一种常温型工程嵌缝胶及其制备方法与流程

1.本发明涉及建筑工程材料技术领域，特别涉及一种常温型工程嵌缝胶及其制备方法。


背景技术：

2.随着我国经济的发展，每年在基础设施建设上的投资越来越大，对相关土木建筑工程材料的需求量已经达到每年万亿产值，尤其是在公路，桥梁等土木建筑工程上，对各种新材料，新技术的需求巨大。由于结构设计和使用功能的需要，水泥混凝土路面的伸缩缝，桥梁面板的接缝及各类建筑工程中的裂缝都需要嵌缝灌补材料，而传统土木建筑工程中的水泥混凝土路面伸缩缝，桥梁面板接缝及各类建筑工程裂缝的嵌缝灌补材料通常采用普通石油沥青，其不但性能一般，而且施工时需要加热使用，既不安全环保，又增加了施工的能耗浪费，还提高了施工的难度，影响施工的效率。
3.据统计，我国每年用于各类工程上的嵌缝，灌缝材料消费量将近1万吨，而且随着我国公路工程、桥梁工程以及其它各类建筑工程的不断建设发展，市场上对嵌缝材料的需求量也将越来越大。
4.目前除了直接用普通沥青做嵌缝材料外，为了提升其各项性能，还出现了许多改性沥青嵌缝材料。如中国专利(公开号为cn102433007a)提出了一种路桥嵌缝沥青及其制备方法，其生产的主要原材料是沥青及相关聚合物等。中国专利(公开号为cn104212186 a)提出了一种丁苯胶液改性沥青嵌缝材料及其制备方法，其生产的主要原材料是沥青及丁苯胶液等。但无论是普通沥青嵌缝材料还是改性沥青嵌缝材料，由于其在常温下都是固体状态，无法直接用于施工，没有解决其施工时需要进行高温加热成液体状态才能使用的缺点。并且，使用这些嵌缝材料既不安全环保，又增加了施工的能耗浪费，还提高了施工的难度，影响施工效率。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提供一种常温型工程嵌缝胶，旨在解决目前的路桥嵌缝材料施工时需要进行高温加热成液体状态才能使用，既不安全环保，又增加了施工的能耗浪费的技术问题。
6.为实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种常温型工程嵌缝胶，包括以下质量百分比的组分：丙烷重脱油66-74％、馏分油6-9％、热塑性弹性体4-6％、胶乳改性剂2-3％、乳化剂1-3％、改质剂1-2％、余量为水，
7.其中，所述丙烷重脱油为以中间基原油通过炼油厂常减压蒸馏装置加工处理后所得的减压渣油为原料，再经炼油厂丙烷溶剂脱沥青工艺处理后得到的重质脱沥青油；
8.所述馏分油为以环烷基原油通过常减压蒸馏装置炼制生产的减三线馏分油；
9.所述热塑性弹性体为星型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
10.所述改质剂为粉末丁苯橡胶。
11.本发明技术方案中，将丙烷重脱油、馏分油、热塑性弹性体、胶乳改性剂、乳化剂、改质剂和水按特定配比复配的嵌缝胶产品性质稳定，高低温性能良好，具有较强的延展性和韧性，耐久性好，抗裂性佳，安全环保。
12.本发明制备的嵌缝胶属于高固含量的油包水态乳状体，无需加热，在常温下即可施工使用，解决了传统工程嵌缝胶施工时需要加热使用的问题。且本发明制备的嵌缝胶产品含水量低，施工后短时间内水分就能挥发，使产品各项性能迅速达到规定的使用效果，对工期无任何负面影响。
13.作为本发明所述常温型工程嵌缝胶的优选实施方式，所述馏分油和所述热塑性弹性体的质量比为馏分油：热塑性弹性体＝3:2。
14.发明人经过反复试验发现，当馏分油和热塑性弹性体的质量比为3:2时，制备的嵌缝胶各项性能更加显著。
15.作为本发明所述常温型工程嵌缝胶的优选实施方式，所述丙烷重脱油包括以下质量百分比的组分：饱和分5-10％、芳香分45-60％、胶质25-40％、沥青质1-5％，所述丙烷重脱油在60℃下的动力粘度为20-60pa.s。
16.作为本发明所述常温型工程嵌缝胶的优选实施方式，所述馏分油包括以下质量百分比的组分：饱和烃15-30％、稠环芳烃15-35％、双环芳烃10-25％、单环芳烃10-15％、胶质5-15％、蜡0-2％。
