一种全天候沥青路面裂缝修补剂及其制备方法与流程

本发明属于公路养护和新材料，尤其涉及一种全天候沥青路面裂缝修补剂及其制备方法。

背景技术：

1、裂缝是沥青路面的主要病害之一，发生于路面病害的初级阶段。路面裂缝病害产生的原因如下：①路基建设未达标准，沉降不均匀。②路面铺设建设撒布不均匀，路面密度不同，使用中冷热应力不平衡。③路面使用中，承受载荷超过设计标准。④材料老化，承载力下降。

2、路面产生裂缝后，路面雨雪向路基逐步渗透，渗水部位路基(夯实土)密度变大，路基产生脱离和空洞，对路面支撑力下降。扰乱路基稳定性，使路基失稳，进而引发更严重的路基塌陷等问题。随着路面裂缝病害加剧，路基损伤逐渐加重，进而引发坑槽塌陷、坑槽、脱皮和沉陷等严重病害。路面裂缝会威胁道路行车安全，增加道路养护成本，减少公路使用寿命，给道路建设和运维单位带来较大负面影响。

3、道路裂缝是各种病害的起因，提早防治可以阻断病害发展，提高养护效率，降低运维成本，保证运输安全。当前，一般采用灌注封堵工艺养护。常用的材料包括：改性沥青、硅酮密封胶和聚氨酯灌封胶等。这些材料的特性见表1所示。

4、表1

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6、

7、传统的路面养护工期，集中在秋、春二季。而且大城市及特大城市路网，每天都要经过水冲清理。从表中可以看到，目前使用的路面裂缝灌封剂都存在湿界面粘结差的问题。路面离缝的底部往往处于潮湿和存水状态，影响了现有裂缝的灌封效果。

8、对于繁忙的特大、大型和中型城市，市政道路车辆通行密度大，路面裂缝需要随时维修，保障道路处于良好的状态。对于长江以南城市，雨季长，降雨频繁，“干燥性路面窗口期”窄，现有路面裂缝修补剂只能依照天气情况使用。

9、因此，需要发明一种可以粘结干燥、潮湿和明水界面的灌封剂，满足路面裂缝养护的需求，实现全天候沥青道路裂缝灌封。

10、鉴于此，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明提供一种全天候沥青路面裂缝修补剂及其制备方法，用以解决现有技术中的沥青路面裂缝用修补剂在潮湿界面或者明水界面与沥青路面的粘结性差的缺陷，通过将特定结构的双亲聚酯多元醇引入聚氨酯灌封剂体系中，配合扩链剂和无机填料等组分，实现路面裂缝修补剂在应用时，不仅可应用干燥界面，且特别适用于潮湿界面或者明水界面的路面裂缝灌封。

2、本发明中的潮湿界面的路面是指沥青混凝土路面含水率大于3％，但不会滴水的路面。

3、本发明中的明水界面的路面是指沥青混凝土路面静置时，有水滴出现的路面(水膜覆盖的路面)。

4、本发明提供一种全天候沥青路面裂缝修补剂，包括：超浸润树脂组合物、固化剂和催化剂；所述固化剂为异氰酸酯类固化剂；

5、所述超浸润树脂组合物包括：双亲聚酯多元醇、1,2-己二醇和无机填料；所述超浸润树脂组合物的比重为1.15g/cm3～1.30g/cm3，接触角为45°～65°，粘度为1400mpa·s～1800mpa·s。

6、所述固化剂中多异氰酸酯中异氰酸根(-nco)摩尔数与超浸润树脂组合物中羟基(-oh)摩尔数的比为1.1～1.15；所述修补剂树脂与所述催化剂的质量比为100:(0.3～1.5)；

7、根据本发明提供的全天候沥青路面裂缝修补剂，所述固化剂(多异氰酸酯)包括二苯基甲烷二异氰酸酯，如纯mdi、液化mdi或者异构化mdi；

8、优选地，所述多异氰酸酯包括2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，如烟台万华化学集团的mdi-50。

