一种改性沥青砂浆及其制备方法与流程

1.本发明涉及道路工程材料技术领域，具体而言，涉及一种改性乳化沥青砂浆及其制备方法。


背景技术：

2.常规乳液沥青水泥砂浆在道路过程中有一定应用，其具有改善混凝土防水性质、较高的抗折强度及良好的变形能力，因而常用来修筑水泥混凝土路面、水稳基层路面，降低水泥混凝土面层厚度，减轻面层开裂，从而延长使用寿命。另外，沥青乳液改性混凝土作为桥面，可作为常规施工过程中的黏结及防水结构，可优化工艺降低造价。
3.然而常规乳化沥青主要成分一般为sbr或聚合物改性乳化沥青与水泥、砂子等组成，在使用过程中容易出现凝固时间慢，耐久性不足的问题，大大制约了沥青砂浆在桥面、路面、地面等方面的应用效果。


技术实现要素：

4.基于此，针对上述问题，有必要提供一种硬化收缩少、刚度小、变形能力大的改性乳化沥青水泥砂浆，特别是公路水泥混凝土桥面及水稳基层铺装结构，能够有效解决桥面层间粘结、封水及抗开裂等问题，更好的用于桥面、路面、地面、防腐、粘结等方面。
5.本发明的实施例通过以下技术方案实现：
6.一种改性沥青砂浆，按质量百分比计，包括如下组分：纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青15％-20％、水泥2％-8％、磷石膏5％-25％、高炉矿渣20％-45％、河砂10％-20％、甲基六氢化邻苯二甲酸酐1％-3％、马来酸酐接枝改性聚乙烯醚2％-4％、纳米硅藻土0.4％～1.0％、余量为水；其中纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青按质量百分比计，包括如下组分：沥青30％～60％、蜜胺系低聚物8％～15％、纳米石墨烯0.8％～1.4％、纳米硅藻土0.3％～0.9％、乳化剂0.5％～3.5％、w1稳定剂0.1％～0.3％、w2稳定剂0.2％～0.4％、ph助剂0％-0.15％、醇0.5％～2％、分散剂0.2％～2％、余量为水。
7.发明人通过在沥青水泥砂浆中添加纳米材料石墨烯、纳米硅藻土、蜜胺系低聚物，利用纳米石墨烯与蜜胺系低聚物之间形成更强的网络结构，有效降低常规乳化沥青材料玻璃化温度，结合纳米硅藻土联合作用，可充分渗入沥青与砂浆孔隙和微小裂缝，具有高效地抗低温开裂作用，降低水泥路面及水稳层路面开裂、脆化和老化情况，提升抗疲劳性能，提高路面强度，延长使用寿命。
8.进一步地，所述纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青的制备方法如下：
9.(1)按质量百分比称量各组分，然后将基质沥青加热到165℃～185℃后，加入纳米石墨烯、纳米硅藻土、分散剂搅拌均匀，通过胶体磨研磨1min(胶体磨转速为3000转/分钟～4000转/分钟)；再加入蜜胺系低聚物、w1稳定剂搅拌均匀后发育30min，在160℃～185℃条件下高速剪切(剪切机转速为4000转/分钟～5000转/分钟)制备成纳米蜜胺系低聚物沥青；
10.(2)将乳化剂、w2稳定剂、醇与水在50℃～65℃搅拌均匀制成混合液；
11.(3)将步骤(1)得到的纳米蜜胺系低聚物沥青与步骤(2)得到的混合液通过胶体磨研磨3min～4min后，加入ph助剂，即得纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青(胶体磨间隙值为5μm～8μm，转速为3000转/分钟～4000转/分钟)。
12.另外，所述蜜胺系低聚物为多异氰酸酯低聚物、丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂、烷氧基化蜜胺树脂齐聚物中的一种。具体地，所述丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂的制备方法包括如下步骤：将三聚氰胺、邻苯二甲酸酐、二甲苯与甲醛在弱碱性条件下反应生成含羟甲基数不等的溶于水的混合物；然后在弱酸性条件下，加入醇类化合物，即得丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂。
13.进一步地，所述纳米石墨烯为多层氧化石墨烯纳米薄片，所述氧化石墨烯纳米薄片直径10μm～40μm，厚度小于15nm，ssa为100m2/g～250m2/g。
14.进一步地，所述纳米石墨烯由多层氧化石墨烯纳米薄片经氧化剂预处理后，通过物理剥离、高温膨胀等方法制得。
15.进一步地，所述磷石膏采用热处理后的磷石膏，高炉矿渣采用细度为1000目超细干渣微粉，纳米硅藻土包括i型纳米硅藻土颗粒和/或ii型纳米硅藻土颗粒。i型纳米硅藻土粒径为20μm～40μm，ii型纳米硅藻土粒径为6μm～18μm。
16.砂浆所用水泥采用缓凝水泥，强度等级为42.5、42.5r、52.5、52.5r、62.5中的一种，所用细砂其级配及性能需满足《普通混凝土用砂质量标准和检验方法》(jgj52)中细集料级配范围的相关规定。