17.作为本发明所述常温型工程嵌缝胶的优选实施方式，所述胶乳改性剂为丁苯胶乳，所述丁苯胶乳的固含量为10-30％。
18.本发明技术方案中，所述胶乳改性剂是通过低温(5℃)乳液聚合法合成的低浓度sbr胶乳(即丁苯胶乳)，其苯乙烯含量为6％-18％，丁苯胶乳的固含量为10-30％。
19.作为本发明所述常温型工程嵌缝胶的优选实施方式，按质量比计，所述乳化剂选自(a)-(c)中的任意一项：
20.(a)硬脂酰胺丙基二甲基胺：十六烷基三甲基氯化铵＝1:1复配制备，与其相应的复配方法为：将1质量份的硬脂酰胺丙基二甲基胺加热至60-90℃后，加入1质量份的十六烷基三甲基氯化铵继续搅拌3-5min，然后再加入0.2质量份的聚乙二醇和0.1质量份的聚乙烯醇，继续搅拌5-10min后降至常温；
21.(b)硬脂酰胺丙基二甲基胺：十二烷基三甲基溴化铵＝1:1复配制备，采用该配方所使用的的复配方法与(a)基本相同，不同之处仅在于：原料的种类和质量份数；
22.(c)硬脂酰胺丙基二甲基胺：十六烷基三甲基氯化铵：十二烷基三甲基溴化铵＝2:1:1复配制备，采用该配方所使用的的复配方法与(a)基本相同，不同之处仅在于：原料的种类和质量份数。
23.作为本发明所述常温型工程嵌缝胶的优选实施方式，所述改质剂的分子量为200000-300000，结合苯乙烯质量分数为21％-35％，生胶门尼粘度为38-68。
24.作为本发明所述常温型工程嵌缝胶的优选实施方式，所述的常温型工程嵌缝胶包括以下质量百分比的组分：丙烷重脱油68-72％、馏分油6.75-8.25％、热塑性弹性体4.5-5.5％、胶乳改性剂2.2-2.8％、乳化剂1.5-2.5％、改质剂1.2-1.8％、余量为水。
25.发明人经过反复试验发现，当个原料的组分在上述范围内时，制备的嵌缝胶各项性能更加显著。
26.第二方面，本发明还提出一种常温型工程嵌缝胶的制备方法，包括以下步骤：
27.(1)将热塑性弹性体研磨成细度≥200目的粉末后加入馏分油中，加热至100-130℃均匀搅拌1-2h，使得热塑性弹性体在馏分油中充分吸收饱和烃组分和芳烃组分后形成溶胀性聚合物；
28.(2)将丙烷重脱油和改质剂加入步骤(1)所得的热塑性弹性体与馏分油的混融物中，在100-130℃下搅拌10-15min，然后用高速剪切机循环剪切20-30min，最后在120-150℃下继续均匀搅拌发育1-3h形成溶胀性聚合物微粒胶体结构的融合物，待用；
29.(3)将乳化剂加入水中搅拌均匀配成皂液并加热至60-80℃后，放入乳化设备中循环流动，加入胶乳改性剂一起混合循环流动1-2min；
30.(4)将步骤(2)制备的融合物加热至100-120℃，再均匀加入步骤(3)的乳化设备中与皂液和胶乳改性剂一起进行循环剪切，循环剪切3-6min后即制得所述常温型工程嵌缝胶产品。
31.作为本发明所述常温型工程嵌缝胶的制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中高速剪切机的剪切转速≥3000rpm/min；所述步骤(3)中乳化设备包括乳化循环剪切机或胶体磨中的任意一种。
32.相对于现有技术，本发明的有益效果为：
33.本发明技术方案通过将丙烷重脱油、馏分油、热塑性弹性体、胶乳改性剂、乳化剂、改质剂和水按特定配比复配制备嵌缝胶产品，制备的嵌缝胶产品性质稳定，高低温性能良好，具有较强的延展性和韧性，耐久性好，抗裂性佳，安全环保。
34.本发明制备的嵌缝胶属于高固含量的油包水态乳状体，无需加热，在常温下即可施工使用，解决了传统工程嵌缝胶施工时需要加热使用的问题。
35.本发明制备的嵌缝胶产品含水量低，施工后短时间内水分就能挥发，使产品各项性能迅速达到规定的使用效果，对工期无任何负面影响，降低了施工难度，提高了施工效率。
具体实施方式
36.为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将通过具体实施例对本发明作进一步说明。
37.实施例1
38.本实施例以生产1000g嵌缝胶产品为例，所采用的原料及各原料用量如下所示：
