堤坝防渗自愈合材料

技术领域

本发明属于水利工程和混凝土制备技术领域，涉及一种堤坝防渗自愈合材料及其应用，尤其涉及一种自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土、其制备方法及其应用。

背景技术

沥青混凝土在水利工程建设中已经得到了广泛应用。与水泥混凝土相比，沥青混凝土具有防渗性能优良、固化快、韧性好、适应坝体沉降变形等技术优势，适用于沥青心墙坝和沥青混凝土面板坝。近年来，沥青混凝土心墙坝的坝高已经突破160米，沥青混凝土面板坝在我国抽蓄的建设中也大量推广使用。但目前沥青混凝土面板坝建设中的重要缺陷包括：必须同时建设沥青加热搅拌站，投资维护成本高(拌站一般要投资600-1000万元)；混合料拌和温度180-200℃，导致能耗高、污染大、高温工况下运输及摊铺碾压作业、安全问题突出。

为了解决这些问题，人们不断地对此类用于堤坝防渗的沥青混凝土进行改进，以便克服这些缺陷，例如，CN108358567A公开了一种耐候型建筑防水填充材料，由高铝水泥粉、大理石粉、纤维、高岭土、胶合剂、抗氧剂、防老剂、二甲基亚砜、石油树脂、紫外线吸收剂、粘结助剂以及水组成，该建筑防水填充材料的防水性能可高达P12，耐候性可高达96％。

然而，现有的可常温施工的沥青混凝土普遍强度低，防渗性能较差，心墙等封闭环境破乳不可控，不能用于心墙和面板等水工结构。另外，现有的掺入高吸水树脂sap混凝土自愈合技术中使用的材料主要由钙矾石、氢氧化钙以及碳酸钙等水化碳化产物组成，无法满足水利工程领域堤坝防渗、强度等性能要求。因此，开发出工程性能优良、能耗低、破乳可控、可自愈合的新型冷拌乳化沥青新材料是有应用前景的颠覆性的创新需求，其在水工领域的应用非常有前景。

发明内容

为了克服现有的堤坝防渗自愈合材料的上述缺陷，满足堤坝长效安全的冷铺技术需求，发明人构思出一种堤坝长效安全一体化设计理论。基于该构思，经过深入研究开反复试验，提供了用于堤坝构筑的自愈合材料，并且从自愈合改性沥青制备、高分子乳化剂合成、改性沥青乳化、级配粗细集料科学配置、集料表面处理及设备等方面都进行了创新，有潜力广泛应用于水利工程领域。具体而言，本发明包括如下技术方案。

一种自愈合沥青混凝土，以重量份计，包含如下原料、更优选由如下原料组成：

石子35～45份，所述石子的粒径不大于3mm，用作沥青混凝土的骨料即骨架主体，起到减少收缩的作用；

水性沥青13～18份，

矿粉5～12份，所述矿粉是粒径不大于0.075mm的石灰岩研磨粉，用作填充料；

高吸水树脂(Super Absorbent Polymer，sap)0.2～1.2份，例如为0.3～0.9份，优选所述高吸水树脂sap是粒径为0-200μm的丙烯酰胺与丙烯酸混合物；

水泥13-28份，所述水泥是425硅酸盐水泥和高铝水泥两者之一、或者分别存放并处理的两者，当水泥包括425硅酸盐水泥和高铝水泥两者时，两者的使用量分别是425硅酸盐水泥12～25份、高铝水泥3～5份，两者分别存放并分别处理；

偶联剂kh5500～0.1份，例如为0.04～0.08份；

硫酸铝0～0.1份，例如为0.03～0.08份，

阴离子表面活性剂0～0.01份，例如为0.003～0.008份，所述阴离子表面活性剂选自下组：十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠，优选十二烷基苯磺酸钠；

木质素磺酸钠0～0.06份，例如为0.03～0.05份；

减水剂0～1份，例如为0.2-0.8份或者0.3～0.6份，所述减水剂可以为混凝土中施工中常用的减水剂比如聚羧酸减水剂(CH-X)或称聚羧酸高效减水剂、聚乙烯醇减水剂、淀粉醚减水剂、改性脂肪醇减水剂、磺酸盐减水剂等。

上述水性沥青是对基质沥青(普通沥青、基础沥青)进行亲水性修饰后的改性沥青，优选改性乳化后的沥青，又称改性乳化沥青，例如是SBR改性乳化沥青。

优选地，所述改性是指使用酸酐例如马来酸酐对沥青进行的改性，即酸酐改性。酸酐例如马来酸酐与沥青发生Diels-Alder反应形成DA键，该反应主要是酸酐上的双键与沥青质中多环芳烃反应，且具有可逆性，即在一定的温度下，DA键可解离有利于沥青中轻组分分散丁苯胶分子链之间的空隙中，从而形成溶胀和交联共存。

