均匀为止(无白色悬浮物)；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温，完成反应型常温液体沥青的制备；
(5)按ac-10级配称取700重量份集料(含25重量％的偏高岭土和普通硅酸盐水泥混合物、75重量％玄武岩和石灰岩混合物)，拌合均匀干燥保存备用；将常温沥青液与上述集料采用机械方式进行拌合，至拌合均匀后即得沥青混合料。
比较例3
本比较例的反应型常温沥青混合料的制备如下：
(1)按油酸20重量份、十二烷基二甲基甜菜碱6重量份、三-(二甲胺基甲基)苯酚多聚物4重量份的配方分别称取各原材料混合得到反应型溶剂；
(2)将50重量份基质沥青加热至135℃，并在慢速搅拌(35r/min)状态下保温等待下一工序；
(3)将20重量份的反应型溶剂加入基质沥青中，先慢速搅拌6min，再中速搅拌80r/min)约5min至反应型溶剂分散均匀为止；并在慢速搅拌(30r/min)状态下(无需保温)等待下一工序；
(4)将20重量份的正十二烷基三乙氧基硅烷加入混合液中，先慢速搅拌3-5min，再中速搅拌(80r/min)约5min至正十二烷基三乙氧基硅烷分散均匀为止；并慢速搅拌(50r/min)状态下(无需保温)搅拌约10min，至此，完成反应型常温液体沥青的制备；
(5)按ac-10级配称取700重量份集料(含100重量％玄武岩和石灰岩混合物)，拌合均匀干燥保存备用；将常温沥青液与上述集料采用机械方式进行拌合，至拌合均匀后即得沥青混合料。
表2各沥青液的组成及粘度
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。