一种常温自愈合界面修复剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及道路工程材料，尤其涉及一种常温自愈合界面修复剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、沥青混凝土作为道路工程中应用最广泛的路面材料之一，随着交通流量和道路服役年限要求的不断提高，降噪型沥青混凝土逐渐成为功能型路面材料的重要发展方向。降噪型沥青混凝土通常依靠连通空隙、表面构造和集料骨架结构，对轮胎-路面接触过程中产生的声波进行吸收、散射和耗散，从而降低交通噪声。

2、然而，降噪型沥青混凝土内部空隙较多，集料颗粒间接触面积相对有限，其沥青膜、孔隙壁及沥青-集料界面在长期服役过程中更容易受到水、氧、车辆荷载和温度变化的耦合作用，导致沥青与集料之间的黏附性能下降，并逐渐出现沥青膜局部损伤、孔隙壁破坏、沥青-集料界面脱黏、集料剥落和飞散松散等病害。上述病害一方面削弱沥青混凝土的结构稳定性和路用耐久性，另一方面会造成路表构造突变、轮胎-路面振动增强以及声波吸收与耗散能力下降，最终导致降噪结构稳定性下降和降噪功能衰减。

3、现有技术通常采用提高沥青黏度、掺加抗剥落剂、优化矿料组成或改善施工压实条件等方式进行处理，但这些方法主要体现为初始增强，难以应对服役过程中反复发生的界面损伤。近年来，已有部分专利通过离子键可逆交联、膨胀结晶填充、微胶囊释放修复剂、光热或微波诱导等方式赋予沥青一定的自愈合能力，但部分方案依赖高温或外部能量输入，常温条件下快速自主修复能力不足，且修复作用主要集中于沥青本体，对沥青-集料界面脱黏、孔隙壁沥青膜损伤等问题改善有限。另有部分技术通过界面改性、金属离子处理等方式提高初始界面性能，但缺乏持续的常温动态修复能力。

4、因此，亟需开发一种能够在常温条件下快速修复沥青膜、孔隙壁及沥青-集料界面损伤，同时能够提升降噪性能和服役稳定性的界面修复剂。

技术实现思路

1、针对现有降噪型沥青混凝土在长期服役过程中因沥青膜损伤、孔隙壁破坏及沥青-集料界面脱黏而导致降噪功能衰减和路用耐久性不足的问题，本发明提供一种常温自愈合界面修复剂及其制备方法和应用。该修复剂能够在常温（20~30℃）条件下通过双动态键的协同作用实现界面损伤的快速自愈合，同时提升沥青混凝土的降噪性能和服役稳定性。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种常温自愈合界面修复剂，所述修复剂包括聚脲主链、可逆金属配位键和沥青相容的柔性链段；

4、其中，所述聚脲主链由二异氰酸酯、受阻胺类扩链剂、柔性二胺和含氮配位扩链剂经反应得到，且所述聚脲主链中包括受阻脲键；所述可逆金属配位键由所述含氮配位扩链剂上的含氮配位位点与金属盐中的金属离子配位得到。

5、在以上技术方案的基础上，优选的，所述修复剂的制备原料按重量份数计包括：二异氰酸酯10~30份，受阻胺类扩链剂5~25份，柔性二胺25~60份，含氮配位扩链剂1~15份，金属盐0.5~8份，沥青相容组分5~25份，稳定剂0.1~2份。

6、进一步优选的，所述二异氰酸酯包括六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种；

7、所述受阻胺类扩链剂包括n-叔丁基乙二胺、n,n'-二叔丁基乙二胺、n-异丙基乙二胺、n,n'-二异丙基乙二胺、2,6-二叔丁基对苯二胺、4,4'-二叔丁基二苯胺中的一种或多种；

8、所述柔性二胺包括聚醚胺、端氨基聚丙二醇、端氨基聚四氢呋喃醚、端氨基聚丁二烯、二聚酸二胺、脂肪族聚酰胺中的一种或多种；

9、所述含氮配位扩链剂包括2,6-双(氨甲基)吡啶、2,5-双(氨甲基)吡啶、2-氨甲基吡啶、4-氨甲基吡啶、2-氨乙基吡啶、n-氨乙基咪唑、氨丙基咪唑、氨基三唑、氨基四唑中的一种或多种；

10、所述金属盐包括醋酸锌、氯化锌、硝酸锌、醋酸铁、氯化铁、硝酸铁、氯化镁、氯化钙、氯化铝、氯化锆中的一种或多种；

11、所述沥青相容组分包括c5石油树脂、c9石油树脂、c5/c9共聚石油树脂、萜烯树脂、松香树脂、松香甘油酯、古马隆树脂、长链烷基胺、长链烷基醇、长链脂肪酰胺中的一种或多种。

