一种路面冷补料及其制备方法与流程

本发明涉及公路养护，尤其涉及一种路面冷补料及其制备方法。

背景技术：

1、沥青路面因其行车舒适、噪音低、易于维修等优点而被广泛应用。然而，在交通荷载和自然环境因素（如温度变化、雨水、紫外线照射等）的共同作用下，沥青路面不可避免地会产生裂缝、坑槽、松散等病害。为了保障交通安全和延长道路使用寿命，对这些病害进行及时、有效的修补很重要。

2、路面冷补料因其无需加热、施工简便、可全天候使用、开放交通快等突出优点，成为路面日常养护和应急抢修中常用的修补材料。它是一种预先拌制好的沥青混合料，可在常温下长时间储存和使用。

3、然而，现有的常规路面冷补料在使用过程中仍存在一些技术瓶颈，主要体现在以下几个方面：

4、（1）传统冷补料的沥青与集料之间的粘附力有限，特别是在雨水天气或潮湿环境下，水分容易侵入沥青与集料的界面，导致沥青膜从集料表面剥落。这种剥落会严重削弱混合料的内部结构强度，使得修复后的坑槽边缘容易松散、整体易被车轮带出，导致修复体的使用寿命较短，需要频繁进行二次修复，增加了养护成本和交通干扰。

5、（2）沥青作为一种有机高分子材料，其性能对环境因素敏感。现有冷补料中的沥青组分在外界环境中会发生老化。一方面，在高温和氧气作用下会发生热氧老化，导致沥青变硬、变脆，丧失弹性。另一方面，阳光中的紫外线辐射是导致沥青老化的一个关键因素，它能引发沥青内部发生光化学反应，破坏其化学结构，导致材料性能迅速劣化，表现为表面龟裂、粉化和强度下降。目前市场上的大多数冷补料对抗紫外线老化的考虑不足，导致其在户外暴露条件下性能衰减快，耐久性不理想。

6、因此，如何克服现有路面冷补料粘接性能不佳、易剥落以及抗热氧老化和抗紫外老化性能差的缺陷，开发出一种兼具高粘接强度、优异耐水性和卓越抗老化性能的新型路面冷补料，已成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种路面冷补料及其制备方法，用以解决现有技术中路面冷补料粘接性能不佳、易剥落以及抗热氧老化和抗紫外老化性能差等问题。

2、根据本发明的第一方面，本发明提供一种路面冷补料，其制备原料包括基质沥青、高分子改性剂、酚酸类抗氧化剂、集料、多环羧酸改性二甲苯甲醛树脂、溶剂、活性填料和稀释剂，其中，所述酚酸类抗氧化剂与所述多环羧酸改性二甲苯甲醛树脂的重量比为（0.2-1）：（2-5）。

3、本发明中，基质沥青作为基础粘结剂，与作为骨架的集料共同构成混合料主体；高分子改性剂用以改善沥青的高低温性能与弹性；酚酸类抗氧化剂能够在分子层面有效清除自由基，从根源上抑制沥青因热、氧及紫外线引发的老化，赋予材料优异的化学耐久性；多环羧酸改性二甲苯甲醛树脂则通过构建强韧的三维网络结构，显著提升了混合料的内聚强度、与集料的粘接力以及整体韧性；溶剂辅助高分子改性剂均匀分散；活性填料提升抗水损害能力并提供二次强度；而稀释剂则保证了材料在常温下的施工和易性。本发明提供的路面冷补料通过将特定比例的酚酸类抗氧化剂与多环羧酸改性二甲苯甲醛树脂进行协同复配，实现了化学抗老化与物理结构增强的双重增效作用。二者与其他组分的协同作用使该路面冷补料不仅具有高粘接强度和优异的力学性能，更表现出突出的抗热老化与抗紫外线老化能力，从而有效解决了传统冷补料易发生剥落、耐久性差的技术难题，显著延长了路面修复体的使用寿命。

4、根据本发明所述的路面冷补料，按照重量份数计，包括如下制备原料：基质沥青10-25份、高分子改性剂0.3-3份、酚酸类抗氧化剂0.2-1份、集料50-75份、多环羧酸改性二甲苯甲醛树脂2-5份、溶剂2-5份、活性填料2-5份和稀释剂1-5份。

5、上述方案中，通过将各组分的用量限定在合理的范围值内，使得各组分之间发挥更加显著的协同作用，更好地提升路面冷补料的整体性能。

6、在本发明中，基质沥青为10-25份，例如可以为10份、12份、15份、20份、25份等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。

