沥青基涂层材料的全链式冷态制备方法与流程

1.本发明涉及道路工程领域，具体提供一种沥青基涂层材料的全链式冷态制备方法。


背景技术：

2.沥青路面表面封层是现有最常用的，解决路面渗水和松散破坏的预防性养护方法之一。目前主要分为雾封层、石屑封层、稀浆封层、微表处几种。
3.雾封层是将雾状的乳化沥青或再生剂喷洒在老化的沥青路面上，以更新和还原路面的已氧化沥青。采用喷洒设备喷洒，施工方法简单，但有可能降低路面抗摩擦能力，仅仅对原沥青路面进行了沥青膜缺失的补偿，耐磨性差，抗渗保持能力弱，一般仅有1
‑
2年的使用寿命。
4.石屑封层是在路面上喷洒一层沥青材料(热沥青、轻质沥青、乳化沥青等)，紧接着散布适量集料，并紧跟着进行碾压。需要较长时间的初期养护时间，与旧路面粘结性差，且集料易在车轮碾压条件下散失。
5.稀浆封层是一种由乳化沥青、破碎的集料、矿粉、水和添加剂组成的稀浆状的混合料。微表处是一种有改性乳化沥青、有一定级配的集料、矿粉、水和添加剂组成的超薄层混合料。
6.稀浆封层和微表处在搅拌均匀后被摊铺到原有的沥青路面上，虽然具有一定抗磨作用，但是存在行驶噪声大、耐久性差、与旧路面粘结性差，破乳时间不稳定，局部破损后维修难度大等问题。
7.目前市场上采用的雾封层、稀浆封层、微表处等材料多采用乳化沥青或改性乳化沥青类材料，该类材料存在以下不足：
8.1.材料组成简单，仅对沥青结合料采用水性乳化工艺，可以实现对路面沥青膜磨光后的补偿，厚度偏薄、无法达到沥青玛蹄脂的劲度和稳定性，耐磨性差，应用后无法做到“长效耐久防渗”；
9.2.破乳速度太快、性能不稳定、存贮时间短、对温度、风速等作业环境要求高。
10.3.市场上存在的还原再生型雾封层材料大部分采用芳烃类有机溶剂，环保性较差。
11.除环保性能外，安全性制备过程中需重点考虑的问题，沥青属于粘弹性材料，在130℃
‑
170℃条件下才可以实现流态使用，采用溶剂的沸点多在60℃
‑
110℃左右，二者的混合使用需要对设备的密封、高压、隔氧、共混工艺提出严格要求，生产效率也受到影响。