9、通过采用本发明具备特定性质的超浸润树脂组合物与异氰酸酯类固化剂作为修补剂的主原料，得到的修补剂可以实现全天候路面裂缝养护目的。特别适用于潮湿界面或者明水界面的修补。在潮湿界面或者明水界面上该修补剂与路面的粘结力明显优于现有的改性沥青修补剂或者聚氨酯类修补剂。这是因为本发明中的超浸润树脂组合物的特定粘度(流动性)、接触角和比重使其呈现出良好的“水层挤出效应”的同时，还重点关注了修补剂固化后的吸水率，这与固化剂组分以及固化速率等因素对路面裂缝的修补效果产生影响。

10、对于普通路面裂缝修补剂而言，要求其具有良好的可拉伸性能，本发明通过大量对比发现，若修补剂固化后的吸水率太高(重量吸水率≥1％)，在有水界面施工时，环境水分会侵入到修补剂中，与修补剂中异氰酸酯发生化学反应，产生二氧化碳，导致修补剂固化后发泡，大幅度影响修补剂的伸长率。而在干燥环境中，修补剂不发泡(密度≥1.14g/cm3)，伸长率可以达到300％。潮湿环境中，修补剂吸水后发泡(密度≤0.8g/cm3)，伸长率仅仅只有50％。因此，所述全天候沥青路面裂缝修补剂在固化时的吸水率应尽量低，如控制其小于0.1％。

11、特别是，由于本发明中的催化剂的加入量会影响修补剂树脂与异氰酸酯类固化剂的固化成型反应速率。

12、本发明发现，催化剂含量较少时(修补剂树脂与催化剂质量比小于100：0.3)，固化成型时间(表干时间)较长(大于3h)。在较长的固化成型时间过程中，环境湿汽、潮湿界面水份或者明水界面水份，将影响修补剂的固化过程。水份侵入到正在固化的修补剂内部，与异氰酸酯发生化学发泡反应，产生二氧化碳气体，影响修补剂的固化质量。而修补剂树脂添加的催化剂加入量过多，修补剂固化时间太短，对粘结面浸润不充分，界面结合力低，界面粘结强度低。

13、通过大量试验发现，采用上述原料构成的修补剂时，可实现全天候路面裂缝修补目的。

14、本发明采用二苯基甲烷二异氰酸酯用作“全天候沥青路面裂缝修补剂”的固化剂。该多异氰酸酯可以提供以下良好综合性能：①可产生拉伸结晶的聚集态结构，提供修补剂高粘结强度。②异构体硬段结晶度低，具有低模量和高伸长特性。③室温下为液体，粘度小(3～5mpa.s)，提供优秀的工艺性能。④比重大(1.25g/cm3@20℃)，水排除效应明显。⑤表面张力较低，与花岗岩(沥青路面的主要骨料)表面接触角小(＜20°)，容易浸润湿界面和明水界面，增加水下粘结性。多异氰酸酯作为固化剂，其含量与超浸润树脂组合物中活泼氢(羟基)相关。理论配比为100：100(摩尔比)，随着多异氰酸酯含量提高，交联密度增加(游离多异氰酸酯与氨基甲酸酯中的氢加成反应)，力学强度提高，同时，将降低伸长率和耐低温性能。经过优选发现，烟台万华化学集团的多异氰酸酯mdi-50具有憎水性好、比重大、活性适宜、强度和弹性好的特点，可以很好地匹配超浸润树脂组合物，用作全天候路面修补剂的固化剂。

15、根据本发明提供的全天候沥青路面裂缝修补剂，所述双亲聚酯多元醇与所述无机填料的质量比为100:(74～122)；所述双亲聚酯多元醇与所述1,2-己二醇的质量比为100:(15～30)；

