一种常温反应型冷补料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及道路工程，尤其涉及一种常温反应型冷补料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、沥青路面冷补料是一种快速修补路面坑槽、松散的沥青路面的养护材料。而现阶段使用最多的是沥青路面冷补料是冷补沥青混合料。冷补沥青混合料是指没有加热的矿料(骨料)与稀释的沥青经过拌和而形成的一种混合料。由于冷补料不需要加热、施工方便，因此在沥青路面养护过程中广泛应用。但在应用过程中也发现了以下问题：

2、(1)粘结性能：冷补料的粘结性能通常低于热补料，可能会导致补缝后的路面强度不足，容易出现开裂或脱落的问题。

3、(2)环保问题：虽然冷补料在使用过程不需要加热，但是常规冷补料由于使用稀释沥青(含有挥发性的溶剂，如煤油、柴油等)，对环境造成污染。

4、(3)冷补料储存稳定性不足：冷补料在生产后一般装在密封的尼龙袋子中，但装冷补料的袋子在搬运和运输过程中容易破损，造成稀释沥青中的溶剂(煤油、柴油等)挥发，使冷补料失去可施工性能。

5、(4)耐久性：冷补料耐久性不足，其耐久性通常低于热补料，可能需要频繁进行补缝维修。

6、(5)施工条件：虽然冷补料可以在低温和潮湿条件下施工，但是如果温度过低或者湿度过高，可能会影响冷补料的施工效果和性能。

7、为了改善上述问题，采用聚氨酯胶粘剂替代冷补沥青混合料中的稀释沥青的聚氨酯冷补料，成为一种新兴路面冷补料被提出。但是，聚氨酯胶粘剂中的异氰酸酯在与水反应过程中需要释放二氧化碳气体，同时，聚氨酯胶粘剂的黏度也不断增加，使得反应后期聚氨酯胶粘剂中存在大量的二氧化碳气泡，影响聚氨酯冷补料的强度和耐久性。此外，水与聚氨酯胶粘剂中异氰酸酯(nco)反应速率低于小分子多元醇，在一些道路应急修补路面中成型速度偏慢，影响开放交通时间。

8、鉴于此，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明提供一种常温反应型冷补料及其制备方法和应用，解决聚氨酯胶粘剂用于冷补料时，固化反应速度偏慢的问题，且实现在少量固化剂的使用下，使补冷料的贯入强度、马歇尔稳定度和残留马歇尔稳定度调至最佳。

2、具体地，第一方面，一种常温反应型冷补料，包括含有氢氧化钙的矿料和含有噁唑烷类潜伏固化剂的单组分聚氨酯胶粘剂。

3、在本发明的常温反应型冷补料中，所发生的反应主要包括四个部分，如图2所示；具体地：

4、(1)聚氨酯胶粘剂中异氰酸酯基团(-nco)与空气中的水分或者石料中残存的水分反应，释放二氧化碳气体，此步骤反应的速率主要取决于石料中残存水的含量及空气中的湿度。

5、(2)氢氧化钙分布在冷补料中，氢氧化钙与第(1)部分产生的二氧化碳反应释放出水，一方面消除了冷补料成型过程中产生的二氧化碳气体，另一方面为潜伏固化剂的反应提供了水。

6、(3)潜固化剂优先与第(2)部分产生的水发生反应，噁唑烷类潜固化剂与水反应生成醇胺，为异氰酸酯反应提供基础。

7、(4)醇胺再与单组份聚氨酯中异氰酸酯基迅速反应固化，使单组份聚氨酯固化反应速度提高。由于没有二氧化碳气体生成，材料表面无针孔和气泡等缺陷，力学强度也有较大的提升。

8、在此反应过程中，氢氧化钙与噁唑烷类潜固化剂协同作用，不仅大幅降低了反应过程产生的二氧化碳气体，同时加速了单组份聚氨酯的固化反应速率。

9、根据本发明提供的如上所述常温反应型冷补料，所述氢氧化钙与所述矿料中的矿粉预混合后，与所述单组分聚氨酯胶粘剂混合；

10、优选地，所述矿料包括粗集料、细集料和矿粉；

11、优选地，所述矿料级配采用pc-13密级配；

12、所述矿料中矿粉的质量百分含量为1.0～3.0％。

13、根据本发明提供的如上所述常温反应型冷补料，所述氢氧化钙的加入量小于等于所述矿粉质量的1％。

14、根据本发明提供的如上所述常温反应型冷补料，所述单组分聚氨酯胶粘剂主要由nco含量为6～10％的聚氨酯预聚体、噁唑烷类潜伏固化剂、硅烷偶联剂、消泡剂和催化剂构成。

