一种沥青路面钢渣冷补料及其制备方法

1.本发明属于道路修复技术领域，特别涉及一种沥青路面钢渣冷补料及其制备方法。


背景技术：

2.在道路修复技术领域，直接罩面法、铣抛加铺新料法和挖补法作为传统的沥青路面修补方式能够解决路面病害破坏问题，但这三种方式修补成本大、工期长，且其修补结果可能会改变原有路面结构。而如今路面修补技术的前端方式，如微表处技术和沥青混合料的现场热再生修补技术，其施工工期短，能在不改变原有路面结构的基础上进一步优化路面性能。但这两种路面修补技术维护成本较高，工艺复杂，这限制了该技术在普通道路上的应用。
3.上述的修补技术均是热修补法，其修补技术简单，施工工艺成熟，坑槽修补效果良好。但对于修补量小，坑槽分散的路面而言，该修补法的修复难度大且成本高。冷补料作为一种可储存式沥青混合料，其常低温使用的特点以及快速便捷的修补工艺，为热拌沥青混合料修补方面的不足提供了一个有效的解决途径。
4.现阶段国内外对冷补沥青混合料的研究并不是很成熟，其性能特征如冷补料修补后的早期强度，水稳定性以及耐久性都与热拌沥青混合料存在较大的差距。此外冷补料在修补完成后，若其自身发生裂缝，会导致修补效果大幅下降，需要铣刨后重新对病害处修补，造成人力、物力资源的消耗。


