一种路面裂缝用沥青密封胶及其制备方法与流程

本发明涉及道路养护材料，具体是一种路面裂缝用沥青密封胶及其制备方法。

背景技术：

1、沥青路面在长期服役过程中，会受到车辆荷载、温度变化、雨水侵入以及基层变形等因素影响，路面结构中容易产生横向裂缝、纵向裂缝或不规则裂缝。裂缝形成后，雨水及细小颗粒物容易沿裂缝进入路面结构内部，进一步削弱面层与基层之间的结合稳定性，并可能加剧裂缝扩展、坑槽、松散等病害。因此，在道路养护过程中，通常需要采用裂缝密封胶对路面裂缝进行灌缝密封处理。

2、现有热熔型沥青裂缝密封胶一般以基质沥青为主体，并加入sbs、橡胶粉、增黏树脂、软化油、矿物填料等组分，以提高密封胶的弹性、黏附性和高低温性能。该类密封胶能够满足一般裂缝的密封要求，但在实际施工和服役过程中仍存在一定不足。

3、一方面，路面裂缝壁并非理想平整界面，通常存在老化沥青层、裸露矿料、微小孔隙、切割粗糙面以及清缝后残留的粉尘或细小颗粒。普通沥青密封胶主要依靠沥青胶结料本身对裂缝壁产生黏附，当裂缝壁粗糙度较大或界面老化较明显时，密封胶与裂缝壁之间容易形成局部黏结薄弱区。后期在温度循环导致的裂缝开合以及车辆反复碾压作用下，密封胶边缘容易出现脱粘、拉裂或二次开缝。

4、另一方面，为提高密封胶的本体强度，现有技术中常通过增加聚合物改性剂、橡胶粉、树脂或无机填料的用量进行补强。但上述方式主要改善密封胶自身的强度或弹性，并未充分改善密封胶与裂缝壁粗糙界面之间的嵌入、填隙和锚固作用；同时，过量补强填料或聚合物组分还可能导致密封胶热熔状态下黏度过大，影响灌缝施工时的流动填充性能。

5、此外，现有密封胶对裂缝壁面老化沥青的再生修复能力有限，难以对老化界面进行有效浸润和再生，也制约了密封胶与旧路面之间长期黏附稳定性的提升。

6、为此，有必要提供一种路面裂缝用高黏高强沥青密封胶及其制备方法，以在提高密封胶本体强度的同时，增强其与裂缝壁粗糙界面之间的嵌入、填隙、锚固及自修复能力，并保持良好的灌缝施工流动性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种路面裂缝用高黏高强沥青密封胶及其制备方法，通过构建兼具增强增韧、界面锚固与自修复功能的补强体系，刻蚀纤维表面的微纳凹坑增强了机械锁合效应，氨基硅烷与长链烷基硅烷的协同作用在保证无机相牢固共价锚固的同时形成亲油梯度界面，显著提升补强组分与沥青基体的相容性和分散稳定性，避免颗粒脱落与团聚；疏水改性矿物粉提高了密封胶本体强度、抗水损害能力和尺寸稳定性，再生剂负载微球通过缓慢释放沥青再生剂与增黏树脂实现对裂缝壁老化沥青的浸润再生，从而大幅改善密封胶与粗糙裂缝界面之间的嵌入、填隙和长期黏附性能，有效防止温度循环和车辆荷载作用下的脱粘、拉裂及二次开缝；同时制备工艺采用后期中低速搅拌保护微球结构完整性，使密封胶在具备高黏高强性能的同时仍保持良好的灌缝施工流动性，综合提升了路面裂缝密封的耐久性和服役寿命。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种路面裂缝用沥青密封胶，按重量份计，包括如下组分：

3、基质沥青55～70份；弹性改性剂4～8份；橡胶粉8～16份；增黏树脂3～8份；相容软化剂3～8份；聚磷酸0.2～1.2份；抗剥落剂0.2～1.0份；界面补强填料5.5～17份；抗氧剂0.1～0.5份；