7、在本发明中，高分子改性剂为0.3-3份，例如可以为0.3份、0.5份、1.0份、1.5份、2.0份、2.5份、3.0份等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。

8、在本发明中，酚酸类抗氧化剂为0.2-1份，例如可以为0.2份、0.4份、0.6份、0.8份、1.0份等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。

9、在本发明中，集料为50-75份，例如可以为50份、55份、60份、65份、70份、75份等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。

10、在本发明中，多环羧酸改性二甲苯甲醛树脂为2-5份，例如可以为2份、2.5份、3份、4份、5份等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。优选地，所述多环羧酸为二萜类羧酸。更优选地，所述二萜类羧酸来源于松香。

11、在本发明中，溶剂为2-5份，例如可以为2份、2.5份、3份、4份、5份等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。

12、在本发明中，活性填料为2-5份，例如可以为2份、3份、3.5份、4份、5份等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。

13、在本发明中，稀释剂为1-5份，例如可以为1份、2份、3份、4份、5份等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。

14、根据本发明所述的路面冷补料，所述酚酸类抗氧化剂为阿魏酸；所述多环羧酸改性二甲苯甲醛树脂为rx80树脂。

15、本发明中，阿魏酸作为一种高效的天然酚酸类抗氧化剂，它的酚羟基结构能高效捕捉并清除因光、热、氧作用而在沥青中产生的破坏性自由基，从而从根源上切断沥青老化的链式反应，保护沥青分子的化学结构稳定性，维持材料的内在柔韧性。而rx-80树脂是一种通过酯化反应将松香的优异粘附性和相容性与二甲苯甲醛树脂的硬度、耐热性相结合的多环羧酸改性二甲苯甲醛树脂，它在沥青中能形成一个强韧的、相互贯穿的三维高分子网络结构，这个网络不仅极大地提升了沥青混合料的内聚强度、韧性和粘附力，形成坚固的骨架，同时该物理网络也起到了屏障作用，阻碍了外界氧气和水分向材料内部的渗透。阿魏酸的化学防护延缓了沥青基体和rx-80树脂网络本身的老化变脆，而rx-80树脂的强韧物理网络则为材料提供了持久的结构支撑，并为阿魏酸创造了更稳定的作用环境，二者结合能发挥更好的协同作用，实现了从内到外的多维度防护，使冷补料的综合耐久性和抗老化性能远超单一组分所能达到的效果。实验发现，阿魏酸替换为其他酸（肉桂酸、草酸）后，产品的抗压强度、热老化保持率和抗紫外老化性能都出现显著下跌。将rx-80树脂替换为普通树脂后，马歇尔稳定度、粘结强度和抗老化性能等性能均明显下降。

16、根据本发明所述的路面冷补料，所述集料为改性玄武岩集料；所述改性玄武岩集料是将玄武岩集料浸入硅烷偶联剂水溶液中活化改性得到。

17、上述方案中，硅烷偶联剂作为改性剂，一端与玄武岩表面的羟基发生化学键合，另一端的有机官能团则与沥青产生牢固的作用，从而将集料表面由亲水性转变为疏水亲油性，在沥青-集料界面形成了一层牢固且耐水的过渡层。这能增强沥青与集料之间的粘附力，显著提升了混合料的抗水损害能力和抗剥落性能，从而提高了路面冷补料的整体结构强度与长期耐久性，尤其是在潮湿和多雨水环境下，能有效保证修复效果。

18、根据本发明所述的路面冷补料，玄武岩集料为筛分级配物料，其中，粒径为9.5mm-13.2mm的物料质量占比为30-40%，粒径为4.75mm-9.5mm的物料质量占比为30-40%，粒径为2.36mm-4.75mm的物料质量占比为15-25%，粒径小于2.36mm的物料质量占比为8-12%，各粒径的物料的质量占比之和为100%。

19、优选地，所述硅烷偶联剂水溶液的ph值为4-5，硅烷偶联剂的质量百分含量为1-5%；所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷‌的一种或两种。通过精确控制改性工艺的关键参数，能提升对集料表面的改性效果。