17.纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青所用沥青为重交50号沥青、重交70号沥青、重交90号沥青、重交110号沥青中的一种。
18.进一步地，所述乳化剂为酰胺类、烷基胺类、季铵盐类、硫酸脂盐类中的一种或几种。
19.进一步地，所述w1稳定剂为硫化物，w2稳定剂为氯化钙、氯化钠或羟乙基纤维素。
20.进一步地，所述ph助剂为盐酸和磷酸中的一种或多种，所述醇为乙醇、丙醇或异丙醇中的一种或多种，所述分散剂为硬脂酰胺、乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯中的一种或多种。
21.本发明改性沥青砂浆的制备方法，包括以下步骤：按质量百分比称取各组分，首先将蜜胺系低聚物改性乳化沥青与水搅拌均匀；然后加入甲基六氢化邻苯二甲酸酐、马来酸酐接枝改性聚乙烯醚搅拌均匀，然后边搅拌，边依次加入高炉矿渣、纳米硅藻土、磷石膏、河砂、水泥，加完后搅拌均匀，得到纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青水泥砂浆。
22.发明人先将纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青与水搅拌均匀，然后加入酸酐类化合物(如甲基六氢化邻苯二甲酸酐)、马来酸酐接枝改性聚乙烯醚搅拌均匀，制备成乳液，然后边搅拌，边依次加入高炉矿渣、纳米硅藻土、磷石膏、河砂、水泥，加完后搅拌均匀，得到纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青水泥砂浆；此方法能够保证各种材料均匀分散，从而提高材料间的聚合强度及粘结性能，可更好的用于桥面、路面、地面。
23.本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
24.1、本发明在沥青水泥砂浆中添加纳米材料石墨烯、纳米硅藻土、蜜胺系低聚物，利用纳米石墨烯与蜜胺系低聚物之间形成更强的网络结构，有效降低常规乳化沥青材料玻璃化温度，结合纳米硅藻土联合作用，可充分渗入沥青数你砂浆孔隙和微小裂缝，具有高效地
抗低温开裂作用，降低水泥路面及水稳层路面开裂情况，提升抗疲劳性能，提高路面强度，延长使用寿命，且更加环保节能、安全耐久。
25.2、本发明先将纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青与水搅拌均匀，然后加入酸酐类化合物、马来酸酐接枝改性聚乙烯醚搅拌均匀，制备成乳液，然后边搅拌，边依次加入高炉矿渣、纳米硅藻土、磷石膏、河砂、水泥，加完后搅拌均匀，得到纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青水泥砂浆；此方法能够保证各种材料均匀分散，从而提高材料间的聚合强度及粘结性能，可更好的用于桥面、路面、地面。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.实施例1
28.一种改性沥青砂浆，称取以下组分：纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青160g、水泥60g、磷石膏180g、高炉矿渣312g、河砂110g、甲基六氢化邻苯二甲酸酐10g、马来酸酐接枝改性聚乙烯醚(直接外购)12g、粒径为25μm的i型纳米硅藻土5g、水140g。
29.具体地，纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青包括如下组分：沥青400g、蜜胺系低聚物(丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂)100g、纳米石墨烯10g、纳米硅藻土5g、乳化剂2g、w1稳定剂2g、w2稳定剂3g、ph值助剂1g、醇1g、分散剂1g、水200g；将制得的纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青从中取160g加入到改性沥青砂浆中。
30.改性沥青砂浆的制备方法为：先将纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青与水搅拌均匀，然后加入甲基六氢化邻苯二甲酸酐、马来酸酐接枝改性聚乙烯醚搅拌均匀，制备成乳液，然后边搅拌，边依次加入高炉矿渣、i型纳米硅藻土、磷石膏、河砂、水泥，加完后搅拌均匀，得到纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青水泥砂浆。
31.其中纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青(具体地为丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂改性乳化沥青)的制备方法如下：