进一步地，上述酸酐改性还可以包括添加丁苯橡胶和/或废轮胎粉，与酸酐改性沥青互配。

进一步地，上述改性还可以添加少量环氧树脂(E51)作为调节分子量的搭桥剂，用于在酸酐改性沥青中调节分子量。

所述“少量”例如是指相对于基质沥青质量不大于，例如不大于10％、不大于5％、不大于2％、或者不大于1％。

优选地，经互配制备的沥青指标如下：沥青软化点60-70℃、5℃延度大于20，自愈合效率不低于90％，135℃粘度不大于10Pa.S，180℃粘度不大于3Pa.S。

在一种实施方式中，上述的改性沥青可进一步用高分子乳化剂进行改性，形成改性乳化沥青，所用高分子乳化剂是水溶性聚氨酯，由二元异氰酸酯(例如异弗尔酮异氰酸酯)与二元醇(例如聚乙二醇二元醇、聚四氢呋喃二元醇、二羟甲基丙酸等)在脱水、催化剂条件下进行聚合反应得到。

优选地，所述制备水溶性聚氨酯的聚合反应是线性结构异氰酸酯采用逐步(饥饿)滴加法加入到二元醇中。

进一步地，制备改性乳化沥青的工艺可以为高速剪切乳化剂工艺和胶体磨工艺。

本发明的另一方面在于提供上述自愈合沥青混凝土在堤坝施工中的用途。

上述自愈合沥青混凝土可用于沥青心墙坝和沥青混凝土面板坝的构筑。

在一种实施方式中，上述的用途包括以下步骤：

1)将高吸水树脂sap、部分或全部矿粉、硅烷偶联剂kh550和适量水用高速分散机进行高速分散均匀和表面处理，得到粉体一、又称集料1；

2)将剩余矿粉、水泥一即425硅酸盐水泥和高铝水泥两者之一、木质素磺酸钠、硫酸铝、阴离子表面活性剂(比如十二烷基苯磺酸钠)用高速分散机进行高速分散均匀和表面处理，得到粉体二、又称集料2；

3)将水泥二即425硅酸盐水泥和高铝水泥两者之二和减水剂加入到高速分散机中进行分散均匀和表面处理，得到粉体三、又称集料3；

4)将石子加入水泥净浆搅拌器缸中，再加入集料1、集料2和集料3进行搅拌，得到混合均匀的细集料；

5)将水性沥青、适量水加入步骤4)的水泥净浆搅拌器缸中，与细集料搅拌混合，得到稀浆混合料，备用施工。

可选地，上述的部分组分比如木质素磺酸钠、硫酸铝、阴离子表面活性剂、减水剂等可以分别在步骤2)至步骤4)中任选步骤中全部或者部分地使用。

本发明开发出的自愈合材料用于建设沥青心墙坝和沥青混凝土面板坝时，通过冷铺施工即可实施，明显降低能耗，且不浪费原料，显著提高了施工效率，大大节约生产成本，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明自愈合材料的设计原理介绍。

图2为本发明中采用的细集料和粗集料设计的依据标准曲线。

图3显示了以异氰酸酯和二元醇为原料采用饥饿滴加法合成水溶性聚氨酯的聚合反应技术路线示意图。

图4显示了聚氨酯分子量大小、亲水/憎水链段比例及侧基如羧基含量与水、SBR及沥青之间的表面张力关系的示意图。

图5是一种SBR改性乳化沥青的生产工艺流程图。

图6为自愈合材料使用实施例的照片。其中，左图为本发明自愈合沥青混凝土砌块抗折试验后出现裂缝的照片，右图为将有裂缝的混凝土砌块进行施加压力浸水48h后的照片，裂缝自愈合。

具体实施方式

本发明开发的自愈合材料是基于冷拌设备研制出的，且用于冷铺施工，因此本发明的自愈合沥青混凝土还可以称为自愈合防渗冷铺沥青混凝土。以此设计理念为指导，本发明采用材料分子设计及自愈合技术集成和资源整合利用，为堤坝长效防渗和安全建设提供系统解决方案。

为描述方便起见，本文中有时将本发明的“自愈合防渗冷铺沥青混凝土”即“自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土”称为“自愈合沥青混凝土”、“自愈合冷铺沥青混凝土”、“防渗冷铺沥青混凝土”或者“自愈合混凝土”，或者简称为“沥青混凝土”，它们表示相同的含义，可以互换使用。