4、界面补强填料是以刻蚀玄武岩短纤维为骨架，骨架化学键合有疏水改性矿物粉和再生剂负载微球。

5、本技术方案的基本原理：本方案以碱刻蚀玄武岩短纤维为骨架，大幅增加纤维的比表面积和化学键合位点。通过复配硅烷偶联剂的水解缩合反应，将疏水改性矿物粉和再生剂负载微球以共价键形式同步锚定在纤维表面，形成纤维-矿物粉-微球的多级结构。该结构不仅能提高补强组分在沥青中的分散稳定性，而且通过纤维与裂缝壁的机械咬合、矿物粉的填充嵌挤以及微球的应力缓冲作用，可以实现对粗糙裂缝界面的多尺度锚固，有效防止密封胶边缘的脱粘和拉裂。突破了传统填料仅靠物理共混的局限，显著提升了密封胶与旧路面界面的结合强度。

6、针对单一氨基硅烷存在的锚固强但相容性差、亲水和单一长链烷基硅烷相容性好但锚固弱的选择性矛盾，本技术方案采用氨基硅烷与长链烷基硅烷按特定比例复配。其中，氨基硅烷具有高反应活性，优先与纤维表面羟基、矿物粉表面羟基形成牢固的共价键，实现对无机相的强力锚固；长链烷基硅烷则利用其长链烷基与沥青烃类结构相似相溶的特性，在复合体表面形成疏水亲油的梯度界面层。二者在水解共缩合过程中形成内层极性锚固、外层非极性亲油的梯度过渡结构，既保证了无机补强组分在沥青中的牢固结合，又避免了界面极性突变导致的应力集中和水分侵入。克服了单一偶联剂无法同时满足锚固强度与沥青相容性的技术偏见，实现了界面性能的最优化。

7、本方案通过在纤维表面锚固再生剂负载微球，实现了密封胶对裂缝壁老化沥青的原位再生修复。再生剂负载微球以多孔矿物为载体，内部通过真空浸渍吸附沥青再生剂与增黏树脂。在密封胶工作过程中，微球缓慢释放再生剂，渗透进入裂缝壁老化沥青层，使其软化并恢复部分延展性和黏附性；同时增黏树脂补充了老化沥青缺失的极性组分，增强了密封胶与旧路面的黏结。这种自修复机制不仅提高了初始黏附强度，还能在长期温度循环和车辆荷载作用下持续修复界面微损伤，抑制脱粘扩展，延长密封寿命，该设计将被动密封转变为主动修复。

8、疏水改性矿物粉和长链烷基硅烷共同作用，在补强组分表面和密封胶-裂缝界面构建了稳定的疏水屏障，使水分难以润湿和侵入界面，降低了浸水、冻融循环下的黏结劣化速率。同时，抗剥落剂与疏水改性矿物粉协同作用，进一步增强了沥青与旧矿料表面的粘附性，抑制了水剥离现象。这种多层次的疏水抗水设计，保证了密封胶在潮湿和冻融环境下的长期耐久性。

9、本方案在制备工艺上，将高剪切分散阶段与功能组分添加阶段严格分开。高剪切仅用于弹性改性剂的分散，而后期加入界面补强填料时采用先低速后中速的搅拌方式，避免高剪切破坏纤维表面的锚定结构和再生剂负载微球的完整性。保证了再生微球不被过早破碎、纤维锚固结构不脱落，使其能够充分发挥多级锚固和自修复功能。

10、进一步，所述界面补强填料的制备包括以下步骤：

11、（1）将玄武岩短纤维浸入5～10wt%氢氧化钠溶液中，60～80℃恒温刻蚀15～30min，洗涤至中性后干燥，得到刻蚀玄武岩短纤维；

12、（2）将疏水改性矿物粉与再生剂负载微球分散于乙醇-水混合溶液中，加入复配硅烷偶联剂调节ph至4～5，水解活化30min，得到混合悬浮液；

13、（3）将刻蚀纤维投入混合悬浮液中，40～60℃下80～200 r/min缓慢搅拌浸渍60～90min，过滤后110℃干燥固化，得到界面补强填料。

14、进一步，界面补强填料中，按重量份计，刻蚀玄武岩短纤维为0.5～2份，疏水改性矿物粉为3.5～18份，再生剂负载微球为0.5～6份，三者重量比为1：（7～9）：（1～3）。

15、进一步，复配硅烷偶联剂由氨基硅烷与长链烷基硅烷按质量比1：（0.3～0.8）复配而成，所述氨基硅烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，所述长链烷基硅烷为辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷或十六烷基三甲氧基硅烷。

16、进一步，所述疏水改性矿物粉由矿物粉经疏水改性剂处理得到，粒径为0.5～5μm；所述矿物粉为石灰石粉、重质碳酸钙、滑石粉或硅灰石粉中的一种或多种，所述疏水改性剂为硬脂酸、油酸或硅烷偶联剂中的一种或多种；

