一种水促进自愈合改性沥青的制备方法

本发明属于道路工程材料制备，具体涉及一种水促进自愈合改性沥青的制备方法。

背景技术：

1、石油沥青是目前我国应用最多的一种沥青，但其具有感温性较差的缺点，具体表现为夏季高温时易出现车辙、拥包等病害，冬季低温时易开裂。而开裂这种破坏会随着时间的延长严重降低路面的通行能力，因此，研究如何抑制沥青路面微裂纹的产生、降低裂纹的延伸对于提高道路应用安全性、延长道路的使用寿命具有重要意义。

2、目前聚氨酯改性沥青主要采用原位聚合技术进行改性沥青，经过聚氨酯改性后的沥青具有更好的耐久性、高温稳定性等路用性能，可以大幅减少养护维修频率与费用。而今关于自愈合聚氨酯的研究愈来愈深入且成熟，将自修复聚氨酯技术引入沥青路面铺装材料领域，不仅保留了改性沥青优异的力学性能，还可以利用动态键交联网络的动态交换功能，实现沥青材料的裂纹自修复特性。公开号为cn116426138a的专利中提出了一种含动态共价键结构的聚氨酯改性沥青材料及其制备方法，其从材料分子结构的角度，将动态共价键引入聚氨酯改性沥青分子结构中，赋予沥青自修复能力与可再生性能。然而，该专利中的自愈合指数相较于普通聚氨酯改性沥青改进并不明显，对其流变性能缺乏详细的描述。因此，需要探索新的方法来解决这些问题，以提高改性沥青的实际应用效果。

3、目前尚无将亲疏水性能相反材料的组合用作沥青改性剂的共混材料。然而，本发明提出了一种新的方法，通过引入水凝胶到具有自愈合性能聚氨酯体系中，实现改性沥青具备水促进自修复性能。水凝胶具有高度水合的三维网络结构，含有大量的极性亲水基团，因此能在水中快速溶胀且保持大量的水分。水凝胶与聚氨酯两者分子链间存在较强氢键作用，水凝胶交联网络的引入可以提高聚氨酯相的结晶度，从而提升热稳定性和力学性能。由于水凝胶是高度亲水性聚合物，而聚氨酯是疏水性聚合物，将它们共聚制备具有独特结构的共聚物，这种共聚物在水中具有良好的溶胀效果，利用水分子进入材料内部破坏聚合物链间的氢键作用，有利于聚合物链段的流动性，从而促进材料的修复效果。本发明将水凝胶的吸水性与聚氨酯的动态共价键的动态交换相结合，使改性沥青具备水促进自修复性能，此种聚氨酯-水凝胶共聚物改性剂对于改善路面的耐久性和减少维修工作具有重要的应用价值。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种将动态共价键的聚氨酯与高吸水性的水凝胶同步聚合，作为沥青改性剂，并制备具有水促进自愈合的改性沥青。不仅降低了制备改性沥青的温度，显著降低能耗。同时利用引入水凝胶的高亲水性和聚氨酯自身含有动态共价键，不仅能提升沥青流变性能，还能赋予改性沥青具有水促进修复性能，从而延长道路的使用寿命。此外，本发明还能解决传统修复方法导致的道路结构不稳定、修复成本高、施工要求高等问题，适用于高流量和高速公路等特殊道路条件。

2、为实现上述目的，本发明采用如下方案一种水促进自愈合改性剂改性沥青制备方法，所述改性沥青包括基质沥青、聚氨酯-水凝胶，具体包括以下步骤：

3、(1)将二元醇放入真空烘箱干燥除水，再与二异氰酸酯聚合得到预聚体；

4、(2)将步骤(1)得到的预聚体与二硫醚扩链剂、凝胶单体、交联剂、引发剂、促进剂和溶剂进行均匀混合，得到反应共聚物；

5、(3)将步骤(2)得到的共聚物进行加热固化；

6、(4)将基质沥青加热至100～130℃进行软化，将步骤(3)固化得到的共聚物与基质沥青在一定温度下高速搅拌一定时间混合均匀；

7、(5)将步骤(4)制备的混合物进行加热固化，完成后得到所述的可以水促进自愈合改性沥青。

8、进一步，所述基质沥青与聚氨酯-水凝胶的质量比为100:1～50。这样，由于聚氨酯密度与基质沥青有一定差异，掺入量过多容易造成其在基质沥青中分散不均，制备难度增加；掺入量过少则无法有效改善沥青的高、低温性能和自愈合性能。