为了赋予沥青混凝土具有自愈合、防渗、适合冷铺的功能，满足水工领域堤坝长效安全的冷铺沥青混凝土性能要求，本发明从有机无机材料分子构效出发，设计出自愈合材料从级配粗细集料科学配置以及集料表面处理、自愈合改性沥青制备、高分子乳化剂合成以及改性沥青乳化工艺方面开展技术创新。参见图1，发明人经过多角度摸索，设计出改性沥青本征自愈合材料，其在施工过程中，各组分协同作用，构筑出符合强度要求的混凝土材料，并且在沉降或产生裂纹时，混凝土中的化学组分能和水形成一个离子交联的整体，从而达到以水自愈合混凝土，防渗止水的作用。

自愈合的原理一方面是由于引入了SBR改性乳化沥青，其中包括酸酐、丁苯橡胶、废轮胎粉和环氧树脂(E51)的改性，同时还引入了水溶性聚氨酯的乳化。另一方面，沥青混凝土中的氢键、离子键、羟基(包括硅羟基)、羧基(包括酸酐和酯基等)、吸水树脂、沥青粘接剂、矿粉、固化剂和水泥形成了交联离子凝胶，从而实现了自愈合性。

该沥青混凝土对于组成成分的级配粗细集料进行了科学配置，并采用了独特的集料表面处理工艺。例如在密级配基础上，考虑增加油石比和添加一定比例的吸水树脂。吸水树脂用量基于理论吸水量的一半，即如果吸水树脂能吸40倍的水，我们在设计时只考虑20倍，便于后期沉降等产生裂纹，吸水树脂能持续吸水而膨胀防渗，和改性沥青协同自愈合。

针对堤坝各部位的应用情况，主要有简单防渗类和结构防渗类。前者可以采用细料类(细集料)如稀浆类混合料设计，如图2所示，后者可以采用粗骨料类(粗集料)如AM-13等设计。细料类混合料以筛孔尺寸1.18mm的骨料通过率作为细骨料率指标。则图2中紫色点代表级配曲线的细骨料率，同时两红色点之间范围代表配合比设计中细骨料率的变化范围。选取细骨料率为配合比参数进行配合比设计，视沥青混凝土为沥青、填料、细骨料三部分组成，再由骨料级配确定其中每一粒径范围。

在沥青混凝土中，石子是重要的骨料。石子选用尺寸0-13mm的规格，作为沥青混凝土结构的骨架主体，起到减少收缩的作用。水泥浆收缩很大，砂石起到抑制收缩，稳定体积。砂子填充石子的空隙，水泥填充砂子的空隙，形成密实的堆积。另外，石子对混凝土拌和物起到粘聚和保水作用。

矿粉是用石灰岩作原料，经矿粉生产设备研磨而成，粒径不大于0.075mm，矿粉在沥青混合料中起填充的作用，它能促进混合料之间的机体结合，减少混合料空隙，增加混合料的密实度。

高吸水树脂(Super Absorbent Polymer，sap)采用粒径为0-100μm的丙烯酰胺与丙烯酸的混合物(共聚物)，因保水率高，掺量低，能够在改善混凝土开裂收缩问题的同时，避免因掺加轻集料导致混凝土工作性能变差的问题，且保水率高掺量小，在改善混凝土早期收缩开裂和耐久性问题的同时，其物理力学性能不会受到很大的负面影响。

水泥是混凝土中的粘结剂，它能够将砂、石子等骨料粘结在一起，形成坚固的混凝土结构。水泥与水混合后会发生水化反应，产生硬化物质，这些硬化物质能够填充骨料之间的空隙，增强混凝土的密实性和强度。

沥青混凝土中使用的水泥可以是425硅酸盐水泥、或者高铝水泥，也可以将这两种水泥互配使用，但不是、也不建议将两者混合一起使用、或者使用两者的混合物，因为两者性质有区别各有特点。高铝水泥其早期强度增进率远远超过快硬硅酸盐水泥，水化过程不析出游离氢氧化钙而是生成氢氧化铝凝胶，在颗粒表面形成保护膜。在后期晶体转化达程中抗侵蚀性有所降低。两者互配使用时，分别存放并分别处理，425硅酸盐水泥的使用量一般高于高铝水泥的用量。