17、所述再生剂负载微球为多孔矿物微球，粒径2～10μm，内部孔隙吸附有沥青再生剂与增黏树脂，负载率为30%～50%；多孔矿物微球为硅藻土微球、多孔碳酸钙微球或沸石微球中的一种，沥青再生剂与增黏树脂的质量比为（2～4）：1。

18、进一步，在界面补强填料的制备步骤中，复配硅烷偶联剂总用量为矿物粉与再生剂负载微球总质量的1.0%～2.0%；

19、所述再生剂负载微球采用真空浸渍法制备：将多孔矿物微球真空脱气后，浸入熔融态的沥青再生剂与增黏树脂混合液中，吸附饱和后过滤、35～55℃低温固化得到。

20、进一步，所述弹性改性剂为sbs、sebs中的一种或两种；当所述弹性改性剂为sbs和sebs的复合物时，sbs与sebs的重量比为1：（0.2～1.5）。

21、进一步，所述橡胶粉为活化橡胶粉，活化橡胶粉为表面附着有橡胶活化剂或硅烷偶联剂的废旧轮胎橡胶粉，所述活化橡胶粉的粒径为40～80目，橡胶活化剂为二硫化二苯并噻唑、巯基苯并噻唑、n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺中的任意一种。

22、进一步，所述增黏树脂为c5石油树脂、c9石油树脂、c5/c9共聚石油树脂、萜烯树脂或松香树脂中的一种或多种；所述相容软化剂为环烷油、芳烃油、橡胶油或再生油中的一种或多种；所述抗剥落剂为胺类抗剥落剂、酰胺类抗剥落剂或磷酸酯类抗剥落剂中的一种或多种；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种。

23、一种如上述的路面裂缝用沥青密封胶的制备方法，包括如下步骤：

24、s1、将基质沥青加热至145～165℃，加入相容软化剂和增黏树脂，搅拌至所述增黏树脂熔融并分散，得到沥青基体；

25、s2、向所述沥青基体中加入弹性改性剂，在170～185℃下以3500～4500r/min剪切分散30～90min；

26、s3、向步骤s2所得体系中加入橡胶粉，在165～180℃下搅拌或剪切30～60min；

27、s4、向步骤s3所得体系中加入聚磷酸、抗剥落剂和抗氧剂，在160～175℃下搅拌15～40min；

28、s5、向步骤s4所得体系中加入界面补强填料，先以300～400r/min低速搅拌10min完成初步分散，再以600～800r/min中速搅拌10min实现均匀分散，得到所述路面裂缝用沥青密封胶。

29、本发明的有益效果是：（1）通过硅烷化刻蚀玄武岩短纤维与疏水改性矿物粉组成多级界面锚固补强组分，刻蚀纤维表面形成的微纳凹坑增强了机械锁合效应，纤维在裂缝壁处形成桥联作用，疏水改性矿物粉填充于粗糙界面孔隙中，实现嵌入、填隙和锚固的协同增强。有效提高了密封胶与裂缝壁之间的黏结稳定性，显著减少服役过程中因温度循环和车辆荷载导致的损伤。

30、（2）疏水改性矿物粉相较普通矿物粉更有利于与沥青体系结合，能够改善裂缝壁矿质界面对密封胶黏结的不利影响；复配硅烷偶联剂中的长链烷基硅烷在补强组分表面形成疏水亲油梯度界面，降低了界面极性差，提高了补强组分在沥青中的分散稳定性和浸润性。二者协同作用，大幅提升了密封胶在水侵、冻融循环后的界面黏结保持能力，增强了抗水损害性能。

31、（3）再生剂负载微球通过真空浸渍吸附沥青再生剂与增黏树脂，在服役过程中缓慢释放，对裂缝壁老化沥青进行原位浸润再生，同时补充增黏组分，修复界面微损伤，抑制脱粘扩展。此设计使密封胶由被动密封转变为主动修复，显著延长了裂缝密封的耐久性。

32、（4）将界面锚固补强组分在弹性改性剂和橡胶粉分散完成后加入，并采用先低速后中速的搅拌方式，避免了高剪切对纤维锚定结构和再生剂负载微球完整性的破坏，减少玄武岩短纤维过度折断。使密封胶在热灌施工时保持良好的流动填充性能，冷却后又具备优异的抗拉裂能力，实现了施工工艺与材料性能的协同。