一种沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及道路工程材料的技术领域，尤其是指一种具有高渗透性、高韧性的沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着经济的飞速发展，高速公路的交通量增速也较快，同时由于超载现象明显，在车辆荷载和温度、湿度等因素耦合作用下，路面开始出现不同程度的损伤，主要表现为开裂和坑槽等病害，同时还存在有较多的存在松散但仍未剥落形成坑槽的沥青路面处，即隐性剥落点，若未经处治，将继续发展，在车辆荷载作用下松散剥落进一步形成坑槽。最终，由于隐性剥落点病害及后续形成的坑槽病害的存在，一方面高速公路沥青路面的长期耐久性能受到严重影响，同时车辆的行驶舒适性也下降明显，且存在有较大的交通运输安全隐患。因此，有必要采取措施对高速公路沥青路面的隐性剥落点进行处治，以保证道路的行驶功能和需求，延长道路的使用寿命，同时减少后期的养护维修成本。
3.当前对于沥青路面坑槽的修复，传统的修补方式通常采用冷补料的方法进行临时性快速修补，然后再集中采用热拌沥青混合料进行修复。其中冷补料临时性快速修补存在有冷补料的耐久性严重不足、短时间损坏、价格高昂、强度形成时间较长等缺点；热拌混合料修复受气候影响较大，施工工艺复杂导致所需时间较长，需要投入的人力、物力、时间等较多，同时由于用量较少导致施工质量难以控制。对于沥青路面的隐性剥落点，对于该类型的沥青路面病害，当前并没有较好的处治方式，只能任由其发展最终形成坑槽。同时当前一些胶浆类沥青路面快速修补材料，如水泥基类、乳化沥青类、树脂类等，普遍存在有粘结强度差、收缩明显、强度低、与基体材料的变形协调性差等问题，难以实现较好的修补效果。
4.因此，针对当前沥青路面隐性剥落病害及当前修复方法的缺陷，有必要发明一种具有快速修补特点，且兼具耐久性和韧性等特点的胶浆类材料。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种具有高渗透性、高韧性的沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料及其制备方法，该胶浆材料具有高渗透性、高粘结强度、且具有亲水性，可以与隐性剥落内部的水分进行反应，生成水泥凝胶，以增加水泥胶浆与基体材料之间的粘结强度，同时具有较高的抗折强度，可以与基体材料之间有较好的变形协调性，此外该胶浆材料具有微膨胀特性和韧性，能更好地填充基体材料的孔隙，同时减少脆性开裂，最终提高延长沥青路面隐性剥落处的路面性能及使用寿命。
6.为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种具有高渗透性、高韧性的沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料，各组分的添加量按重量份数计为：水泥45～50份；水20～25份；水性环氧乳化沥青20～25份；纳米硅灰2～5份；膨胀剂0.5～1.5份；减水剂0.5～1份。
7.优选的，所述水泥为硅酸盐水泥、早强型硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥，强度等级为32.5或42.5。
8.优选的，所述水性环氧乳化沥青的制备方法为：按照质量比水性环氧乳化沥青：固化剂＝2:1将两种物质混合均匀，称取阳离子乳化沥青于烧杯中，按照水性环氧乳化沥青体系中水性环氧乳化沥青乳液与阳离子乳化沥青30％：70％的百分比将上述混合物加入到烧杯中，进行机械搅拌，即得水性环氧乳化沥青。
9.优选的，所述水性环氧乳化沥青由环氧树脂乳液、固化剂组成；其中，水性环氧乳化沥青中环氧树脂ep-13、固化剂、乳化剂、去离子水的重量份依次为：60％、25％、9％、6％。
10.优选的，所述环氧树脂乳液的制备方法为：将乳化剂、环氧树脂ep-13、去离子水于水浴条件下进行加热搅拌，其中按80℃的温度进行加热，搅拌时间为1小时，即可获得环氧树脂乳液。
11.优选的，所述乳化剂的制备方法为：将环氧树脂ep-13、二乙醇胺、溴代乙烷置于三口烧瓶中进行加热搅拌，加热温度为82℃，搅拌时间为2小时，以获得乳化剂；其中，乳化剂中环氧树脂ep-13、二乙醇胺、溴代乙烷这三种物料的重量份依次为30％～36％、28％～32％、28％～32％。