16、本发明发现，该超浸润树脂组合物中，双亲聚酯多元醇、扩链剂(1,2-己二醇)以及增重剂(无机填料)的配比，对实现本发明中的路面修补而言十分关键。当改变双亲聚酯多元醇、憎水扩链剂(1,2-己二醇)以及增重剂(无机填料)的配比时，该多元醇的接触角和比重发生明显变化。相应地，超浸润树脂组合物的“水层挤出效应”会减弱甚至消失，进而导致修补效果明显变差。通过大量实验证实，双亲聚酯多元醇、憎水扩链剂(1,2-己二醇)以及增重剂(无机填料)的配比在上述范围内，得到的超浸润树脂组合物满足本发明的要求。特别是，无机填料不仅可以降低成本、增加硬度和电绝缘性等。而且，还使得本发明中的超浸润树脂组合物具有适当的密度并配合其他条件(低接触角等)从而产生“水层挤出效应”，促进材料在水下对界面润湿和粘结。

17、所述的1,2-己二醇在超浸润树脂组合物成分中，被用作制备聚氨酯材料时的扩链剂。本发明发现：1,2-己二醇作为扩链剂时，由于具有四碳侧链，限制了硬段结晶，材料硬段结晶消失。从而抑制内聚强度增加，减弱本体强度上升趋势，增加界面粘结力。所形成的大量弱氢键(非结晶结构内)，使得界面粘结力增大，促进在多种界面形成良好的粘结效果。扩链剂具有适宜含量。随着扩链剂含量增加，如氢键含量增加，有利于提高粘结性能。但扩链剂过多，将影响材料伸长，产生冬季“离缝”和“裂纹”病害。

18、本发明还发现：无机填料的加入量需要适当。随着无机填料含量增加，密度增加，“水层挤出效应”增强，有利于促进水下粘结。无机填料过多，将影响材料综合力学性能和使用效果。

19、本发明中的所述超浸润树脂组合物的制备步骤可以按照下述方法制备得到：

20、将原料搅拌混合得第一产物；搅拌混合可以是先在室温环境中以100rpm～300rpm转速进行低速混合0.5h～1h，再以1000rpm～2000rpm转速高速混合0.5h～1h；

21、将所述第一产物研磨细化至细度≤50μm得第二产物；在研磨时可以在搅拌轴转速1450rpm和加料速度200kg/h～300kg/h参数下研磨数次，如3次；

22、将所述第二产物在100℃～115℃条件下溶解1h～2h得第三产物；在溶解时可以采用搅拌的方式促进溶解，如搅拌速率为80rpm～120rpm；

23、将所述第三产物在温度100℃～115℃和真空度0.095mpa～0.1mpa的条件下脱水至水分含量≤0.1％，得所述超浸润树脂组合物。真空脱水是关键工艺环节。如果含水率过高(＞0.1％)，会改变超浸润树脂组合物的界面接触角、羟值和粘度等指标，并影响树脂固化后修补剂的性能。脱水纯化时可以采用搅拌的方式促进溶解脱水，如搅拌速率为80rpm～120rpm。检测物料水分含量时，如果水分含量＞0.1％，延长脱水时间。如果水分含量≤0.1％，停止对反应釜抽真空，一般脱水时间为1h～2h。

24、优选地，无机填料包括滑石粉、高岭土、碳酸钙、重晶石和水泥中的一种以上；更优选地，所述无机填料为325目的滑石粉；

25、当采用“灵寿县沃澳矿产品加工厂”生产的325目滑石粉作为本发明的无机填料时，制得的超浸润树脂组合物的在修补路面时，具有较好的加工和使用性能。与其他填料相比，滑石粉具有吸水率低特性。较低的吸水率，方便了储存、运输和加工过程，可简化修补剂加工中的除水工艺负担。通过实验优选325目细度的滑石粉，滑石粉细度过粗(目数较小)，影响固化后修补剂的综合性能(例如伸长率和强度等)，滑石粉过细(目数过大)，滑石粉表面积大，修补剂固化前粘度较大，降低界面浸润性能，降低粘结强度。