技术实现要素：

12.本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种能够大幅度的提高路面性能，实施工艺简便、性能稳定的沥青基涂层材料的全链式冷态制备方法。
13.本发明的技术任务是按以下方式实现的：沥青基涂层材料的全链式冷态制备方
法，其特点是包括以下步骤：
14.s1.主溶剂二、抗渗剂在30
±
5℃条件下搅拌混合至完全溶解，然后依次加入偶联剂、改性剂，高速剪切搅拌至一定时间后，自然降至室温，然后超声处理一定时间，得到活化的改性母料；
15.s2.采用液氮速冻工艺，将沥青胶结料处理至脆点以下
‑
20℃，将冷冻固化后的沥青胶结料送入粉碎设备，同时加入功能填料进行同步破碎、研磨后得到组分a，控制粉碎规格不低于200目；
16.s3.将组分a与主溶剂一混合，进行高速剪切，得到组分b；
17.s4.将组分b与改性母料混合，然后依次加入稳定剂、催干剂，搅拌均匀制得20℃时布氏粘度为2000
‑
4000cps的沥青基涂层材料。
18.作为优选，本发明沥青基涂层材料中各原料的重量配比为：
19.主溶剂一
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6‑
15份；
20.沥青胶结料
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
‑
30份；
21.功能填料
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
40
‑
75份；
22.改性母料
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3‑
7份；
23.稳定剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1.5
‑
3份；
24.催干剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
2份；
25.所述主溶剂一为有机溶剂；
26.所述沥青胶结料为低标号、高软化点沥青。
27.各原料的最佳重量配比为：
28.主溶剂一
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6‑
15份；
29.沥青胶结料
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20
‑
30份；
30.功能填料
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
42
‑
65份；
31.改性母料
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3‑
7份；
32.稳定剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
3份；
33.催干剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
2份。
34.作为优选，养护涂层材料的制备过程在密闭容器内氮气保护下进行。
35.作为优选，改性母料中主溶剂二、改性剂、抗渗剂、偶联剂的重量比为(30
‑
55):(8
‑
17):(7
‑
19):(4
‑
11)，优选为(45
‑
55):(12
‑
17):(15
‑
19):(8
‑
11)；
36.所述主溶剂二为120#溶剂油、140#溶剂油、200#溶剂油、轻柴油、汽油中的一种或多种物质的混合物；
37.所述改性剂优选为苯乙烯
‑
丁二烯共聚物和/或氯丁胶乳中的一种或几种的混合物；
38.所述抗渗剂为不饱和脂肪酸类物质，熔点≤20℃，数均分子量≤400，用于改善界面粘结，优选为油酸、棕榈油酸和大豆油酸中的一种或多种物质的混合物；
39.所述偶联剂为乙烯基硅烷类偶联剂。
40.作为优选，改性母料的制备过程中高速剪切的转速控制为1500
‑
3000rpm，特别优选2000
‑
3000rpm；剪切时间为20
‑
50min，特别优选30
‑
40min；超声处理的处理时间为10
‑
30min，特别优选15
‑
25min；振动频率为30
‑
40khz，特别优选23
‑
27khz。
41.作为优选，所述主溶剂一为120#溶剂油、140#溶剂油、200#溶剂油、轻柴油、汽油中的一种或多种物质的混合物。
42.为了保证涂层材料在高温条件下的稳定性，作为优选，所述沥青胶结料25℃时针入度≤50(0.1mm)，软化点≥65℃，特别是优选为岩沥青、特立尼达湖沥青、50#沥青、40#沥青、30#沥青、20#沥青和10#沥青中的一种或多种物质的混合物。
43.作为优选，所述功能填料为基性岩或超基性岩磨制的粉料，细度不低于200目，特别优选磨碎的大理石、石灰岩、玄武岩、花岗岩、白云石、滑石粉、金刚砂或钢渣粉中的一种或多种物质的混合物。
44.作为优选，所述稳定剂为木质纤维素，其纤维长度100
‑
500微米(优选为200
‑
300微米)。
45.作为优选，所述催干剂为环烷酸皂和亚硫酸盐(如亚硫酸钠、亚硫酸镁等)中的一种或两种的混合物。
46.为了提升涂层材料的其它施工特性，本发明涂层材料中还可以添加调味剂，以乙酸乙酯为优选；添加着色剂，优选为丙烯酸树脂类、环氧树脂类有机着色剂，或者炭黑、氧化铁、二氧化锰、氧化铬、酞青蓝、群青蓝等无机着色剂。
47.本发明路面养护涂层材料可利用常规的高压沥青涂层喷洒设备进行喷洒施工，可直接喷洒在下层路面结构层，也可在喷洒前对下层路面结构进行抛丸等预处理。
48.喷洒量以表面喷洒均匀、无漏洒为宜，优选为0.6
‑
1.3kg/m2为宜。
49.不同路面类型和病害情况下的最佳喷洒量见表1。
50.表1不同路面类型和病害情况下的最佳喷洒量
51.路面类型主要病害描述洒布量范围(kg/m2)ac沥青混凝土路面磨光、松散、沥青膜缺失0.6～0.85sma沥青混凝土路面松散、沥青膜缺失0.9～1.3沥青碎石路面松散1.0～1.3ak沥青混凝土路面松散、沥青膜缺失1.0～1.3
52.实施过程中，沥青路面的抗滑能力和构造纹理可分为“粗糙”、“适中”、“光滑”三种状态，一般情况下，偏“光滑”状态宜采用洒布量推荐范围的低限。
