[0001] 本发明涉及材料的技术领域，尤其涉及一种铺装层间用的粘结材料及其制备方法和应用。

[0002] 沥青作为路面铺装材料，具有行车舒适、噪音小和便于修补等特点，广泛应用于我国的高速、市政、城镇道路建设和旧水泥混凝土路面改造工程。然而随着我国家庭汽车保有量及重载车辆的增加，沥青混凝土直接作为道路面层与行驶车辆接触更频繁，与下面层的层间受剪切作用损害变大，更易出现推移、拥包、脱落和裂缝等问题。因此，亟需对水泥混凝土与沥青混凝土、双层沥青混凝土等不同铺装层的层间粘结性能进行改善，这对现有铺装材料的寿命和使用性能提出了更高的技术要求。

[0003] 中国专利CN115057657B公开了一种基于高粘乳化沥青的超薄磨耗层铺装方法，先在原路面上撒布高粘乳化沥青形成粘结层，随后铺筑嵌固型温拌沥青混合料并压实，其中高粘乳化沥青的原料具体包括硬质石油沥青、SBS胶乳、橡胶粉分散液、双氢化牛脂基甲基苄基氯化铵改性纳米二氧化硅、甲基葡萄糖苷聚氧乙烯醚二油酸酯、盐酸和水，添加的SBS胶乳中的SBS微粒、橡胶粉分散液中的橡胶粉能够均匀的分散的沥青中，形成均质材料，使得乳液具有较好的稳定性，破乳后形成均一的体系，充分发挥各材料的协同作用，实现良好的高粘结性、高耐久性和高温稳定性。中国专利申请CN108316142B公开了一种钢桥桥面的铺装结构，从下到上依次包括：环氧胶黏剂碎石层、沥青混凝土粘结层和沥青玛蹄脂混凝土层；沥青混凝土粘结层包括环氧沥青胶黏剂与集料，环氧沥青胶黏剂包括丙组分和丁组分，所述丙组分包括双酚A型环氧树脂、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、KH560；丁组分包括沥青、增韧剂、固化剂、DMP‑30，具体采用的QS‑030N增韧剂是一种浅色低粘度液体，能够进入环氧树脂分子内部，将柔性链段引入环氧树脂中，提高环氧树脂的断裂韧性，最终环氧沥青胶黏剂具有较高的粘结强度、高韧性和良好的耐疲劳强度的特点。目前，用于桥面、路面的铺装层间的粘接材料还是需要通过沥青与树脂、橡胶、SBS聚合物等材料结合使用，才能达到较好的粘接效果。

[0027] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

[0028] 目前，用于桥面、路面的铺装层间的粘接材料还包括树脂、橡胶等具有粘接性能的聚合物材料，通过与沥青结合使用以改善沥青在铺装层间的粘接性能和韧性等力学性能。

[0029] 为解决上述问题，本发明第一方面提供了铺装层间用的粘结材料，组分为：沥青和改性二氧化硅，所述改性二氧化硅的质量为所述沥青的1～10％。

[0030] 所述改性二氧化硅的制备原料包括：二氧化硅3‑5份、硅烷偶联剂3‑12份、表面活性剂10‑18份、有机溶剂30‑60份和分散剂6‑10份；

[0031] 所述沥青在60℃时的粘度至少为80000Pa·s。

[0032] 本发明中选择在60℃时的粘度至少为80000Pa·s的高粘高弹沥青作为所述粘接材料的主要制备原料，随后采用改性二氧化硅对沥青进行改性处理，不仅可以提高沥青的抗老化性能，改善沥青的高温性能和拉伸性能，降低了当前道路罩面层沥青混凝土易出现推移、拥包、脱落和裂缝等现象的发生概率，大幅度提升了罩面层沥青混凝土抗剪切性能，还同时显著提升了路面不同铺装层层间粘结性能和耐久性能，在大交通量、高温多雨等环境下防水性好、层间粘结效果良好，在我国的桥面、高等级公路路面铺装工程上应用前景广阔，其中采用硅烷偶联剂和表面活性剂二氧化硅表面进行化学改性，与二氧化硅表面大量羟基和硅羟基反应形成新的化学键，加强了高粘高弹沥青与改性后的二氧化硅间的化学吸附，能够更好的显现出二氧化硅的优异性能，而分散剂的添加则可以减少二氧化硅由于表面能大发生团聚而导致沥青改性时分布不均匀的发生，进而提高铺装层层间的粘接性能。因此，选用1～10％的特定改性二氧化硅与特定粘度的高粘高弹沥青配合使用即可以得到延度好、韧性好、弹性好且拉拔强度、剪切强度等粘结性能优异的粘接材料，避免了将沥青与聚氨酯、环氧树脂、橡胶、SBS聚合物等材料进行复合，降低了成本，简化了制备工艺。