26、根据本发明提供的全天候沥青路面裂缝修补剂，所述催化剂为有机金属盐催化剂，包括：有机异辛酸铋、有机新葵酸铋、有机异辛酸锌、有机新葵酸铅、有机醋酸苯汞、有机异辛酸铅和有机葵酸铅中的一种以上。

27、聚氨酯适用的催化剂包括有机金属盐类和叔胺类。经过实验发现有机金属盐类催化效果平稳、储存稳定、抑泡作用好，可以作为修补剂优选催化剂。经过评测使用效果，更优选了金属铋、锌类有机金属盐催化剂，以满足环保要求。其中，有机异辛酸铋的分子式：c24h45bio6，分子量638.61，金属铋含量20％±0.5％。广泛的用于聚氨酯生产行业，适用于喷涂、高密度弹性体、微孔弹性和浇注型弹性体体系。与异辛酸铅有极为相似的技术特性，可用作铅催干剂的替代材料。

28、更优选为一臻(固安)新材料科技有限公司生产的h-13。经过研究评测发现，h-13具有可控的催化效率，在一定范围内，随着催化剂h-13添加量增加，催化效率线性增加，修补剂表干时间线性减少，有利于生产和施工控制。当采用h-13作为催化剂时，修补效果更好，尤其是空气湿度大的施工环境。

29、根据本发明提供的全天候沥青路面裂缝修补剂，所述双亲聚酯多元醇为临沂斯科瑞聚氨酯有限公司生产的skr-1000a。

30、所述双亲聚酯多元醇为临沂斯科瑞聚氨酯有限公司生产的skr-1000a双亲聚酯多元醇。双亲聚酯多元醇用作“全天候沥青路面裂缝修补剂”的超浸润树脂组合物主要成分，决定了其基本性能。其结构为：

31、

32、经过系统研究，本发明发现，临沂斯科瑞聚氨酯有限公司生产的聚酯多元醇(skr-1000a)可作为本发明中的理想的双亲聚酯多元醇。该双亲聚酯多元醇是以双酚a、1,2-丙二醇、二甘醇和邻苯二甲酸为聚合单体，通过酯化缩合反应得到。所述双亲聚酯多元醇具有的以下性能使其特别适用于本发明：①分子结构中含有数量众多苯环、醚键和羟基，对要修复的沥青路面具有较强的范德华作用力。②与沥青材质的界面的接触角小，仅为35°，表现出良好的润湿效果。③比重较大(1.07g/cm3)，与1,2-己二醇、无机填料和催化剂可以配置出具备明显“水层挤出效应”的超浸润树脂组合物，有利于潮湿、明水和有水界面粘结。

33、在本发明中，双亲聚酯多元醇具有适宜含量。随着双亲聚酯多元醇含量增加，粘结性、浸润性和伸长率等性能提高。过多双亲聚酯多元醇含量，将降低材料耐高温性能。

34、当本发明中的所述双亲聚酯多元醇采用双酚a、1,2-丁二醇、二甘醇和邻苯二甲酸为主要原料制备时，所述双酚a与所述邻苯二甲酸的质量比为(30～50)：100；所述二甘醇与所述邻苯二甲酸的质量比为(40～60)：100；所述1，2-丁二醇与所述邻苯二甲酸的质量比为(6～20)：100。为了较好地发挥出该双亲聚酯多元醇在本发明中的作用，一般控制制备得到的该产物的数均分子量为900～1100，优选1000，平均官能度为1.9～2.1，优选2；平均羟值为100mgkoh/g～120mgkoh/g，优选112mgkoh/g。

35、根据本发明提供的全天候沥青路面裂缝修补剂，还包括：消泡剂和/或流平剂；所述双亲聚酯多元醇与所述消泡剂的质量比为100:(0.2～1.0)；和/或，所述双亲聚酯多元醇与所述流平剂的质量比为100:(0.5～2.5)。