经试验发现，使用普通的沥青(基质沥青)无法制备出符合设计要求的自愈合冷铺沥青混凝土，必须对沥青进行改性，使其变为水性的自愈合改性沥青。在改性中，通过引入酸酐使得沥青具有高低温性、自愈合性能，能满足抗渗、承重等要求。水工沥青混凝土在使用过程中，受气候、沉降等因素需要经受高低温冲击，因此必须同时具备一定的自愈合性能，才能满足抗渗、承重等要求。这就需要能将集料粘接起来的沥青材料，其具有很好的高低温性能，即高温时具备较好的抵抗重载冲击的强度，而低温时又能经受住收缩，以免产生裂纹。对具体可应用于沥青改性或者修饰的聚合物而言，要求其高温下具有较高的力学强度，低温下具有较好的弹性。这样的聚合物必须至少具备两个玻璃化转变温度：一个转变温度高于高温使用温度，聚合物表现为塑料态；另一个转变温度低于低温使用温度，聚合物表现为橡胶态。

改性时，酸酐比如马来酸酐与沥青发生Diels-Alder反应，形成马来酸酐改性沥青，也可以称为酸酐改性沥青，其包含基质沥青(普通沥青、基础沥青)和酸酐比如马来酸酐。该反应主要是酸酐上的双键与沥青质中多环芳烃反应，且具有可逆性，即在一定的温度下，DA键可解离。

在一种优选的实施方式中，酸酐改性沥青中还可以进一步添加橡胶成分比如丁苯橡胶(SBR)、废轮胎胶粉等以便与沥青成分互配，形成酸酐橡胶改性沥青，也可以称为SBR改性沥青，其包含基质沥青、橡胶成分和酸酐比如马来酸酐。丁苯橡胶在交联剂作用下形成无定形的橡胶态，同时在温度和机械力搅拌下，丁苯胶分子链舒展、运动加剧，在分子链与分子链之间会形成空隙，从而更有利于沥青中轻组分分散丁苯胶分子链之间的空隙中，从而形成溶胀和交联共存。酸酐在力化学作用下也会和丁苯橡胶中主要是丁二烯等部分发生反应。酸酐发生反应形成的DA键合由于极性的差异会形成极性微相区域，呈塑料态；而丁二烯经交联剂硫化区域形成弹性态。塑料态微区和弹性态微区虽然在同一分子链或网络上，但由于极性差异，从而导致相分离。

在一种优选的实施方式中，SBR改性沥青中还可以进一步添加搭桥剂环氧树脂如环氧树脂E51，在SBR改性沥青中起到调节分子量大小的作用。

采用的废轮胎胶粉是进行深度脱硫获得低门尼粘度的胶粉，即交联全部打断，分子量降低到胶粉可以变为橡胶泥，然后再和弹性体如SBS互配改性沥青。这种改性沥青具有高弹性高粘度特点。因此，从工程方面考虑，采用丁苯橡胶和废轮胎胶粉互配改性沥青，经胶体磨工艺和高速剪切进行工业化生产所制备的沥青指标如下：沥青软化点60至70℃、5℃延度大于20，自愈合效率大于90％，135℃粘度小于10Pa.S，180℃粘度小于3Pa.S。

进一步地，为了充分赋予改性沥青(包括酸酐改性沥青、SBR改性沥青)以较高的亲水性能，可以采用高分子乳化剂对沥青进行深度改性，形成改性乳化沥青，也称SBR改性乳化沥青，其包含基质沥青、橡胶(可选)、酸酐和高分子乳化剂。

传统的乳化沥青一般采用小分子乳化剂，有阴离子乳化剂例如双十二烷基苯基醚二磺酸钠、阳离子乳化剂例如十六烷基三甲基溴化铵、两性离子乳化剂例如十八烷基二甲基甜菜碱、非离子乳化剂例如OP-10。这些小分子乳化剂虽然可以乳化传统基质沥青，但制备的乳化沥青贮存稳定性差，可能在运输的过程中、或者随集料石子、矿粉等酸碱性改变就会很快破乳，因此不适合用于堤坝防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备。基于本发明目的考虑，改用高分子乳化剂，从分子构效关系上解决问题。

该高分子乳化剂优选是水溶性的聚氨酯，其属于水(溶)性环氧树脂。该水溶性聚氨酯可以采用二元异氰酸酯如异弗尔酮异氰酸酯与二元醇如聚乙二醇二元醇、聚四氢呋喃二元醇、二羟甲基丙酸等在脱水、催化剂条件下进行聚合反应：

合成的聚氨酯硬链段为氨基甲酸酯，憎水，聚乙二醇段具有亲水性，聚四氢呋喃段具有疏水性并提供柔性赋予聚氨酯弹性，二羟甲基丙酸的引入使得合成的聚氨酯保留羧基具备强的亲水性，同时存在的大量氢键存在亲水性。