12、进一步优选的，所述二异氰酸酯中-nco基团的摩尔量与柔性二胺、受阻胺类扩链剂及含氮配位扩链剂中可反应氨基的总摩尔量之比为（0.8~1.15）:1。

13、进一步优选的，所述金属盐中金属离子与含氮配位扩链剂所引入配位位点的摩尔比为（0.05~0.8）:1。

14、进一步优选的，所述修复剂的粒径范围为10~300μm。

15、本发明所述常温自愈合界面修复剂的工作原理如下：受阻脲键由二异氰酸酯与受阻胺类扩链剂反应形成，因受阻胺上大体积取代基的空间位阻效应，受阻脲键在常温（20~30℃）条件下即可发生可逆解离与重组，无需外部能量输入，实现分子级别的损伤修复；同时，含氮配位扩链剂引入的含氮配位位点与金属离子形成可逆非共价配位键，该配位键在应力作用下动态断裂以耗散能量，并在应力消除后重新配位，修复较大尺度的界面脱黏损伤并提高黏弹耗能能力；此外，柔性二胺和沥青相容组分提供的柔性链段具有良好的链段运动性，能够迁移扩散至损伤区域，填补裂纹空隙，促进破损面的重新接触与融合。上述三种机制协同作用，使修复剂能够在常温条件下快速修复沥青膜损伤、孔隙壁微裂纹和沥青-集料界面脱黏，同时提高沥青膜的黏弹耗能能力和界面黏附连续性。

16、第二方面，本发明提供一种上述修复剂的制备方法，包括以下步骤：

17、s1、在惰性气体保护下，将柔性二胺升温至40~80℃，缓慢加入二异氰酸酯，搅拌反应0.5~3h，得到柔性聚脲预聚体；

18、s2、向步骤s1所得柔性聚脲预聚体中加入受阻胺类扩链剂，在40~90℃下继续反应1~4h，得到含受阻脲键的柔性聚脲中间体；

19、s3、向步骤s2所得含受阻脲键的柔性聚脲中间体中加入含氮配位扩链剂，在50~100℃下继续反应0.5~3h，引入含氮配位位点；

20、s4、向步骤s3所得产物中加入沥青相容组分，在80~130℃下搅拌0.5~2h，得到改性产物；

21、s5、将金属盐溶液或分散液加入步骤s4所得产物中，在50~100℃下搅拌反应0.5~4h，含氮配位位点与金属离子发生配位反应；

22、s6、向步骤s5所得产物中加入稳定剂，搅拌0.2~1h，随后经脱挥、冷却、破碎、粉碎和过筛处理，得到粉体状或颗粒状常温自愈合界面修复剂。

23、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s5中，所述金属盐溶液或分散液为金属盐溶解或分散于醇类、酮类或酯类溶剂中。

24、进一步优选的，步骤s6中，所述稳定剂包括受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的一种或多种。

25、第三方面，本发明还提供一种沥青混凝土，其原料包括：上述常温自愈合界面修复剂，沥青胶结料，粗集料，细集料和矿粉。

26、在以上技术方案的基础上，优选的，按重量份数计，所述沥青混凝土的原料包括：所述常温自愈合界面修复剂0.1~5份，沥青胶结料4.0~6.5份，粗集料75~90份，细集料5~18份，矿粉3~6份。

27、第四方面，本发明还提供上述沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：

28、t1、将沥青胶结料加热至140~180℃，将粗集料、细集料和矿粉分别预热至150~190℃；将预热后的粗集料和细集料拌合均匀，得到预混集料；

29、t2、向所述预混集料中加入沥青胶结料进行拌合，使集料表面形成沥青膜；

30、t3、加入矿粉和所述常温自愈合界面修复剂继续拌合，将拌合后的混合料成型，得到沥青混凝土。所述常温自愈合界面修复剂能够分布于沥青膜、孔隙壁及沥青-集料界面区域。

31、第五方面，本发明还提供上述沥青混凝土在城市道路、高速公路、桥面铺装、隧道路面、低噪声路面、排水降噪路面、开级配磨耗层或功能型道路表面层中的应用。

32、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

33、（1）常温快速自愈合：修复剂中的受阻脲键和可逆金属配位键在常温（20~30℃）条件下即可发生可逆解离与重组，无需外部能量输入，能够在6~24小时内实现高效的力学性能恢复。实验数据显示，添加本发明修复剂的沥青混凝土小梁试件强度恢复率最高可达84.6%，断裂能恢复率最高可达97.4%。

34、（2）降噪性能优异且持久：修复剂通过提高沥青膜黏弹耗能能力、动态键断裂与重组耗能以及保持孔隙壁稳定性和界面黏附连续性，有效降低轮胎-路面接触振动噪声。落球冲击声压级测试结果显示，添加修复剂的沥青混凝土声压级最低可降至76.9db，显著低于未添加修复剂的对照组（80.7db）。同时，通过抑制界面损伤累积，有助于延缓降噪功能衰减。

35、（3）路用性能全面提升：修复剂的加入显著改善了沥青混凝土的水稳定性、高温稳定性和抗冻融损伤能力。实验结果表明，浸水残留稳定度最高达96.7%，动稳定度最高达10860次/mm，冻融劈裂强度比最高达94.2%，均优于未添加修复剂的对照组及常规抗剥落剂对照组。

36、（4）工艺兼容性好：修复剂为粉体或颗粒状固体，可在沥青混合料拌合过程中直接加入，与现有拌合站工艺完全兼容，无需额外设备投入。