36、优选地，所述消泡剂为毕克助剂(上海)有限公司的byk-066；

37、通过实验筛选比对，发现毕克助剂(上海)有限公司的byk-066消泡剂，是有机硅类消泡剂。加入到修补剂中，不相容物少而获得优异的消泡。双亲聚酯多元醇与所述消泡剂的质量比为100:(0.2～1.0)。byk-066加入量过少，消泡效果差；加入量过多，byk-066相溶性不好，容易分层析出。

38、优选地，所述流平剂为毕克助剂(上海)有限公司的byk-306。

39、通过实验筛选比对，发现毕克助剂(上海)有限公司的byk-306流平剂，是聚醚改性聚二甲基硅氧烷类流平剂剂。加入到修补剂中，可以改善界面浸润性，提高界面粘结强度。双亲聚酯多元醇与所述消泡剂的质量比为100:(0.2～1.0)。byk-306加入量过少，流平效果差；加入量过多，降低修补剂的内聚强度，影响界面粘结力。

40、根据本发明提供的全天候沥青路面裂缝修补剂，还包括：钛白粉和/或黑色浆；所述双亲聚酯多元醇与所述钛白粉的质量比为100:(5～10)，和/或，所述双亲聚酯多元醇与所述黑色浆的质量比为100:(0.5～2)；优选地，所述钛白粉为r-706；所述黑色浆为sj-101。

41、优选的钛白粉为金红石型钛白粉，具有良好的屏蔽紫外线能力，提高修补剂使用寿命。钛白粉加入过少，遮盖力不足，屏蔽紫外线能力弱；加入量过多，增加成本，不利于产品应用。

42、更优选地，还包括：偶联剂；所述双亲聚酯多元醇与所述偶联剂的质量比为100:(0.2～1.2)；优选地，所述偶联剂为kh562。

43、偶联剂kh-562分子结构为3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷，是一种环氧基硅烷偶联剂。具有与多种树脂进行反应的活性。二甲氧基水解后形成的硅羟基可与修补剂中无机填料表面的羟基发生缩合反应，从而在无机材料和树脂之间架起“分子桥”，发挥偶联作用，促进无机填料在修补剂中分散，提高力学性能和防沉降性能。kh562加入量过少，无机填料表面不能覆盖，偶联作用不够；加入量过多，成本增加，影响修补剂伸长率。

44、本发明还提供如上所述的全天候沥青路面裂缝修补剂的制备方法，包括：将催化剂加入超浸润树脂组合物中混合制得修补剂树脂；

45、将所述修补剂树脂与异氰酸酯类固化剂混合，该混合可以采用搅拌的方式进行，一边混合一边出料，搅拌的速度一般为5000rpm～7000rpm，出料速度一般为1kg/min～5kg/min。

46、本发明还提供如上所述的全天候沥青路面裂缝修补剂的应用，包括：将脱泡后的所述修补剂树脂与脱泡后的所述异氰酸酯类固化剂混合，然后灌注入路面裂缝。

47、优选地，所述路面裂缝内的表面为干燥界面、潮湿界面或者明水界面。

48、根据本发明提供的全天候沥青路面裂缝修补剂的应用，所述脱泡是指将所述修补剂树脂与所述异氰酸酯类固化剂分别在30～50℃且真空度为0.095～0.1mpa条件下脱泡0.5～1h。

49、本发明提供的全天候沥青路面裂缝修补剂，其通过引入特定结构的双亲聚酯多元醇、扩链剂和无机填料制成具备特定性能的修补剂树脂，该修补剂树脂和异氰酸酯类固化剂构成的聚氨酯灌封剂体系可实现全天候对路面裂缝进行修补。

50、本发明提供的全天候沥青路面裂缝修补剂的制备方法简单，质量易于控制。

51、本发明提供的全天候沥青路面裂缝修补剂的应用方法简单，实现路面裂缝修补剂在应用时，不仅可应用干燥界面，且特别适用于潮湿界面或者明水界面的路面裂缝灌封，而且修补效果好。