12.优选的，所述固化剂的制备方法为：将环氧树脂ep-13、脂肪族二胺、甘油醚、冰醋酸四种物料置于三口烧瓶中进行加热搅拌，加热温度为70℃，搅拌时间为2小时，以获得固化剂；其中，固化剂中环氧树脂ep-13、脂肪族二胺、甘油醚、冰醋酸四种物料的重量份依次为：55％～65％、9％～14％、12％～18％、4％～8％。
13.优选的，所述纳米硅灰由10％掺量的纳米级siox和90％掺量的硅灰复合而成。
14.优选的，所述膨胀剂为cao-c4a3s复合膨胀剂。
15.优选的，所述减水剂为pc100聚羧酸高效减水剂。
16.本发明也提供了上述具有高渗透性、高韧性的沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料的制备方法，首先，根据配比称取所需各组分原料，各组分原料所占重量份数为：水泥45～50份；水20～25份；水性环氧乳化沥青20～25份；纳米硅灰2～5份；膨胀剂0.5～1.5份；减水剂0.5～1份；将上述各组分原料中的水泥、膨胀剂、纳米硅灰依次放入拌合锅中进行干拌1-2min直至搅拌均匀，然后加入水量的2/3，搅拌2min，加入减水剂，搅拌1min，最后再加入水性环氧乳化沥青及剩余水继续搅拌2min，得到拌和均匀的水泥-纳米硅灰-水性环氧乳化沥青复合胶结材料，即一种具有高渗透性、高韧性的沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料。
17.本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
18.1、本发明将膨胀剂加入水泥胶浆中与水反应生成大量膨胀性结晶水化物，使其产生适度的膨胀，在基体材料的约束下，产生的膨胀能转为压应力，这一应力可抵消水泥胶浆硬化中后产生的收缩应力，因而减少了收缩裂缝。
19.2、本发明通过纳米硅灰与水的火山灰反应显著提高了水泥颗粒的水化反应和水化速度，促进了水泥胶浆早期强度的形成，同时通过硅灰水化反应生成的凝胶提高了水泥胶浆硬化后的强度和界面粘结强度。硅灰是一种具有活性的矿物掺和料，它对胶凝体系的改善主要体现为活性效应、填充效应和微集料效应。一方面，硅灰粒径很小(0.1～0.4μm)，比水泥颗粒小两个数量级，它填充在水泥颗粒周围，并能进入老沥青混凝土内部细小的孔隙，起填充作用。另一方面，硅灰具有很高的火山灰活性，在早期的水化反应中起晶核作用。在水泥胶浆中加入纳米硅灰后，由于纳米硅灰颗粒尺寸小，比表面积大，表面存在大量不饱和残键及不同键合状态的羟基，故si-o四面体之间的结合比较弱，与水接触以后，容易以硅
酸根离子(如h3sio-)的形态进入溶液，遇到ca2 离子，反应生成水化硅酸钙凝胶(简称c-s-h)。这些凝胶填充在基体材料内部的毛细孔中，不仅提供机械咬合力，还可以细化孔隙，降低平均孔径，提高界面粘结过渡区的密实度，微观上减小了界面粘结过渡区的厚度，宏观上增强了界面的粘结强度。
20.3、本发明通过减水剂的加入，由于减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使水泥胶浆流动性进一步提高，即大幅提高水泥胶浆的渗透性；水性环氧乳化沥青的加入，一方面能够提高水泥胶浆与基体材料之间的粘结强度，另一方面，可以使灌入路面内部的水泥胶浆具有较高的韧性，进而有效减少其脆性断裂。
21.4、本发明通过水性环氧乳化沥青的加入可在水泥胶浆内部形成由高分子薄膜和水泥水化物的组成的有机与无机粘结剂相结合的框架体系，进而在小幅降低水泥胶浆抗压强度的同时大幅增加其抗折强度，以降低水泥胶浆的压折比的方式提高其韧性。
22.5、本发明所提供的具有高渗透性、高韧性的沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料可以在常温下拌和，无需进行加热或特殊处理，所需能耗较低，同时无废气排出，一方面需要的人力、物力较少，可实现快速施工以更早开放交通，另一方面也符合当下环保的主题，具有显著的经济效益。
23.6、本发明所提供的具有高渗透性、高韧性的沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料对修复环境和时间等外部条件的要求较少，可在绝大多数环境下进行施工；同时由于胶浆材料具有亲水性，其甚至可以在雨后进行施工且保证水泥胶浆材料硬化后较高的强度，适应性较好。
具体实施方式
24.以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的描述，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。
