一种半刚性嵌缝材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种半刚性嵌缝材料及其制备方法，特别是涉及用于道路缝隙及构造结构预留缝隙的填充修补材料的半刚性嵌缝材料及其制备方法。

背景技术：

1、道路缝隙和构造预留缝隙的填充修补通常采用各类密封材料，密封材料与缝隙壁牢固粘结，不溶水、不透水，耐沙石杂物嵌入，可以防止雨、雪水渗入路基基础，有效控制裂缝扩散，改善路面使用性能，延长路面使用寿命，提高行车舒适性。密封材料通常可分为柔性材料和刚性材料，柔性材料包括油麻、油膏、沥青等类型，特点是永远不会成为坚硬的物质，封堵后有一定的弹性；刚性材料包括水泥、胶等类型，属于凝固性的。柔性材料依靠密封材料的弹性来“跟随”由于温度和载荷引起的缝隙宽度变化，通过提高材料的强度、延伸性、耐疲劳等一系列性能以期达到目的。柔性材料多富含直链烷烃、环烷烃及低分子芳香烃等烃类物质，材料的可变性能力好，低温柔韧性较好，但高温抗流动、抗老化性能较差，使用周期短，而且在高温软化状态下，容易与车轮发生粘连，被碾压后从缝隙中带出。刚性材料的强度较高，稳定性好，不易发生化学反映，但行车舒适性差，低温或重载条件下易开裂。

2、cn109320979a公开了一种提高酸性石料与沥青粘附性的树脂沥青乳液的制备方法及其应用。该方法中将偶联剂、无机填料和水混合，采用超声分散得到无机填料分散液，再加入水性环氧树脂、水性环氧固化剂和乳化沥青，搅拌得到树脂沥青乳液。然后将树脂沥青乳液喷洒至酸性石料表面，烘干后即可获得表面处理的石料。该方法所采用的制备工艺复杂，施工过程中操作繁琐，推广应用具有较大的局限性，同时环氧树脂固化后，脆性强，在低温或重载条件下开裂。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种半刚性嵌缝材料及其制备方法。本发明提供的半刚性嵌缝材料符合现有道路缝隙及构造结构预留缝隙的结构和施工特点，在保证使用强度的同时，兼顾低温柔性，使该半刚性嵌缝材料具有一定的可跟随性，可随道路缝隙及构造结构预留缝隙的热胀冷缩发生适当形变，对缝隙进行有效填充。

2、本发明提供了一种半刚性嵌缝材料，所述材料包括如下组分，以质量分数计：

3、重质油40％～70％，优选45％～65％；

4、相容剂10％～30％，优选15％～25％；

5、芳族化合物5％～20％，优选7％～15％；

6、聚合物1％～10％，优选3％～9％；

7、催化剂3％～20％，优选5％～15％；

8、增强剂0.3％～5.0％，优选1％～4％；

9、化合剂0.1％～6％，优选1％～5％。

10、进一步地，所述重质油为天然石油生产的重质渣油，为富含稠环芳烃的混合物。所述重质油中分子量大于20000的物质含量为2％～10％(以质量计)。所述重质油的60℃真空毛细管黏度为80～500pa.s，软化点40～50℃，平均分子量2000～3000。

11、进一步地，所述相容剂为天然石油，或生物质生产的至少包括环烷烃、链烷烃、芳香烃两种及以上有机物的混合物。所述相容剂的饱和分含量不大于35％，优选为5％～25％(以质量计)。所述相容剂的60℃运动粘度为20～20000mm2/s，稠环芳烃含量，以质量计，为10％～25％。

12、进一步地，所述芳族化合物为低沸点芳族化合物。所述芳族化合物的分子含有不多于十个苯型环，优选为联苯、萘、蒽、菲、芘、苯并菲、苯并蒽芳香烃及其衍生物，更优选为萘及其衍生物。所述芳族化合物的离子化电位值小于15ev。

13、进一步地，所述聚合物选自合成橡胶、合成树脂、合成纤维中的至少一种，优选为合成橡胶，所述合成橡胶分子量优选为100000～500000。

14、进一步地，所述催化剂为金属无机盐化合物中的一种或多种，优选为氯化钙、氯化铝、氯化锌、氯化锡中的至少一种。

15、进一步地，所述增强剂为玻璃纤维、石棉、硼纤维、陶瓷纤维、芳酰胺纤维、不锈钢纤维中的一种或几种。

16、进一步地，所述化合剂为硫化剂和硫化促进剂，所述硫化剂为单质硫、硫化物、一氯化硫、硒、碲、异氰酸酯中的一种或几种，所述硫化促进剂为醛胺类、胍类、秋兰姆类、噻唑类、二硫代氨基甲酸盐类、黄原酸盐类、硫脲类、次磺酰胺类、金属氧化物中的一种或几种，优选为单质硫、硫化物、秋兰姆类、金属氧化物中的一种或几种，更优选为单质硫和金属氧化物，所述金属氧化物优选为氧化锌、氧化镁，氧化铅，更优选为氧化锌。

17、进一步地，所述化合剂中硫化剂和硫化促进剂的质量比为1：(0.5～2)。

18、本发明第二方面提供了上述半刚性嵌缝材料的制备方法，包括如下步骤：

19、(1)制备半刚性中间体；

20、(2)将半刚性中间体加入到相容剂中进行溶化，然后加入聚合物进行溶胀，并经过高速剪切形成胶结料；

21、(3)将步骤(2)所述的胶结料加入硫化剂，然后进行第一次搅拌，再加入硫化促进剂，进行第二次搅拌，之后全部物料经过高速剪切后加入增强剂，进行第三次搅拌，得到所述半刚性嵌缝材料。