技术实现要素：

5.本发明为解决上述技术问题提供一种沥青路面钢渣冷补料及其制备方法。该冷补料可克服现有冷补料初期强度低和抗水损害性能不足的缺点。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种沥青路面钢渣冷补料所述的冷补料由集料与冷补液组成，其中，集料85-92份，冷补液8-15份，所述冷补液由71-84wt％沥青、10-20wt％二甲苯、3-6wt％丙烯酸改性醇酸树脂、2wt％聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯及1wt％聚苯乙烯-丙烯酸丁酯组成。
8.优选地，所述的丙烯酸改性醇酸树脂酸值不大于10mg.koh/g。
9.优选地，所述沥青路面钢渣冷补料还包括钢棉纤维，所述钢棉纤维的质量为集料和冷补液两者质量之和的1％-2％。
10.优选地，所述集料包括石灰石集料、玄武岩集料、花岗岩集料、辉绿岩集料或钢渣集料。
11.优选地，所述集料最大公称粒径可为9.5mm、13.2mm、16mm或19mm，所述集料为级配型集料。
12.优选地，所述钢棉纤维直径0.1mm，长度不大于2mm。
13.所述的沥青路面钢渣冷补料的制备方法，包括如下步骤：
14.1)将沥青预热后置于铁制剪切杯中，并将剪切杯置于油浴设备中在115℃-130℃下的高速剪切仪中进行加热保温；
15.2)恒温预定时间后，移除升温装置并设定剪切仪的转速在300-500r/min，按配比依次加入二甲苯和丙烯酸改性醇酸树脂，聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯，聚苯乙烯-丙烯酸丁酯，剪切后即得沥青冷补液；
16.3)将按级配设计好的集料、钢棉纤维与沥青冷补液混合均匀后，拌和后即得钢渣冷补料。
17.优选地，步骤1)中将沥青在115℃-130℃烘箱中预热1.8-2.5h。
18.优选地，步骤2)中恒温3-7min，剪切1-3min。
19.优选地，步骤3)中拌和1-2min。
20.本发明的二甲苯作为稀释剂和溶剂，可同时稀释沥青，降低沥青的粘度，同时溶解丙烯酸改性醇酸树脂。当需要使用时，将冷补料填入相应的坑槽中，二甲苯挥发，沥青增稠，同时利用丙烯酸改性醇酸树脂快干、高附着性的特点，快速提高冷补料的强度，同时与原沥青路面形成紧密结合，达到快速、方便修补的目的。并且，将聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯，聚苯乙烯-丙烯酸丁酯作为分散剂和粘结剂可以更进一步的加快添加剂与冷补沥青的融合速度，以及加强沥青与集料的粘附性，同时也可提高冷补液的强度和抗水损害能力。同时本冷补料可以实现1h内强度达到最大值。在修复裂缝时，在其上方10mm处设置通有150khz的交流电的线圈，其产生的交变磁场使钢棉纤维产生涡流，进而使纤维产生热量，从而使沥青加热，实现裂缝的愈合。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明以克服现有冷补料初期强度低和抗水损害性能不足的缺点，在冷补料服役性能下降时通过自身裂缝的快速修复，实现冷补料服役时间的有效延长。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.以下实施例中，丙烯酸改性醇酸树脂选自莱阳红安化工，牌号为hd108。
24.以下实施例中选用的聚苯乙烯-丙烯酸丁酯的制备方法如下：
25.丙烯酸丁酯和苯乙烯为反应单体，在硬脂酸锌和过氧化苯甲酰的存在下，以水为分散介质进行聚合反应。以反应所加入的全部物料总重量为100％计，所加入各物料重量百分比分别为：丙烯酸丁酯为35-45％、苯乙烯为2.5-5％、硬脂酸锌为1-2％、过氧化苯甲酰为0.5-1％、以及水为50-60％。聚合反应的反应温度是80℃～90℃。聚合反应的反应时间是8-10h。具体过程首先把硬脂酸锌溶解到水中，加入丙烯酸丁酯、苯乙烯和过氧化苯甲酰的混合溶液，加入完成后反应得到所述聚苯乙烯丙烯酸丁酯。
26.以下实施例中选用的聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯的制备方法如下：
27.将甲基丙烯酸与正丁醇按照质量比为72：74在硫酸的催化下再经盐析、精馏得甲基丙烯酸丁酯成品。然后三角烧瓶中将苯乙烯和甲基丙烯酸丁酯进行聚合，油浴温度120℃-130℃，减压除去残留单体得到聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯。
28.实施例1
29.本实施例提供一种沥青路面冷补料，包括lb-13级配(4.5％的油石比)组成的钢渣集料与冷补液，各组成成分为钢渣集料85份，冷补液15份。所述的冷补液由沥青73％，二甲苯20％，丙烯酸改性醇酸树脂4％，聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯2％，聚苯乙烯-丙烯酸丁酯1％组成。此外还包括冷补料重量1％(即1份)的钢棉纤维。然后利用下述步骤制备冷补料：
30.1)将沥青在120℃烘箱中预热2h后置于铁制剪切杯中，并将剪切杯置于油浴设备中在120℃下的高速剪切仪中进行加热保温。
31.2)恒温5min后，移除升温装置并设定剪切仪的转速在300-500r/min，按配比依次加入二甲苯和丙烯酸改性醇酸树脂，剪切1-3min后即得沥青冷补液。
32.3)将按级配设计好的集料、钢棉纤维与沥青冷补液混合均匀后，拌和1-2min后即得冷补料。
33.为测试试件的裂缝修复能力，将冷补料双面击实50次后在110度烘箱中养生24h，取出后再双面击实25次，在室温放置24h。然后在5度试验温度下对其进行间接拉伸强度试验使试件断裂，然后在其上方10mm处设置通有150khz的交流电的线圈，使试件温度上升至90度，再在5度试验温度下对其进行间接拉伸强度试验，测试并计算加热后与加热前的强度比值，即强度恢复率。
34.实施例2
35.本实施例提供一种沥青路面冷补料，包括lb-13级配(4.5％的油石比)组成的钢渣集料与冷补液，各组成成分为钢渣集料85份，冷补液15份。所述的冷补液由71％，二甲苯20％，丙烯酸改性醇酸树脂6％，聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯2％，聚苯乙烯-丙烯酸丁酯1％组成。此外还包括冷补料重量1％(即1份)的钢棉纤维。制备与试验步骤与实施例1相同。
36.实施例3
37.本实施例提供一种沥青路面冷补料，包括lb-13级配(4.5％的油石比)组成的钢渣集料与冷补液，各组成成分为钢渣集料90份，冷补液10份。所述的冷补液由沥青76％，二甲苯17％，丙烯酸改性醇酸树脂4％，聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯2％，聚苯乙烯-丙烯酸丁酯1％组成。此外还包括冷补料重量1％(即1份)的钢棉纤维。制备与试验步骤与实施例1相同。