20、更优选地，所述活化改性的温度为50-60℃，时间为1-2h。这种优化的温时组合，能提高界面改性效果，更大限度地提升沥青与集料的粘结强度和耐久性。

21、根据本发明所述的路面冷补料，所述活性填料为氧化钙。氧化钙作为一种高效的水分清除剂和抗剥落剂，能与集料表面或体系中存在的微量水分发生不可逆的化学反应，生成氢氧化钙。这能消除水分对沥青-集料界面的潜在破坏，原位生成的氢氧化钙能够改善集料的表面化学特性，增强沥青与集料之间的化学吸附作用，从而极大地提高了混合料的抗水损害能力和抗剥落性能。另外，氧化钙作为一种微细填料，能填充于沥青胶浆中，通过物理填充和与沥青酸性组分的化学反应，提升沥青胶浆的劲度和模量，进而增强了整个冷补料的结构强度和抗变形能力。

22、优选地，所述氧化钙的目数为500-1000目。

23、根据本发明所述的路面冷补料，所述基质沥青为70#沥青和90#沥青的一种或两种；所述高分子改性剂选自丁苯橡胶和氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的一种或多种；所述溶剂选自芳烃油、减线油和橡胶油中的一种或多种；所述稀释剂选自丙酮、四氯化碳和乙酸乙酯中的一种或多种。

24、根据本发明所述的路面冷补料，按照重量份数计，还包括如下制备原料：高温助剂0.2-1份。本发明通过引入特定用量的高温助剂，能显著提升路面冷补料的高温稳定性和抗永久变形能力。

25、优选地，所述高温助剂在130℃下的粘度为100-500mpa.s，软化点为100-120℃，数均分子量为1200-3000g/mol，酸值为13-20。

26、更优选地，所述高温助剂选自氧化聚乙烯蜡和酰胺蜡粉中的一种或多种。这些高温助剂在沥青中能够形成一个微晶网络结构，在高温使用环境下，这个刚性网络结构能极大地提高沥青胶浆的劲度和高温粘度，有效约束沥青的流动性，提高其马歇尔稳定度，确保修复体在夏季高温及重载交通作用下不易发生软化、推挤和变形，从而保障了修复区域的长期结构稳定性和平整度。

27、根据本发明所述的路面冷补料，按照重量份数计，还包括如下制备原料：硅酸盐水泥2-8份。

28、本发明引入了特定用量的硅酸盐水泥，硅酸盐水泥作为一种无机胶凝材料，在冷补料压实成型后，会与体系中及环境中侵入的微量水分发生缓慢的水化反应，能提升修复体的后期内聚强度、承载能力和耐磨性；该水化反应还能主动消耗对沥青-集料粘附界面有害的水分，从而进一步增强了材料的抗水损害性能，与氧化钙等抗剥落剂形成协同作用，确保了修复体在潮湿环境下的长期稳定性。

29、根据本发明的第二方面，本发明还提供上述的路面冷补料的制备方法，包括如下步骤：将基质沥青和溶剂混合后，加入高分子改性剂、多环羧酸改性二甲苯甲醛树脂、酚酸类抗氧化剂、集料和活性填料在180-190℃下搅拌反应，再加入稀释剂混合。

30、本发明提供的制备方法在180-190℃的高温条件下进行组分的共混反应，该温度不仅能确保高分子改性剂和多环羧酸改性二甲苯甲醛树脂等高粘度、高分子量组分在沥青中充分溶胀、分散并形成稳定的三维网络结构，也保证了酚酸类抗氧化剂等功能助剂能均匀地溶解于沥青相中，进而制备出性能优异的路面冷补料。

31、根据本发明所述的路面冷补料的制备方法，包括如下步骤：

32、将基质沥青和溶剂在150-160℃下混合；加入高分子改性剂在180-190℃下搅拌1-3h；加入多环羧酸改性二甲苯甲醛树脂在180-190℃下搅拌0.5-1h；加入酚酸类抗氧化剂在180-190℃下搅拌反应0.5-2h；加入集料在180-190℃下搅拌0.5-1h；加入活性填料在180-190℃下搅拌1-2h；冷却到50-80℃加入稀释剂搅拌混合0.5-2h。

33、上述制备方法采用分步、分温区和精确时控的工艺流程，利用180-190℃的高温区，通过精确控制各高分子组分的加入顺序和搅拌时间，确保了它们在沥青中得以充分溶胀、分散并形成稳定协同的增强网络，同时保证了酚酸类抗氧化剂等助剂的均匀溶解。随后在该高温下混合集料与活性填料，则保证了高性能改性沥青胶浆对集料的浸润和牢固包覆。

34、本发明的有益效果：

35、本发明提供的路面冷补料具有高马歇尔稳定度、高粘接强度、耐水、耐紫外和耐老化等多重优点，有效延长了路面修复体的使用寿命，降低了养护成本。