水溶性聚氨酯必须是线性结构，因此在合成中一定要控制好异氰酸酯(-NCO)与羟基(-OH)的摩尔比等于1左右，同时控制好温度、催化剂如异氰酸铋、添加顺序等工艺。甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)由于对称性会导致合成的聚氨酯分子链排列过于规整而不利于后续乳化包覆弹性要求，并且因活性太大不易控制反应，因此首选异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)。所有二元醇必须充分脱水(达到氨酯级)，否则水中的氢会与异氰酸酯反应，大大改变异氰酸酯与羟基的摩尔比，还可能会导致凝胶。参见图3，为了控制反应的顺利进行，异氰酸酯采用逐步(饥饿)滴加法加入到二元醇中，如果粘度过大，可以备好脱水二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基乙酰胺(DMAC)，并控制好温度大约在80℃，以免歧化反应发生。聚氨酯分子量大小、软(链)/硬(链)段、亲水/憎水性等可通过调节聚乙二醇二醇、聚四氢呋喃二醇等分子量、二羟甲基丙酸/异氰酸酯比例。

应理解，本文中在表述数值特征时，术语“约”或者“大约”、“左右”是指所表示的本数可以有±10％、±9％、±8％、±7％、±6％或±5％的误差范围或浮动范围。

聚氨酯分子量大小、亲水/憎水链段比例及侧基如羧基含量等结构直接关系到与水、SBR及沥青的表面张力，如何调节这些结构以获得聚氨酯乳化的SBR沥青，这关系到沥青乳化表面化学的本质。聚氨酯分子量可以通过理论计算与凝胶色谱仪(GPC)测试等获得，亲水/憎水链段比也可调节不同分子量的二元醇含量得到。从而获得不同分子量、亲/疏水性能及侧基含量的聚氨酯与水、SBR及沥青之间表面张力关系，如图4所示。

聚氨酯分子量理论计算公式：

HLB值计算公式：

式中：M

改性乳化沥青根据工艺、设备的不同可分为：高速剪切乳化剂和胶体磨。其中实验室小批量试验可以采用高速剪切乳化机。一个典型的改性乳化沥青生产工艺流程如图5所示。该改性乳化沥青的原料包括基质沥青、马来酸酐、丁苯橡胶SBR、水溶性聚氨酯，进行乳化改性时，将马来酸酐改性SBR沥青(亦称SBR改性沥青)加热至160-180℃、同时将水溶性聚氨酯水溶液(皂液)升温至50-70℃，然后将SBR改性沥青加入皂液中，采用高速剪切乳化机在3000-10000rpm下进行乳化，得到SBR改性乳化沥青。该乳化沥青的固含量为60％以上，贮存稳定期至少为1年以上，在运输过程中、在与集料石子、矿粉混合过程中未发生破乳现象，足以满足制备自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的稳定性要求。

通过上述聚合工艺和乳化工艺制备的SBR改性乳化沥青，具有高弹性高粘度特点，在沥青混凝土制备中，该水性沥青会通过其孔隙透过集料，反渗到面层，形成一道密封的防水层，还起到加筋作用，提高混凝土的抗疲劳性能，同时具有自愈合性，对于应对地震等自然灾害使大堤坝产生的断裂和沉降有优良的抵御作用。

本发明的沥青混凝土浆料制备中，包括两个或三个集料(分别命名为集料1、集料2、集料3)分别制备，然后与石子混合形成细集料，再将水性沥青和水加入细集料中，得到的沥青混凝土浆料可以直接用于堤坝施工。

优选的，集料1的制备步骤1)中，进行sap表面处理，将sap高速分散在部分或全部矿粉中，加入偶联剂kh550和水等待3个小时以上至水解完全。

该步骤1)中，高速分散机连续工作时间不易过长，30s停一次，待机器缸内温度冷却后再工作30s。

优选的，集料1的制备步骤2)中，加入硫酸铝、木质素磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠高速分散在剩余矿粉中、高铝水泥中。可选地，步骤2)中还可以加入部分减水剂。

优选的，细集料的制备步骤4)中，所采用的转速可以根据集料需要进行调节，在具体的施工上保持灵活性。

优选的，青混凝土浆料的制备步骤5)中，细集料中加入沥青时使用减量法加入，防止加入量变少。

采用本发明的沥青混凝土浆料可以通过冷铺施工方式制备出符合堤坝防渗要求的沥青混凝土坝。

通过采用上述技术方案，施工过程中协同各组分在水的作用下构筑出符合强度要求的混凝土材料，而在沉降或产生裂纹时，混凝土中的化学组分能和水形成一个整体，从而达到以水自愈合混凝土，防渗止水的作用。同时，在沥青混凝土受外力断裂后，对其进行施加压力浸水48h，达到自愈合效果，图6显示了本发明自愈合沥青混凝土砌块抗折试验后出现裂缝的照片(左图)，右图为将有裂缝的混凝土砌块进行施加压力(100-5000N)浸水48h后的照片，裂缝自愈合，表明本发明的自愈合沥青混凝土取得了预期的突出效果。