[0033] 优选地，所述改性二氧化硅的质量可以为所述沥青的1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％，但不限于此，更佳为1～5％。

[0034] 优选地，所述沥青在60℃时的粘度为80000Pa·s～150000Pa·s，选择高粘高弹的沥青能够吸收并耗散路面、桥面等的冲击应力，并提升铺装层间的粘接和防水性能，示例性的粘度为80000Pa·s、85000Pa·s、90000Pa·s、95000Pa·s、100000Pa·s、10500Pa·s、110000Pa·s、115000Pa·s、120000Pa·s、125000Pa·s、130000Pa·s、135000Pa·s、
140000Pa·s、145000Pa·s、150000Pa·s，但不限于此。其性能指标具体如下表1所示。

[0035] 表1沥青的性能参数

[0036]

[0037] 优选地，所述二氧化硅为气相二氧化硅。本发明中采用气相二氧化硅可以控制为纳米颗粒，使其颗粒小，比表面积大，而且补强效果好，能够对沥青起到更好的增强增韧效果。

[0038] 进一步地，所述二氧化硅的粒径为12～60nm。本发明的二氧化硅由于颗粒尺寸小比表面积大，加上二氧化硅颗粒表面原子配位不足而具有较多的不饱和性官能团，因此二氧化硅的表面活性很高，进而易与高粘高弹沥青中的基团发生链合作用，从而提升粘接材料的整体强度。另一方面，分布在沥青高分子链段空隙当中的二氧化硅颗粒具有较好的流动性能，能够增强沥青的韧性，大幅度提高沥青的延展性。此外，二氧化硅颗粒改性高粘高弹沥青在受到外部剪切拉伸作用时能够引发大量的微裂纹从而吸收更多的能量而不发生断裂，且在受到外力作用时，二氧化硅颗粒转移进而会阻止裂纹的继续发展，在周围将产生塑性变形进而起到增韧增强的作用。

[0039] 优选地，所述硅烷偶联剂为γ‑氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、N‑(β‑氨乙基)‑γ‑氨丙基三甲氧基硅烷(KH792)中的至少一种。

[0040] 优选地，所述表面活性剂选自阴离子表面活性剂和/或非离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一种，所述非离子表面活性剂为苯乙基苯酚聚氧乙烯醚、甲缩壬基酚聚氧乙烯醚中的至少一种。

[0041] 进一步地，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的组合，所述阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的质量比为1：(0.5～2)，示例性的质量比为1：0.5、1：0.75、1：1、1：1.25、1：1.5、1：1.75、1：2，但不限于此，能够进一步协同硅烷偶联剂与二氧化硅表面的活性基团进行反应，促进二氧化硅与沥青的化学吸附作用。

[0042] 优选地，所述有机溶剂为本领域中改性二氧化硅的常规有机溶剂，所述有机溶剂为甲苯、苯乙烯、全氯乙烯中的至少一种。

[0043] 优选地，所述分散剂为本领域中改性二氧化硅的常规分散剂，所述分散剂为甲基戊醇、脂肪酸聚乙二醇酯、乙醇中的至少一种。

[0044] 优选地，所述改性二氧化硅的制备原料还包括pH调节剂，控制所述改性二氧化硅反应体系的pH为酸性。所述pH调节剂为本领域常规可选择的pH调节剂，所述pH调节剂选自冰醋酸、盐酸、氢氧化钠中的至少一种。

[0045] 进一步地，所述反应体系的pH为2～3，酸性环境下二氧化硅能够在表面改性后，保持表面不饱和性的官能团数量，在与沥青结合时，能够与沥青中的基团更多的进行键合。