22、进一步地，步骤(1)所述的半刚性中间体的制备方法，包括如下步骤：

23、将天然重质油与芳族化合物混合，搅拌均匀，之后加入催化剂继续搅拌，得到所述的半刚性中间体。

24、进一步地，步骤(1)所述的半刚性中间体的制备方法中，重质油、芳族化合物和催化剂质量比为(60～90)：(10～25)：(10～20)。

25、进一步地，步骤(1)所述的半刚性中间体的制备方法中，天然重质油与芳族化合物混合,所述搅拌的搅拌速度为10r/min～300r/min，搅拌温度为80℃～140℃，搅拌时间为0.5h～10h。

26、进一步地，步骤(1)所述的半刚性中间体的制备方法中，加入催化剂后，所述搅拌至物料粘度达到初始粘度的120％～160％，优选为130％～140％。

27、进一步地，步骤(2)中，半刚性中间体、相容剂、聚合物的质量比为(58～90)：(15～25)：(3～9)。

28、进一步地，步骤(2)中，所述溶化的温度为160℃～190℃，时间为60min～90min；所述溶胀的温度为170℃～200℃，时间为60min～90min；其中，所述溶胀温度要高于溶化温度10～20℃。

29、进一步地，步骤(2)中，所述高速剪切的转速为1000r/min～10000r/min，时间为30min～90min。

30、进一步地，步骤(3)中，硫化剂、硫化促进剂、增强剂的质量比为1：(0.5～1.0)：(1.0～1.5)。硫化剂占步骤(2)中胶结料的质量含量为0.5％～2.5％。

31、进一步地，步骤(3)中，增强剂在半刚性嵌缝材料中的质量分数为1％～4％。

32、进一步地，步骤(3)中，所述第一次搅拌的温度为180℃～190℃，时间为0.5～2h，搅拌的转速为100r/min～300r/min。

33、进一步地，步骤(3)中，所述第二次搅拌的温度为170℃～180℃，时间为1～3h，搅拌的转速为50r/min～150r/min。

34、进一步地，步骤(3)中，所述高速剪切的转速为1000r/min～10000r/min，时间为20min～60min。

35、进一步地，步骤(3)中，所述第三次搅拌的温度为160℃～170℃，时间为2～5h，搅拌的转速为200r/min～300r/min。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

37、(1)本发明通过调整半刚性中间体、矿物油、聚合物的含量并添加化合剂、增强剂，使半刚性嵌缝材料具有优异的高温性能和强度，具有较高的软化点、很强的黏结力，从而避免在高温软化状态下，与车轮发生粘连，被碾压后从缝隙中带出。

38、(2)本发明使用的芳族化合物具有较强的热挥发性，在重质油中与催化剂进行缩聚反应，可以有效防止芳族化合物的挥发，避免污染环境；在重质油中可以提高芳族化合物的分散度，确保缩合反应缓慢、稳定的进行，避免发生暴聚反应，影响产物质量。

39、(3)本发明通过加入特定的催化剂，不仅可以使得芳族化合物能够反应完全，而且不需要采用复杂的分离过程对残留在产物中的催化剂进行分离，本发明材料在使用过程中不加入任何骨料进行支撑，利用特定催化剂的存在不仅不会对产物的性能产生负面影响，还可以充当无机填料，增加材料在使用过程中的强度，同时催化剂均匀的分散在材料中，可以适当降低材料中含油组分与车轮的接触面积，避免高温下与车轮发生粘连，被碾压后从缝隙中带出。本发明采用的催化剂也可以促进聚合物在油相中的均匀稳定存在，提高材料体系的胶体稳定性。另外部分催化剂具有吸水性，水的比热容和汽化热较大，夏季避免路面温差太大，冬季使溶液的凝固点降低，防止冻害，有效延长材料使用寿命。

40、(4)本发明通过在特定催化剂条件下对重质油和芳族化合物的混合物进行催化缩合反映，通过控制反应温度和反应速度，定向脱除混合物中低沸点芳香族化合物上的氢原子，降低芳香族化合物的反映活性，生成抗老化性能较好、黏度适宜的稠环化合物，同时通过在较低温度下进行反应，抑制羰基化学键的生成，提高材料的使用寿命。

41、(5)本发明的半刚性材料通过在重质油中进行催化缩合反应，生成分子量和缩合度适宜的中间组分与直接在重质油中添加中间组分相比，材料的胶体结构稳定性更好，反应稳定性更好，温度敏感性更低，高温强度更好。

42、(6)本发明采用柔性材料通过催化缩合得到半刚性材料，不但具有较高的高温性能，高温不流淌，同时也具备了柔性材料的部分特征，具有一定的低温柔韧性，保证材料的低温抗裂性能，提高行车舒适性。

43、(7)由于重质油和芳族化合物经过催化缩合后，其中的低芳环化合物及小分子物质通过缩合反应生成软化温度更高的产物，具有较强的抗老化性，在与聚合物的溶胀和反应过程中，可以比普通的反应温度提升近20℃，促进聚合物和化合剂快速释放出活性化学键，显著提高了反应效率。在高温下进行反应，物料体系的流动性更好，反应更加均匀，避免出现分层、凝胶等不利情况。