9、优选地，步骤(1)中，所述二元醇为ptmeg(聚四氢呋喃醚二醇)、ppg(聚丙二醇)、peg(聚乙二醇)的一种，所述二异氰酸酯为ipdi(异佛尔酮二异氰酸酯)、hdi(六亚甲基二异氰酸酯)、hmdi(二环己基甲烷二异氰酸酯)、mdi(二苯基甲烷二异氰酸酯)的一种。

10、优选地，步骤(1)中，所述真空烘箱干燥温度为100～140℃，干燥时间为2～6h。

11、优选地，步骤(1)中，所述二异氰酸酯与二元醇的摩尔比为3:1，反应温度为60～80℃，反应时间为2～4h，在惰性气体氛围中。

12、优选地，步骤(2)中，所述扩链剂为2,2-二氨基二苯二硫醚、4,4-二氨基二苯二硫醚、双(2-羟乙基)二硫化物、双(4-羟苯基)二硫醚的一种或多种，所述凝胶单体为aa(丙烯酸)、nipam(n-异丙基丙烯酰胺)、am(丙烯酰胺)的一种或多种，所述交联剂为bis(n,n'-亚甲基双(丙烯酰胺))，所述引发剂为aps(过硫酸铵)、kps(过硫酸钾)的一种或多种，所述促进剂为temed(四甲基乙二胺)、aibn(偶氮二异丁腈)的一种或多种，所述溶剂为dmf(n,n'-二甲基甲酰胺)、dmac(n,n'-二甲基乙酰胺)的一种或多种。

13、优选地，步骤(2)中，所述聚氨酯与凝胶单体的质量比为4:1～1:1，反应温度为40～80℃，反应时间为2～12h，在惰性气体氛围中反应。

14、优选地，步骤(3)中，所述加热固化温度为60～120℃，固化时间为3～7天。

15、优选地，步骤(4)中，所述基质沥青为70#或90#基质沥青。

16、优选地，步骤(5)中，所述加热固化温度为60～120℃，固化时间为2～6h。

17、基于相同的技术构思，本发明的再一方案是提供一种由上述制备方法得到的一种水促进自愈合改性剂改性沥青制备方法，包括以下步骤：

18、(1)将基质沥青加热至70～100℃进行软化。

19、(2)取固化完全的聚氨酯-水凝胶共聚物若干，经切碎、高速多功能粉碎机获得米粒般大小的材料备用。

20、(3)将步骤(2)制备的材料加入到基质沥青中得到混合物，加热至100～140℃后，开启恒温高速剪切，即得到所述一种水促进自愈合改性剂改性沥青材料。

21、进一步，步骤(3)中所述搅拌的速度为500～10000rpm，搅拌的时间为30～120min。

22、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

23、本发明中的改性沥青采用了一种水促进自愈合材料作为改性剂，通过使用含有动态共价键结构的聚氨酯与吸水性的水凝胶共聚制备的改性剂，使得改性沥青具备水促进自愈合的性能。这种改性剂具备吸水性能，当沥青路面存在裂缝或损伤时，水凝胶可以吸收周围环境中的水分，或者通过设置洒水装置提供所需的水分。同时，聚氨酯中的动态共价键结构具有可逆性，当水凝胶吸水后，可以促使聚氨酯中动态键的结构发生变化，重新连接并修复沥青中的损伤部分。因此，这种水促进自愈合改性剂能够使改性沥青在受损后自动修复，填补裂缝，并恢复其原始强度和耐久性。这在改善沥青路面的长期维护和减少维修工作方面具有重要的应用价值。

24、尽管目前有许多研究提出了新型的沥青路面促进自愈合的方法，但是它们往往存在成本高、施工复杂、维护困难、环境问题以及缺乏标准化和规范等问题。因此，在选择使用新型沥青材料时，需要综合考虑这些问题并做出合理的决策。本发明提供的一种水促进自愈合改性剂改性沥青材料具有重要的应用价值，该材料能够显著改善路面的耐久性，减少维修工作的频率和费用。通过引入水促进自愈合改性剂，该材料可以在路面损伤出现时自动进行修复，恢复其原有的性能和功能。这对于延长路面使用寿命、提高路面的稳定性和可靠性具有相当的意义。因此，这种水促进自愈合改性剂改性沥青材料具有广泛的应用前景和重要的经济效益。