39.丙烷重脱油：660g，茂名石化公司生产，以中间基原油通过炼油厂常减压蒸馏装置加工处理后所得的减压渣油为原料，再经炼油厂丙烷溶剂脱沥青工艺处理后得到的重质脱沥青油，包括以下质量百分比的组分：饱和分8％、芳香分53％、胶质36％、沥青质3％，所述丙烷重脱油在60℃下的动力粘度为51pa.s；
40.馏分油：60g，茂名石化公司生产，以环烷基原油通过常减压蒸馏装置炼制生产的减三线馏分油，包括以下质量百分比的组分：饱和烃26.2％、稠环芳烃29.7％、双环芳烃20.2％、单环芳烃13.5％、胶质9.1％、蜡1.3％；
41.热塑性弹性体：40g，星型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
42.胶乳改性剂：20g，固含量为10-30％的丁苯胶乳；
43.乳化剂：10g，由硬脂酰胺丙基二甲基胺：十六烷基三甲基氯化铵＝1:1的质量比复配制备，复配方法为：将1质量份的硬脂酰胺丙基二甲基胺加热至80℃后，加入1质量份的十六烷基三甲基氯化铵，在80℃下继续搅拌5min，然后再加入0.2质量份的聚乙二醇和0.1质量份的聚乙烯醇，在80℃下继续搅拌8min后降至常温；
44.改质剂：10g，粉末丁苯橡胶；
45.水：200g。
46.本实施例嵌缝胶产品的制备方法包括以下步骤：
47.(1)将热塑性弹性体研磨成细度≥200目的粉末后加入馏分油中，加热至100℃均匀搅拌1h，使得热塑性弹性体在馏分油中充分吸收饱和烃组分和芳烃组分后形成溶胀性聚合物；
48.(2)将丙烷重脱油和改质剂加入步骤(1)所得的热塑性弹性体与馏分油的混融物中，在100℃下搅拌15min，然后用高速剪切机循环剪切20min，最后在130℃下继续均匀搅拌发育2h形成溶胀性聚合物微粒胶体结构的融合物，待用；
49.(3)将乳化剂加入水中搅拌均匀配成皂液并加热至70℃后，放入乳化设备中循环流动，加入胶乳改性剂一起混合循环流动1min；
50.(4)将步骤(2)制备的融合物加热至110℃，再均匀加入步骤(3)的乳化设备中与皂液和胶乳改性剂一起进行循环剪切，循环剪切5min后即制得所述常温型工程嵌缝胶产品。
51.实施例2
52.本实施例以生产1000g嵌缝胶产品为例，所采用的原料及各原料用量如下所示：
53.丙烷重脱油：680g，茂名石化公司生产，以中间基原油通过炼油厂常减压蒸馏装置加工处理后所得的减压渣油为原料，再经炼油厂丙烷溶剂脱沥青工艺处理后得到的重质脱沥青油，包括以下质量百分比的组分：饱和分8％、芳香分53％、胶质36％、沥青质3％，所述丙烷重脱油在60℃下的动力粘度为51pa.s；
54.馏分油：67.5g，茂名石化公司生产，以环烷基原油通过常减压蒸馏装置炼制生产的减三线馏分油，包括以下质量百分比的组分：饱和烃26.2％、稠环芳烃29.7％、双环芳烃20.2％、单环芳烃13.5％、胶质9.1％、蜡1.3％；
55.热塑性弹性体：45g，星型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
56.胶乳改性剂：22g，固含量为10-30％的丁苯胶乳；
57.乳化剂：15g，由硬脂酰胺丙基二甲基胺：十六烷基三甲基氯化铵＝1:1的质量比复配制备，复配方法为：将1质量份的硬脂酰胺丙基二甲基胺加热至80℃后，加入1质量份的十六烷基三甲基氯化铵，在80℃下继续搅拌5min，然后再加入0.2质量份的聚乙二醇和0.1质量份的聚乙烯醇，在80℃下继续搅拌8min后降至常温；
58.改质剂：12g，粉末丁苯橡胶；
59.水：158.5g。
60.本实施例嵌缝胶的制备方法与实施例1相同。
61.实施例3
62.本实施例以生产1000g嵌缝胶产品为例，所采用的原料及各原料用量如下所示：
63.丙烷重脱油：700g，茂名石化公司生产，以中间基原油通过炼油厂常减压蒸馏装置加工处理后所得的减压渣油为原料，再经炼油厂丙烷溶剂脱沥青工艺处理后得到的重质脱
沥青油，包括以下质量百分比的组分：饱和分8％、芳香分53％、胶质36％、沥青质3％，所述丙烷重脱油在60℃下的动力粘度为51pa.s；