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例作详细说明如下。本领域技术人员应当理解，下述实施例仅用于阐明本发明，并非是对本发明进行限制。

实施例

实施例中涉及到多种物质的添加量、含量及浓度，其中所述的“份”，除特别说明外，皆指“重量份”；所述的百分含量，除特别说明外，皆指质量百分含量。

材料与设备

高吸水树脂sap：徐州复苏新材料科技有限公司的丙烯酸聚合物，粒径0-100μm；

基质沥青：浙江镇海石化沥青公司，AH-70；

石灰岩矿粉：巩义市元亨净水材料厂，细度250-400目，碳酸钙含量98-99％；

石子：上海公路桥梁集团有限公司，玄武岩0-13mm；

减水剂：山东市莱阳市宏祥建筑外加剂厂，复合型聚羧酸高效减水剂；

普通425硅酸盐水泥：诸城市九七建材有限公司；

高铝水泥：诸城市九七建材有限公司，铝酸盐62.5水泥；

硅烷偶联剂kh550：阿拉丁化学试剂公司；

硫酸铝：阿拉丁化学试剂公司；

十二烷基苯磺酸钠：阿拉丁化学试剂公司；

木质素磺酸钠：阿拉丁化学试剂公司；

马来酸酐(MAH)：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；

环氧树脂(E51)：南通星辰合成材料有限公司；

异弗尔酮异氰酸酯(IPDI)：上海泰坦科技有限公司；

异辛酸铋：上海波尔化学试剂有限公司；

二月桂酸二丁基锡(DBTBDL)：上海波尔化学试剂有限公司；

2,2-二羟基甲基丙酸(DMPA)，济宁宏明化学试剂；

聚乙二醇-400：上海泰坦科技有限公司，PEG400；

聚乙二醇-2000：上海泰坦科技有限公司，PEG2000；

聚四氢呋喃-650：上海泰坦科技有限公司，PTMEG650；

丙酮(纯度大于99.5％(w))：国药集团化学试剂有限公司；

丁苯橡胶SBR：东莞顺捷塑胶科技有限公司，AT08；

废轮胎胶粉：中宏环保科技有限公司；

增力电动搅拌机；金坛市奔腾电子有限公司，DJIC-100；

数显恒温鼓风干燥箱：上海土工公路仪器有限公司，STHX-1A；

高速分散机：德清拜杰厨卫科技有限公司，BJ-800A；

高速剪切乳化机：上海昂尼仪表有限公司，AE300L-H；

泥净浆搅拌机：浙江西贝电机有限公司，NJ-160；

万能试验机：新三思(上海)企业发展有限公司，型号SHT-4106。

测试方法

采用万能试验机检测自愈合沥青混凝土试验样品的最大力和抗折强度。

最大力检测和抗折强度检测：

(1)调节试验机载具支座间跨度：40×40×160mm沥青混凝土砌块支座间跨度应为120mm；

(2)将放置试件的载具放在试验机上，并确保试件完全平稳地放置在支撑设备上。

(3)通过试验机的控制系统施加预定的力。

(4)在试验过程中，应记录试件的变形和试验力的变化。

(5)当试验力达到预定值时，停止试验并记录试验力和试件断裂时的变形。

实施例1：水性沥青的制备

SBR改性乳化沥青的合成实验步骤包括：

步骤一、SBR改性沥青的制备：

1.将基质沥青加入四颈烧瓶中搅拌并缓慢升温到160℃，加入马来酸酐(0.1-10％)，调整转速为3000-5000rpm，控制反应温度为160℃，反应6h后结束，马来酸酐与基质沥青发生Diels-Alder反应形成马来酸酐改性沥青，得到马来酸酐改性沥青。

2.马来酸酐改性沥青中再添加SBR(4％左右)、废轮胎胶粉(1-25％)和环氧树脂(E51)(微量添加0.001-0.01％，其作为调节分子量的架桥剂)，调整转速为3000rpm，控制反应温度为150-160℃，反应3h后结束形成SBR改性沥青；

或者马来酸酐改性沥青中添加SBR和废轮胎胶粉，或者SBR和废轮胎胶粉与基质沥青混合、与马来酸酐发生Diels-Alder反应；

所制备的SBR改性沥青指标如下：沥青软化点60至70℃、5℃延度大于20，自愈合效率大于90％，135℃粘度小于10Pa.S，180℃粘度小于3Pa.S。

步骤二、水溶性聚氨酯的合成；

1.将DMPA、聚乙二醇-400、聚四氢呋喃-650进行120℃抽真空除水40min，备用；

2.将12g聚四氢呋喃-650倒入四颈烧瓶，加热至90℃后滴加1滴异辛酸铋和2.1ml的IPD作为催化剂，然后充入氮气，继续搅拌(500-800rpm)2.5h，让IPDI上的-NCO与PTMEG充分反应；