15、本发明中的硅烷偶联剂主要是为了提高石料与聚氨酯胶粘剂之间的粘结性能，消泡剂主要是通过降低单组份聚氨酯表面张力加速气泡排除，是一种物理手段。另外，催化剂主要是为了调整单组份聚氨酯的反应速率。

16、根据本发明提供的如上所述常温反应型冷补料，所述噁唑烷类潜伏固化剂的含量为聚氨酯预聚体质量分数的1.5％～4.5％；

17、优选地，所述噁唑烷类潜伏固化剂为2-异丙基-3-羟乙基-1,3-噁唑烷。

18、根据本发明提供的如上所述常温反应型冷补料，所述硅烷偶联剂包括kh-550、kh-560、kh-570、kh-792、kh-580、kh-590、a-187、a-172、a-171、a-151、十八烷基三氯硅烷和十六烷三甲氧基硅烷中的一种以上，优选为kh-550；所述硅烷偶联剂的添加量为聚氨酯预聚体质量分数的0.4～0.6％，优选为0.5％；

19、和/或，所述消泡剂包括有机硅消泡剂、有机氟消泡剂、非硅消泡剂和矿物油消泡剂中的一种或多种；优选为有机硅消泡剂和/或聚醚改性硅类消泡剂；进一步优选为有机硅消泡剂；所述消泡剂的添加量为聚氨酯预聚体质量分数的0.2～0.4％，优选为0.3％；

20、和/或，所述催化剂为有机锡类催化剂，优选为二月桂酸二丁基锡和/或异辛酸亚锡，进一步优选为二月桂酸二丁基锡；

21、所述催化剂的添加量为聚氨酯预聚体质量分数的0.3～1％。

22、根据本发明提供的如上所述常温反应型冷补料，所述聚氨酯预聚体主要由异氰酸酯和聚醚多元醇构成；

23、优选地，所述单组分聚氨酯胶粘剂由聚氨酯预聚体、噁唑烷类潜伏固化剂、消泡剂和催化剂构成；

24、所述聚氨酯预聚体的nco含量为8％；

25、所述噁唑烷类潜伏固化剂的含量为聚氨酯预聚体质量的2.5％；

26、所述硅烷偶联剂的含量为聚氨酯预聚体质量的0.5％；

27、所述消泡剂的含量为聚氨酯预聚体质量的0.3％；

28、所述催化剂的含量为聚氨酯预聚体质量的0.5％。

29、根据本发明提供的如上所述常温反应型冷补料，所述单组分聚氨酯胶粘剂和所述矿料的质量比为(50～60)：(2～3)。

30、第二方面，本发明还提供如上所述常温反应型冷补料的制备方法；

31、优选地，所述制备方法包括：将氢氧化钙与矿粉预混后，加入主要由所述单组分聚氨酯胶粘剂、粗集料和细集料构成拌合料中继续拌合，所述拌合后摊铺；

32、进一步优选地，所述单组分聚氨酯胶粘剂的拌合时间不超过3min。

33、第三方面，本发明还提供如上所述常温反应型冷补料的应用，所述常温反应型冷补料摊铺后洒水养生，加快常温反应型冷补料成型；

34、优选地，所述常温反应型冷补料用于潮湿和有少量(如不超过聚氨酯胶黏剂质量的10％)明水坑槽修补。

35、正常沥青混合料冷补料非常怕水，要求修补坑槽干燥，修补后冷补料形成强度前避免遇水。因为遇水后冷补料很难形成强度，易松散。常温反应型冷补料可以在潮湿和有少量明水坑槽完成修补，修补后可以通过洒水的方式加快强度形成，对于高温高湿、雨季季风气候环境的地区意义重大。

36、本发明提供的一种常温反应型冷补料及其制备方法和应用，通过在冷补料中加入氢氧化钙，利用氢氧化钙和噁唑烷类潜伏固化剂的协同配合作用，在添加少量的噁唑烷类潜伏固化剂时，使补冷料的固化速率增加，贯入强度、马歇尔稳定度和残留马歇尔稳定度调至最佳。而且，本发明的补冷料施工简单，开放交通时间短，特别适合应急修补且路面潮湿或者有少量明水的路面。