64.馏分油：75g，茂名石化公司生产，以环烷基原油通过常减压蒸馏装置炼制生产的减三线馏分油，包括以下质量百分比的组分：饱和烃26.2％、稠环芳烃29.7％、双环芳烃20.2％、单环芳烃13.5％、胶质9.1％、蜡1.3％；
65.热塑性弹性体：50g，星型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
66.胶乳改性剂：25g，固含量为10-30％的丁苯胶乳；
67.乳化剂：20g，由硬脂酰胺丙基二甲基胺：十二烷基三甲基溴化铵＝1:1的质量比复配制备，复配方法为：将1质量份的硬脂酰胺丙基二甲基胺加热至80℃后，加入1质量份的十二烷基三甲基溴化铵，在80℃下继续搅拌5min，然后再加入0.2质量份的聚乙二醇和0.1质量份的聚乙烯醇，在80℃下继续搅拌8min后降至常温；
68.改质剂：15g，粉末丁苯橡胶；
69.水：115g。
70.本实施例嵌缝胶的制备方法与实施例1相同。
71.实施例4
72.本实施例以生产1000g嵌缝胶产品为例，所采用的原料及各原料用量如下所示：
73.丙烷重脱油：710g，茂名石化公司生产，以中间基原油通过炼油厂常减压蒸馏装置加工处理后所得的减压渣油为原料，再经炼油厂丙烷溶剂脱沥青工艺处理后得到的重质脱沥青油，包括以下质量百分比的组分：饱和分8％、芳香分53％、胶质36％、沥青质3％，所述丙烷重脱油在60℃下的动力粘度为51pa.s；
74.馏分油：75g，茂名石化公司生产，以环烷基原油通过常减压蒸馏装置炼制生产的减三线馏分油，包括以下质量百分比的组分：饱和烃26.2％、稠环芳烃29.7％、双环芳烃20.2％、单环芳烃13.5％、胶质9.1％、蜡1.3％；
75.热塑性弹性体：50g，星型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
76.胶乳改性剂：28g，固含量为10-30％的丁苯胶乳；
77.乳化剂：22g，由硬脂酰胺丙基二甲基胺：十六烷基三甲基氯化铵：十二烷基三甲基溴化铵＝2:1:1的质量比复配制备，复配方法为：将2质量份的硬脂酰胺丙基二甲基胺加热至80℃后，加入1质量份的十六烷基三甲基氯化铵和1质量份的十二烷基三甲基溴化铵，在80℃下继续搅拌5min，然后再加入0.4质量份的聚乙二醇和0.2质量份的聚乙烯醇，在80℃下继续搅拌8min后降至常温；
78.改质剂：15g，粉末丁苯橡胶；
79.水：100g。
80.本实施例嵌缝胶的制备方法与实施例1相同。
81.实施例5
82.本实施例以生产1000g嵌缝胶产品为例，所采用的原料及各原料用量如下所示：
83.丙烷重脱油：740g，茂名石化公司生产，以中间基原油通过炼油厂常减压蒸馏装置加工处理后所得的减压渣油为原料，再经炼油厂丙烷溶剂脱沥青工艺处理后得到的重质脱沥青油，包括以下质量百分比的组分：饱和分8％、芳香分53％、胶质36％、沥青质3％，所述丙烷重脱油在60℃下的动力粘度为51pa.s；
84.馏分油：60g，茂名石化公司生产，以环烷基原油通过常减压蒸馏装置炼制生产的减三线馏分油，包括以下质量百分比的组分：饱和烃26.2％、稠环芳烃29.7％、双环芳烃20.2％、单环芳烃13.5％、胶质9.1％、蜡1.3％；
85.热塑性弹性体：40g，星型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
86.胶乳改性剂：25g，固含量为10-30％的丁苯胶乳；
87.乳化剂：24g，由硬脂酰胺丙基二甲基胺：十六烷基三甲基氯化铵：十二烷基三甲基溴化铵＝2:1:1的质量比复配制备，复配方法为：将2质量份的硬脂酰胺丙基二甲基胺加热至80℃后，加入1质量份的十六烷基三甲基氯化铵和1质量份的十二烷基三甲基溴化铵，在80℃下继续搅拌5min，然后再加入0.4质量份的聚乙二醇和0.2质量份的聚乙烯醇，在80℃下继续搅拌8min后降至常温；
88.改质剂：16g，粉末丁苯橡胶；
89.水：95g。
90.本实施例嵌缝胶的制备方法与实施例1相同。
91.实施例6
92.本实施例以生产1000g嵌缝胶产品为例，所采用的原料及各原料用量如下所示：