[0046] 相应地，本发明还提供了一种所述的铺装层间用的粘结材料的制备方法，包括：

[0047] 对沥青进行加热处理；

[0048] 使二氧化硅、硅烷偶联剂、表面活性剂、有机溶剂和分散剂混合均匀，加入pH调节剂调节体系的pH为酸性后进行加热反应，得到改性二氧化硅；

[0049] 使改性二氧化硅与经过加热处理的沥青混合，得到铺装层间用的粘结材料。

[0050] 进一步地，所述沥青加热后的温度为170℃～180℃。

[0051] 进一步地，采用搅拌和/或超声的方式将所述二氧化硅、硅烷偶联剂、表面活性剂、有机溶剂和分散剂混合均匀。更佳地，采用搅拌和超声结合的方式将所述二氧化硅、硅烷偶联剂、表面活性剂、有机溶剂和分散剂混合均匀，所述搅拌的时间为20min～40min，所述超声的时间为20min～40min。采用搅拌和超声的方式结合，可以进一步促进分散剂对二氧化硅颗粒的分散性能，减少二氧化硅在沥青中发生团聚、沉积等现象。

[0052] 进一步地，加入pH调节剂调节体系的pH为2～3。

[0053] 进一步地，本发明中，所述加热反应可以采用水浴加热，也可采用油浴加热，所述加热反应的温度为75℃～85℃，所述加热反应的反应时间为4h～6h。

[0054] 进一步地，所述改性二氧化硅的制备方法还包括：所述加热反应后利用清洗剂将混合液进行清洗、干燥，所述清洗剂为水、乙醇中的至少一种。本发明中所述清洗次数可以根据实际反应情况进行合理调整，所述干燥的方式可以采用真空干燥，所述干燥的温度为75℃～85℃。

[0055] 优选地，所述改性二氧化硅与经过加热处理的沥青在剪切作用下混合，所述剪切速率为5000r/min～6000r/min，混合温度为170℃～180℃，使所述改性二氧化硅和经过加热处理的沥青混合均匀，具体的剪切时间一般为50min～70min。

[0056] 进一步地，在170℃～180℃下使改性二氧化硅与经过加热处理的沥青混合。

[0057] 本发明中所得改性二氧化硅为亲油性改性二氧化硅。

[0058] 在一些具体且优选的实施方式中，所述的铺装层间用的粘结材料的制备方法，包括：

[0059] (1)对沥青进行加热处理，使加热温度为170℃～180℃；

[0060] (2)在二氧化硅中依次加入分散剂、硅烷偶联剂、有机溶剂、表面活性剂，进行搅拌和超声分散各20min～40min，加入pH调节剂调节体系的pH为2～3后进行加热反应，反应温度为75℃～85℃，反应时间为4h～6h，最后用清洗剂将混合液清洗，得到改性二氧化硅；

[0061] (3)将改性二氧化硅逐步加入经过加热处理的沥青中，在5000r/min～6000r/min的剪切速率下剪切均匀，得到铺装层间用的粘结材料。

[0062] 相应地，本发明还提供了一种铺装层间用的粘结材料在桥面、公路中的应用，所述粘结材料的使用方法具体为：将所述铺装层间用的粘结材料作为粘结层将上下两层相邻铺装层相粘结，所述铺装层为沥青混凝土、水泥混凝土、废弃沥青混凝土中的一种。

[0063] 本发明中的粘结材料制备原料仅包括沥青和改性二氧化硅，对沥青混凝土‑水泥混凝土、沥青混凝土‑沥青混凝土之间具有良好的粘接性能，而且不易出现推移、拥包、脱落和裂缝等问题，能够用于各种公路、桥面的建造、养护和修补，避免了将面层铣刨掉的操作，使用更加方便。

[0064] 下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：

[0065] 实施例1

[0066] 本实施例提供一种铺装层间用的粘结材料，包括沥青和改性二氧化硅，改性二氧化硅的质量为所述沥青的3％，改性二氧化硅的制备原料包括：气相二氧化硅(粒径为20～30nm)3.0份、硅烷偶联剂(KH550)3.5份、表面活性剂(质量比为1：1的十二烷基磺酸钠和甲缩壬基酚聚氧乙烯醚)11.3份、有机溶剂(苯乙烯)30.8份和分散剂(脂肪酸聚乙二醇酯)6.7份。