53.所述高压喷洒车，泵的喷洒压力优选为18
‑
22kg，混合料的流量控制优选为320
‑
350kg/min，行车速度宜控制在7
‑
9km/h，喷洒时，喷洒设备应保持速度和喷洒量的稳定，在整个洒布宽度范围内，应喷洒均匀。喷洒车的喷洒管，离地高度优选为350
‑
450mm并能予以固定，相邻喷油嘴间距优选为200
‑
400mm，喷油嘴的喷雾宽度应相互重叠，同一地点接受两个或三个喷油嘴喷洒的材料，并不得出现花白条。
54.和现有技术相比，本发明的沥青基涂层材料的全链式冷态制备方法具有以下突出的有益效果：
55.(一)采用的沥青胶结料具有低标号、高软化点等特性，与主溶剂相容性较好，施工期间具有良好的和易性，施工后能够缩短干燥时间，使用期间能保障良好的高温稳定性；
56.(二)采用环保型有机溶剂，具有较高的溶解性和工后挥发性，较市场上传统的乳化类“水性”沥青基涂料，疏水性和水稳定性均得到提高，较传统的芳香烃有机溶剂，环保性得到了提升；
57.(三)以特定方法得到的活化改性母料具有较高粘合强度，并有优良的耐气候、防渗和耐久等特性；
58.(四)以功能填料为涂层材料的主要成分，在活化的改性母料作用下，可以很好地与沥青胶结料相互结合，具体机理如下：改性母料中不饱和脂肪酸中的双键在超声活化过程中发生交联聚合形成低聚的两亲性表面活性物质，其中长链部分可以很好的与沥青质胶团相互融合，形成溶凝胶型结构，而亲水性部分可以与功能填料的无机盐相同融合，因此，不饱和脂肪酸的存在增强了功能填料与沥青粘结料之间的紧密结合度，从而提高了涂层材料的耐磨性、抗滑性和其他辅助功能；
59.(五)采用木质纤维素作为稳定剂，由于其优良的柔韧性及分散性，与沥青胶结料混合后可形成三维网状结构，进一步增加了沥青粘结料和功能填料之间的粘附性，避免了分层离析，提高了涂层材料的稳定性和耐久型；
60.(六)催干剂的添加，是在涂层材料作用于破损的沥青路面时起到提高沥青混合涂层材料膜化速度、加速固化的作用；
61.(七)当涂层材料作用于破损的沥青路面时，各种组分会均匀的分散于裸露的集料表面起到有效的保护作用：其中涂层材料中的功能填料和沥青粘结料在裸露的集料表面会形成高劲度沥青玛蹄脂，提高了路面的耐磨性；涂层材料中硅烷偶联剂的烷氧基会与功能填料表面的碳酸基团发生羰基反应，硅醇键之间相互缔合形成表面膜附着于裸露的集料表面，进一步增强了涂层材料与裸露集料之间的紧密融合；
62.(八)涂层材料中各物料相互作用，不仅使得涂层材料具备稳定存储、均匀喷洒、喷洒后溶剂挥发快、良好的粘附性(粘附等级5级)、优良的耐磨性(寿命6
‑
10年)，还能够保证涂层材料具体适当的流动性(20℃布氏粘度为2000
‑
4000cps)，可以实现喷洒作业，降低施工难度，提高工作效率。
63.(九)全生产链采用冷态制备、高速剪切工艺，可以实现沥青胶结料与溶剂的高效混合、均匀分散，有效提高了安全可靠性和长途运输的稳定性，安全性和经济效益显著。
具体实施方式
64.为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定，即所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
65.实施例一：改性母料的制备。
66.表2改性母料物料配比及参数控制
[0067][0068]
材料说明：
[0069]
油酸：分子量282.46，熔点13
‑
14℃；
[0070]
棕榈油酸：分子量254.41，熔点0.5℃；
[0071]
大豆油酸：280≤分子量≤284，熔点15℃。
[0072]
【制备方法】
[0073]
将配方量的主溶剂二、抗渗剂加入到小型反应釜中，在温度条件为30℃下搅拌20min使之溶解完全，然后依次加入硅烷偶联剂、改性剂，2500rpm剪切搅拌40min，自然降至室温后，超声处理一定时间，得到活化的改性母料，分别记为母料1、母料2、母料3、母料4、母料5、母料6、母料7、母料8。试验全过程在密闭反应容器中进行，试验前进行充氮除氧。
[0074]
实施例二：防渗长效耐久型沥青路面养护涂层材料的制备。
[0075]
表3涂层材料物料配比
[0076][0077]
材料说明：
[0078]
青川岩沥青：25℃时针入度3(0.1mm)，软化点220℃；
[0079]
50#沥青：25℃时针入度45(0.1mm)，软化点67℃；
[0080]
40#沥青：25℃时针入度38(0.1mm)，软化点70℃；
[0081]
30#沥青：25℃时针入度28(0.1mm)，软化点72℃；
[0082]
【制备方法】
[0083]
a1.采用液氮速冻工艺，将沥青胶结料在沥青脆点以下20℃环境中冷冻固化，传送入球磨粉碎设备，同时按比例加入功能填料进行同步破碎、研磨后，控制粉碎规格不低于200目，得到组分a，整个过程保证液氮在线连续冷冻；
[0084]
a2.密闭容器二全过程通氮除氧，将研磨后的粉料通过螺旋送料机按比例送入，与主溶剂一进行高速剪切，剪切转速控制为3000rpm，得到组分b；
[0085]
a3.密闭容器三全过程通氮除氧，将组分b与改性母料混合，然后依次加入稳定剂、催干剂，搅拌均匀制得沥青基涂层材料，记为实例一、实例二、实例三、实例四、实例五、实例六、实例七、实例八。
[0086]
【性能测定】
[0087]
将上述各制备方法得到的涂层材料灌入喷洒设备容器罐内，搅拌均匀后进行路面洒布试验，喷洒量1.0kg/m2。
[0088]
控制参数为：
[0089]
作业车辆：halik
‑
ch
‑
32000i专业高压喷洒车；
[0090]
喷洒流量：347kg/min；
[0091]
喷洒压力：20kg；
[0092]
作业时速：8km/h；
[0093]
洒布管的离地高度：400mm；
[0094]
相邻喷油嘴间距：300mm。
[0095]
【检测结果】
[0096]
表4.检测结果
[0097][0098]
由表4实验数据可知，上述所有实施例材料的各种性能均符合施工质量要求。其中，涂层材料布氏粘度数据(2400
‑
3300cps)，表明材料具有适当的流动性，可实现连续喷洒作业，降低施工难度；构造深度、摩擦系数、粘结强度和耐磨性数据均远优于标准质量要求，均匀性有显著提升，路面抗滑性能和耐久性能得到同步提升，极大延长了路面使用寿命；疏水系数测试结果表明路面的疏水性能得到提高。