93.丙烷重脱油：660g，茂名石化公司生产，以中间基原油通过炼油厂常减压蒸馏装置加工处理后所得的减压渣油为原料，再经炼油厂丙烷溶剂脱沥青工艺处理后得到的重质脱沥青油，包括以下质量百分比的组分：饱和分8％、芳香分53％、胶质36％、沥青质3％，所述丙烷重脱油在60℃下的动力粘度为51pa.s；
94.馏分油：80g，茂名石化公司生产，以环烷基原油通过常减压蒸馏装置炼制生产的减三线馏分油，包括以下质量百分比的组分：饱和烃26.2％、稠环芳烃29.7％、双环芳烃20.2％、单环芳烃13.5％、胶质9.1％、蜡1.3％；
95.热塑性弹性体：45g，星型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
96.胶乳改性剂：20g，固含量为10-30％的丁苯胶乳；
97.乳化剂：10g，由硬脂酰胺丙基二甲基胺：十六烷基三甲基氯化铵＝1:1的质量比复配制备，复配方法为：将1质量份的硬脂酰胺丙基二甲基胺加热至80℃后，加入1质量份的十六烷基三甲基氯化铵，在80℃下继续搅拌5min，然后再加入0.2质量份的聚乙二醇和0.1质量份的聚乙烯醇，在80℃下继续搅拌8min后降至常温；
98.改质剂：10g，粉末丁苯橡胶；
99.水：175g。
100.本实施例嵌缝胶的制备方法与实施例1相同。
101.实施例7
102.本实施例以生产1000g嵌缝胶产品为例，所采用的原料及各原料用量如下所示：
103.丙烷重脱油：700g，茂名石化公司生产，以中间基原油通过炼油厂常减压蒸馏装置加工处理后所得的减压渣油为原料，再经炼油厂丙烷溶剂脱沥青工艺处理后得到的重质脱沥青油，包括以下质量百分比的组分：饱和分8％、芳香分53％、胶质36％、沥青质3％，所述丙烷重脱油在60℃下的动力粘度为51pa.s；
104.馏分油：80g，茂名石化公司生产，以环烷基原油通过常减压蒸馏装置炼制生产的减三线馏分油，包括以下质量百分比的组分：饱和烃26.2％、稠环芳烃29.7％、双环芳烃
20.2％、单环芳烃13.5％、胶质9.1％、蜡1.3％；
105.热塑性弹性体：45g，星型结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；
106.胶乳改性剂：25g，固含量为10-30％的丁苯胶乳；
107.乳化剂：20g，由硬脂酰胺丙基二甲基胺：十二烷基三甲基溴化铵＝1:1的质量比复配制备，复配方法为：将1质量份的硬脂酰胺丙基二甲基胺加热至80℃后，加入1质量份的十二烷基三甲基溴化铵，在80℃下继续搅拌5min，然后再加入0.2质量份的聚乙二醇和0.1质量份的聚乙烯醇，在80℃下继续搅拌8min后降至常温；
108.改质剂：15g，粉末丁苯橡胶；
109.水：115g。
110.本实施例嵌缝胶的制备方法与实施例3相同。
111.实施例1-7制备的嵌缝胶按1000g计，原料配比如下表1所示。
112.表1.实施例1-7所制备的嵌缝胶原料配比情况(g)
[0113][0114]
对实施例1-7制备的嵌缝胶产品分别按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》jtg e20-2011的试验方法及《公路沥青路面施工技术规范》
[0115]
jtgf40-2004的技术标准进行实施例的各项性能检测，测定结果如下表2所示。
[0116]
表2.实施例1-7制备的嵌缝胶产品性能测试结果
[0117][0118]
由表2结果可知，本发明实施例1-7制备的嵌缝胶产品在常温下均为可流动的乳液态，固含量高，延度好，低温抗裂性能优越，弹性恢复强，各项优点显著。其中，实施例3制备的嵌缝胶产品的综合性能最佳。而实施例6、7由于其馏分油：热塑性弹性体的质量比没达到3:2的水平，所以各项性能比其它实施例差。
[0119]
由于本发明产品在常温下是可流动的乳液态，无需加热即可施工使用，有效解决了传统普通沥青嵌缝材料常温下是固态，施工时需要进行高温加热成液体状态才能使用的缺点。
[0120]
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。