3.降低温度至70-80℃，然后滴加0.34g的DMPA继续搅拌(500-800rpm)2.5h(根据粘度情况滴加丙酮来降低粘度)；

4.加入20g的聚乙二醇-400，在70-80℃下继续搅拌(500-800rpm)2.5h后得到水溶性聚氨酯。

步骤三、SBR改性沥青的乳化：

1.将60kg的SBR沥青加热至160-180℃，同时将40kg浓度为5％水溶性聚氨酯水溶液(皂液)升温至50-70℃；

2.将60kg的SBR改性沥青加入皂液中，采用高速剪切乳化机在3000-10000rpm下进行乳化，得到SBR改性乳化沥青。生产流程如图5所示。

实施例2：自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备

按照下表中所示配方(重量百分比)制备自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土。

自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备方法包括如下步骤：

1)称取0.71份高吸水树脂sap、5.6份矿粉、0.04份硅烷偶联剂kh550、称取0.71份水加入高速分散机，开启高速分散机1min，取出粉体密封3h以上，得到集料1；

2)称取6.4份矿粉、0.03份硫酸铝、0.01份十二烷基苯磺酸钠加入到高速分散机，开启高速分散机1min，得到集料2；

3)称取21.6份普通425硅酸盐水泥、0.28份减水剂加入到高速分散机，开启高速分散机1min，得到集料3；

4)称取37份石子(0-3mm)加入水泥净浆搅拌器缸，再将集料1、集料2、集料3加入水泥净浆搅拌器缸，调节水泥净浆搅拌器转速为120r/min、时间为2min，得到干混合均匀的细集料；

5)再称取16.4份水性沥青、11.22份水加入水泥净浆搅拌器，设置转速为120r/min、时间2min，得到稀浆混合料。

使用步骤5)得到的稀浆混合料浇筑到水泥干缩试模，放置户外，5-24小时后自然形成沥青混凝土砌块。

实施例3：自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备

按照下表中所示配方(重量百分比)制备自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土。

自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备方法包括如下步骤：

1)称取0.7份高吸水树脂sap、4.86份矿粉、0.04份硅烷偶联剂kh550、称取0.7份水加入高速分散机，开启高速分散机1min，取出粉体密封3h以上，得到集料1；

2)称取5.54份矿粉、0.04份硫酸铝、0.01份十二烷基苯磺酸钠、0.06份减水剂加入到高速分散机，开启高速分散机1min，得到集料2；

3)称取20份普通425硅酸盐水泥、0.2份减水剂加入到高速分散机，开启高速分散机1min，得到集料3；

4)称取34.8份石子(0-3mm)加入水泥净浆搅拌器缸，再将集料1、集料2、集料3加入水泥净浆搅拌器缸，调节水泥净浆搅拌器转速为120r/min、时间为2min，得到混合均匀的细集料；

5)再称取14份水性沥青、19.05份水加入水泥净浆搅拌器，设置转速为120r/min、时间2min，得到稀浆混合料。

实施例4：自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备

自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备方法，与实施例3不同之处在于，水性沥青的添加量增加到17.5份，水减少到16.25份，其包括下述步骤：

1)称取0.7份高吸水树脂sap、4.86份矿粉、0.04份硅烷偶联剂kh550、称取0.7份水加入高速分散机，开启高速分散机1min，取出粉体密封3h以上，得到集料1；

2)称取5.54份矿粉、0.04份硫酸铝、0.01份十二烷基苯磺酸钠、0.06份减水剂加入到高速分散机，开启高速分散机1min，得到集料2；

3)称取20份普通425硅酸盐水泥、0.2份减水剂加入到高速分散机，开启高速分散机1min，得到集料3；

4)称取34.8份石子(0-3mm)加入水泥净浆搅拌器缸，再将集料1、集料2、集料3加入水泥净浆搅拌器缸，调节水泥净浆搅拌器转速为120r/min、时间为2min，得到混合均匀的细集料；

5)再称取17.5份水性沥青、15.55份水加入水泥净浆搅拌器，设置转速为120r/min、时间2min，得到稀浆混合料。

实施例5：自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备

按照下表中所示配方(重量百分比)制备自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土。

自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备方法包括如下步骤：

1)称取0.86份高吸水树脂sap、12份矿粉、0.08份硅烷偶联剂kh550、称取0.86份水加入高速分散机，开启高速分散机1min，密封3h以上，再加入0.04份硫酸铝，开启高速分散机1min得到集料1；