[0067] 其制备方法为：

[0068] (1)将沥青加热至175℃，保温备用；

[0069] (2)在四口圆底烧瓶中依次加入气相二氧化硅、分散剂、硅烷偶联剂、有机溶剂、表面活性剂，然后进行搅拌和超声分散各30min，随后加入冰醋酸将溶液pH调至2.5并水浴加热至80℃下搅拌5h，最后使用水将混合溶液清洗数次，在80℃下真空干燥后得到亲油性改性二氧化硅；

[0070] (3)称取加热后的沥青100份置于剪切机进行剪切保持温度在175℃、高速机设置剪切速率为5500r/min，将3％改性二氧化硅逐步加入沥青中，剪切时间为60min，待剪切均匀后得到铺装层间用的粘结材料。

[0071] 实施例2‑5中的铺装层间用的粘接材料与实施例基本相同，不同之处在于：改性二氧化硅中配方的用量比不同，具体配比见表2，并采用实施例1中的制备方法制备得到。

[0072] 表2实施例1～5中铺装层间用的粘接材料的配比

[0073]

[0074] 实施例6

[0075] 本实施例提供一种铺装层间用的粘结材料，与实施例1的区别在于，所述气相二氧化硅的粒径为80～90nm。

[0076] 对比例1

[0077] 本对比例提供一种铺装层间用的粘结材料，与实施例1的区别在于，改性二氧化硅的质量为所述沥青的15％。

[0078] 对比例2

[0079] 本对比例提供一种铺装层间用的粘结材料，与实施例1的区别在于，所述沥青在60℃时的粘度为50000Pa·s。

[0080] 性能测试

[0081] 1、对实施例及对比例中所用的沥青、实施例及对比例所得粘接材料的基本性能进行测试，结果如下表3所示，表中实施例1‑6、对比例1‑2代表得到的粘接材料。

[0082] 表3沥青、所得粘接材料的基本性能的测试结果

[0083]

[0084]

[0085] 由上述结果可知，采用的沥青具有高粘高弹性能，但加入改性二氧化硅后，则能使高粘高弹的沥青的软化点、延度和韧性等均有较大提升，而其中二氧化硅的粒径则会对粘结材料的粘度产生明显影响，进而影响粘接材料的粘接性能。

[0086] (2)为验证所得铺装层间用的粘结材料作为粘接层的粘结性能的提升作用，制备沥青混凝土与高粘高弹的SMA‑13沥青混合料，并对得到的组合件进行拉拔与剪切测试，以未添加改性二氧化硅的沥青作为对照组的粘接层。

[0087] 具体制备步骤如下：

[0088] (a)制备沥青混凝土AC‑25：将水泥、矿物掺和料、细骨料加料顺序倒入润湿好的搅拌锅搅拌至均匀，倒入长宽均为300mm，高为50mm的模具中，次日脱模养护，养护龄期为28天后进行表面抛丸粗糙化处理，装入长宽为300mm，高为100mm的模具备用；

[0089] (b)制备SMA‑13沥青混合料：将粗集料、细集料的按照级别要求称量好并在195℃的烘箱中加热5h，模具在100℃中加热1h，按粗集料、细集料、聚酯纤维的顺序加入搅拌锅搅拌90s，继续加入高粘高弹的沥青搅拌90s，随后继续加入矿粉继续搅拌90s至均匀、取出，得到高粘高弹的SMA‑13沥青混合料；

[0090] (c)实施例及对比例所得粘接材料在175℃中加热备用，随后将其填入步骤(a)中的模具中，最后上层覆盖步骤(b)中的SMA‑13沥青混合料，采用轮碾法在预热至100℃时碾压成型，得到混凝土与高粘高弹的SMA‑13沥青混合料的组合件。

[0091] (d)采用拉拔试验和剪切试验对所得混凝土与高粘高弹SMA‑13沥青混合料的粘结性能进行测试，测试结果如下表4所示。

[0092] 表4实施例1‑7、对照组、对比例1所得粘接材料的性能测试结果

[0093]

[0094]

[0095] 由上述结果可知，在具有高粘高弹性能的沥青中加入改性二氧化硅，作为粘结材料使用时，能够使所得粘接材料的层间抗拉拔强度和抗剪切强度大幅度提高，说明所得粘接材料的层间粘结性能性能显著，作为防水粘结层材料性能优异，能够作为公路、桥面等铺装层间的粘接材料使用。

[0096] 以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。