25.以下实施例中采用的水泥为江苏八菱海螺水泥有限公司出售的强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；硅灰为浙江长兴明究建材有限公司出售的硅灰，其中硅灰的粒径为0.1～0.2μm，比表面积约15～20m2/g为一，比重为2.2～2.5g/cm3，松散容重为200～300kg/m3；采用的膨胀剂为武汉三元特种建材有限公司出售的cao-c4a3s复合膨胀剂；采用的减水剂为pc100聚羧酸高效减水剂。
26.以下实施例中采用的水性环氧乳化沥青由水性环氧乳化沥青乳液和固化剂组成；具体步骤为：
27.1)制备乳化剂：将环氧树脂ep-13、二乙醇胺、溴代乙烷三种物料置于三口烧瓶中进行加热搅拌，加热温度为82℃，搅拌时间为2小时，以获得乳化剂；其中，环氧树脂ep-13、二乙醇胺、溴代乙烷这三种物料的重量份依次为30％～36％、28％～32％、28％～32％。
28.2)制备固化剂：将环氧树脂ep-13、脂肪族二胺、甘油醚、冰醋酸四种物料置于三口烧瓶中进行加热搅拌，加热温度为70℃，搅拌时间为2小时，以获得固化剂；其中，固化剂中环氧树脂ep-13、脂肪族二胺、甘油醚、冰醋酸四种物料的重量份依次为：55％～65％、9％～14％、12％～18％、4％～8。
29.3)制备环氧树脂乳液：将步骤1)制备获得的乳化剂、环氧树脂ep-13、去离子水于水浴条件下进行加热搅拌，加热温度为80℃，搅拌时间为1小时。
30.4)将步骤3)制备获得的环氧树脂乳液与步骤2)制备获得的固化剂搅拌混合，以获得水性环氧乳化沥青；其中，水性环氧乳化沥青中环氧树脂ep-13、乳化剂、固化剂、去离子水四种物料的重量份依次为：60％、25％、9％、6％。
31.实施例1～7
32.一种具有高渗透性、高韧性的沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料，各组成材料的配比如表1所示，其制备方法包括以下几个步骤：各组分原料中的水泥、膨胀剂、纳米硅灰等固体组分依次放入拌合锅中进行干拌1-2min直至搅拌均匀，然后加入水量的2/3，搅拌2min，加入减水剂，搅拌1min，最后再加入水性环氧乳化沥青及剩余水继续搅拌2min；得到拌和均匀的水泥-纳米硅灰-水性环氧乳化沥青复合胶结材料，即一种具有高渗透性、高韧性的沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料。
33.表1为实施例1～7所述一种具有高渗透性、高韧性的沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料中各组成原料的重量配比。
[0034][0035][0036]
将实施例1～7制作得到的具有高渗透性、高韧性的沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料进行流动度、7d和28d抗压强度、7d和28d抗折强度、28d干缩率等的测试，结果如表2所示。
[0037]
表2为实施例1～7所述具有高渗透性、高韧性的沥青路面隐性剥落修补用胶浆材料的各项性能测试结果。
[0038][0039]
由表2可以看出本发明中各实施例的流动度、7d和28d抗压强度、7d和28d抗折强度、28d干缩率等均满足《道路灌注式半柔性路面技术规程》(tcecs gd51-01-2019)中的相关要求，特别是流动度和抗折强度以及抗压和抗折强度比，均处于较好水平。同时具体观察实施例3和实施例4的配比组成及性能测试结果发现可以发现，膨胀剂掺量增加1％使水泥胶浆的干缩率下降了17.2％左右；对比实施例4和5发现，减水剂增加1％使水泥胶浆的流动度时间减小了4.6％，即其流动性增加了4.6％；对比实施例5和6发现，纳米硅灰增加3％使水泥胶浆的抗压和抗折强度均增加了15％及以上；对比实施例6和7发现，水性环氧乳化沥青的加入使得水泥胶浆的抗压强度下降了10％及以上，而抗折强度增加了8％及以上。综合以上来看，本发明的水泥胶浆由于减水剂、膨胀剂、纳米硅灰、水性环氧乳化沥青等的加入，水泥胶浆的流动性、抗收缩特性、抗压和抗折强度、压折比等相对于普通的水泥胶浆均有明显的提升，可见本发明的实施效果良好，具有实际应用价值，值得推广。
[0040]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。