2)称取4.3份高铝水泥、0.04份木质素磺酸钠加入到高速分散机，开启高速分散机1min，得到集料2；

3)称取37份石子(0-3mm)加入水泥净浆搅拌器缸，再将集料1、集料2、和16.6份425水泥加入水泥净浆搅拌器缸，调节水泥净浆搅拌器转速为120r/min、时间为2min，得到干混合均匀的细集料；

4)再称取17.5份水性沥青、10.72份水加入水泥净浆搅拌器，设置转速为120r/min、时间2min，得到稀浆混合料。

实施例6：自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备

按照下表中所示配方(重量百分比)制备自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土。

自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备方法包括如下步骤：

1)称取0.86份高吸水树脂sap、12份矿粉、0.08份硅烷偶联剂kh550、称取0.86份水加入高速分散机，开启高速分散机1min，密封3h以上，再加入0.04份硫酸铝到高速分散机，开启高速分散机1min得到集料1；

2)称取4.3份高铝水泥、0.04份木质素磺酸钠、0.04份减水剂加入到高速分散机，开启高速分散机1min，得到集料2；

3)称取16.6份425水泥和0.16份减水剂到高速分散机，开启高速分散机1min得到集料3；

4)称取37份石子(0-3mm)加入水泥净浆搅拌器缸，再将集料1、集料2和集料3加入水泥净浆搅拌器缸，调节水泥净浆搅拌器转速为100r/min、时间为2min，得到干混合均匀的细集料；

5)再称取17.5份水性沥青、10.52份水加入水泥净浆搅拌器，设置转速为120r/min、时间2min，得到稀浆混合料。

实施例7：自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备

按照下表中所示配方(重量百分比)制备自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土。

自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备方法包括如下步骤：

1)称取0.73份高吸水树脂sap、5.1份矿粉、0.04份硅烷偶联剂kh550、称取0.73份水加入高速分散机，开启高速分散机1min，取出粉体密封3h以上，再加入0.04份硫酸铝，开启高速分散机1min得到集料1；

2)称取13.3份425水泥、0.13份减水剂加入到高速分散机，开启高速分散机1min，得到集料2；

3)称取3.4份高铝水泥、0.03份木质素磺酸钠加入到高速分散机，开启高速分散机1min，得到集料3；

4)称取42份石子(0-3mm)加入水泥净浆搅拌器缸，再将集料1、集料2、集料3加入水泥净浆搅拌器缸，调节水泥净浆搅拌器转速为120r/min、时间为2min，得到干混合均匀的细集料；

5)再称取13.8份水性沥青、20.7份水加入水泥净浆搅拌器，设置转速为120r/min、时间2min，得到稀浆混合料。

实施例8：自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备

按照下表中所示配方(重量百分比)制备自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土。

自愈合防渗冷铺水泥沥青混凝土的制备方法包括如下步骤：

1)称取0.6份高吸水树脂sap、0.08份硫酸铝、0.01份十二烷基苯磺酸钠加入高速分散机，开启高速分散机1min，得到集料1；

2)称取9.2份矿粉、22.3份425水泥、0.31份减水剂加入到高速分散机，开启高速分散机1min，得到集料2；

3)将集料1、集料2加入到高速分散机，开启高速分散机1min，得到新集料；

4)称取38.4份石子(0-3mm)加入水泥净浆搅拌器缸，新集料加入水泥净浆搅拌器缸，调节水泥净浆搅拌器转速为100r/min、时间为2min，得到干混合均匀的细集料；

5)再称取15.3份水性沥青、13.8份水加入水泥净浆搅拌器，设置转速为120r/min、时间2min，得到稀浆混合料。

实施例9：沥青混凝土的性能测试

采用实施例2-8中获得的防渗冷铺自愈合沥青混凝土作为试验样品2-8，采用万能试验机进行抗折试验，检测结果列于表1中。

表1：自愈合沥青混凝土试验样品抗折试验结果

实验表明：添加减水剂可以将混凝土浆料的可操作时间从15分钟延长到60分钟。硫酸铝的加入可以在沥青混凝土中释放铝离子，形成离子交联，提高强度。但是需要注意的是，在添加过量的硫酸铝时，也需要同时添加十二烷基苯磺酸钠，以避免在搅拌过程中沥青发生破乳。加入高铝水泥可以加快混凝土浆料的固化速度，并缩短形成强度的时间，但需要注意的是，在搅拌过程中也需要同时添加木质素磺酸钠，以避免沥青发生破乳。对于折断的试样，经过施加压力浸水2天可以实现自愈合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。