38.实施例4
39.本实施例提供一种沥青路面冷补料，包括lb-13级配(4.5％的油石比)组成的钢渣集料与冷补液，各组成成分为钢渣集料92份，冷补液8份。所述的冷补液由沥青84％，二甲苯18％，丙烯酸改性醇酸树脂5％，聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯2％，聚苯乙烯-丙烯酸丁酯1％组成。此外还包括冷补料重量1％(即1份)的钢棉纤维。制备与试验步骤与实施例1相同。
40.实施例5
41.本实施例提供一种沥青路面冷补料，包括lb-13级配(4.5％的油石比)组成的钢渣集料与冷补液，各组成成分为钢渣集料88份，冷补液12份。所述的冷补液由沥青84％，二甲苯10％，丙烯酸改性醇酸树脂3％，聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯2％，聚苯乙烯-丙烯酸丁酯1％组成。此外还包括冷补料重量2％(即2份)的钢棉纤维。制备与试验步骤与实施例1相同。
42.对比例1
43.本对比例提供一种沥青路面冷补料，包括lb-13级配组成的钢渣集料与冷补液，各组成成分为钢渣集料85份，冷补液15份。所述的冷补液由沥青73％，二甲苯20％，丙烯酸改
性醇酸树脂7％组成。此外还包括冷补料重量1％的钢棉纤维。制备与试验步骤与实施例1相同。
44.对比例2
45.本对比例提供一种沥青路面冷补料，包括lb-13级配组成的钢渣集料与冷补液，各组成成分为钢渣集料90份，冷补液10份。所述的冷补液由沥青76％，二甲苯17％，水性醇酸树脂7％组成。制备与试验步骤与实施例1相同。
46.对比例3
47.本对比例提供一种沥青路面冷补料，包括lb-13级配组成的钢渣集料与冷补液，各组成成分为钢渣集料85份，冷补液15份。所述的冷补液由沥青73％，二甲苯20％，水性醇酸树脂4％，聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯2％，聚苯乙烯-丙烯酸丁酯1％组成。此外还包括冷补料重量1％(即1份)的钢棉纤维。制备与试验步骤与实施例1相同。
48.对比例4
49.本对比例提供一种沥青路面冷补料，包括lb-13级配组成的钢渣集料与冷补液，各组成成分为钢渣集料85份，冷补液15份。所述的冷补液由沥青73％，二甲苯20％，水性醇酸树脂4％，聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯3％组成。此外还包括冷补料重量1％(即1份)的钢棉纤维。制备与试验步骤与实施例1相同。
50.对比例5
51.本对比例提供一种沥青路面冷补料，包括lb-13级配组成的钢渣集料与冷补液，各组成成分为钢渣集料85份，冷补液15份。所述的冷补液由沥青73％，二甲苯20％，水性醇酸树脂4％，聚苯乙烯-丙烯酸丁酯3％组成。此外还包括冷补料重量1％(即1份)的钢棉纤维。制备与试验步骤与实施例1相同。
52.表1实施例钢渣冷补料性能指标
[0053][0054]
表2对比例钢渣冷补料性能指标
[0055][0056][0057]
从表1的测试结果可以看出，5种冷补料其残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比都保持在较高的水平，同时看出在没有加聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯和聚苯乙烯-丙烯酸丁酯的冷补料残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比都比本发明的钢渣沥青冷补料性能要差。这表明本发明的钢渣冷补料其抗水损害性能较好。尤其是拌和后初始稳定度，达到了养护后稳定度的75％以上，而对比例则早期强度远比不上实施例。表明本冷补料具有快干、早期高强，粘度强等特点。
[0058]
五种实施例冷补料的强度恢复率均超过了80％，而对比例的强度恢复率都基本在70％左右，这表明本发明的钢渣沥青冷补料均具有良好的修复裂缝的能力，可有效延长冷补料的服役时间。对比例1成分为普通沥青路面冷补料，因为不含聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯和聚苯乙烯-丙烯酸丁酯，导致其沥青混合料的强度和抗水损害强度并不高。因此这就导致了对比例性能较差。
[0059]
对比例2为掺水性醇酸树脂的沥青冷补液沥青混合料，可以看出本发明无论抗水损害性能还是耐水性，以及粘聚性都要比掺水性醇酸树脂的沥青冷补液沥青混合料还要高，这也是由于聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯，聚苯乙烯-丙烯酸丁酯作为分散剂和粘结剂可以更进一步的加快添加剂与冷补沥青的融合速度，以及加强沥青与集料的粘附性，同时也可提高冷补液的强度，和抗水损害能力。
[0060]
对比例3为掺水性醇酸树脂的沥青冷补液混合料，可以看出在加入聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯和聚苯乙烯-丙烯酸丁酯后沥青混合料的性能也得到了提高，但相较于丙烯酸改性醇酸树脂，水性醇酸树脂与聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯和聚苯乙烯-丙烯酸丁酯的协同作用要稍稍逊色一些，这也导致了对比例3的沥青冷补料的无论是水稳性能或是耐久性，粘
聚性能等都要差于实施例1。
[0061]
对比例4-5分别为只加入了聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯和只加入了聚苯乙烯-丙烯酸丁酯，可以看出在只含有聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯的沥青冷补液中混合料的水稳性能和耐水性能提高幅度均不大，唯一在粘聚性上有较大的提高。在只含有聚苯乙烯-丙烯酸丁酯的沥青冷补液中混合料的水稳性能和耐水性能均有较大的提升幅度，但在粘聚性上提升幅度不大，而且可以看出在只有聚苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯或者只有聚苯乙烯-丙烯酸丁酯的沥青冷补液中，沥青混合料的性能提升幅度远没有两者同时在一起时的提升幅度大。因此可以看出两者的协同作用对冷补液沥青混合料的性能影响更大。
[0062]
上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。