32.第一步：取三聚氰胺31.5g，甲醛47ml，丁醇50ml。将上述甲醛、丁醇加入三口烧瓶中，调节ph值，使其保持在7.0～8.0的弱碱条件下，启动搅拌器。边搅拌、边缓慢地升温，在升温的过程中缓慢地加入三聚氰胺。当温度达到60℃以上时，所加入的三聚氰胺全部溶解，溶液由浑浊至澄清透明；继续升温到80～85℃，加入邻苯二甲酸酐1.5g，在此温度下保温1.5h；稍冷，加入二甲苯2.4g，升温常压脱水。随着料液中水量的减少，温度不断地升高，当温度达到104℃时停止脱水，合成丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂；
33.第二步：取70号沥青450g、蜜胺系低聚物(丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂)170g、40目纳米石墨烯10g、粒径为7μm的ii型纳米硅藻土7g，十六烷基三甲基氯化铵7g，二氧化硫稳定剂1g，氯化钠稳定剂2g，盐酸1g，乙醇6g，油酸酰用量7g，水350g；
34.第三步：将70号沥青加热到170℃，加入40目纳米石墨烯、ii型纳米硅藻土、油酸酰搅拌均匀；再加入蜜胺系低聚物、二氧化硫搅拌均匀后发育30min，在170℃条件下高速剪切(剪切机转速为4800转/)制备成纳米低聚物沥青；
35.第四步：将十六烷基三甲基氯化铵、氯化钠、乙醇与水在60℃搅拌均匀制混合液；
36.第五步：第三步得到的纳米橡胶沥青与第四步得到的混合液通过胶体磨研磨4min后(胶体磨间隙值为7μm，转速为4500转/分钟)，加入盐酸1g，得到丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂改性乳化沥青。
37.实施例2
38.本实施例与实施例1的不同之处在于：一种改性沥青砂浆，称取以下组分：纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青200g、水泥80g、磷石膏250g、高炉矿渣45g、河砂200g、甲基六氢化邻苯二甲酸酐10g、马来酸酐接枝改性聚乙烯醚(直接外购)40g、粒径为25μm的i型纳米硅藻土10g、水200g；且蜜胺系低聚物为多异氰酸酯低聚物。
39.实施例3
40.本实施例与实施例1的不同之处在于：一种改性沥青砂浆，称取以下组分：纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青180g、水泥40g、磷石膏100g、高炉矿渣350g、河砂150g、甲基六氢化邻苯二甲酸酐20g、马来酸酐接枝改性聚乙烯醚(直接外购)20g、粒径为25μm的i型纳米硅藻土6g、水150g；且蜜胺系低聚物为烷氧基化蜜胺树脂齐聚物。
41.实施例4
42.本实施例与实施例1的不同之处在于：一种改性沥青砂浆，称取以下组分：纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青160g、水泥60g、磷石膏180g、高炉矿渣312g、河砂110g、甲基六氢化邻苯二甲酸酐10g、马来酸酐接枝改性聚乙烯醚(直接外购)12g、粒径为25μm的i型纳米硅藻土5g、水140g。
43.对比例1
44.本对比例与实施例1的不同之处在于：不含纳米石墨烯与蜜胺系低聚物。
45.对比例2
46.本对比例与实施例1的不同之处在于：不含硅藻土。
47.对比例3
48.本对比例与实施例的不同之处在于：一种改性沥青砂浆，称取以下组分：纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青100g、水泥100g、磷石膏10g、高炉矿渣500g、河砂300g、甲基六氢化邻苯二甲酸酐100g、马来酸酐接枝改性聚乙烯醚50g、粒径为25μm的i型纳米硅藻土50g、水100g。
49.实验例1
50.1)、实施例1-4及对比例1-3所制得的纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青的性质，如表1所示：
51.表1纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青性质
[0052][0053]
由表1数据可知：本发明由于利用纳米石墨烯与蜜胺系低聚物形成的网络结构，可有效降低常规乳化沥青材料玻璃化温度，增加其强度；并结合纳米硅藻土联合作用，可充分渗入沥青数你砂浆孔隙和微小裂缝，具有有效抗低温开裂作用以及良好的防水性能、较高的抗折强度及良好的变形能力，用于修筑水泥混凝土路面时可降低水泥路面及水稳层路面开裂、脆化和老化情况，提升抗疲劳性能，提高路面强度，并可降低水泥混凝土面层厚度，减轻面层开裂，从而延长使用寿命；用于混凝土桥面时可提升桥面防水及粘结性能，降低造价；用于修筑水稳基层时可有效降低基层开裂，延长使用寿命。
[0054]
2)、实施例1-4及对比例1-3所制得的水泥砂浆的性质，如表3所示：
[0055]
需要说明的是，实施例1-4及对比例1-3所用的水泥均为强度等级为42.5级普通硅酸盐水泥，其性能如表2所示：
[0056]
表2 42.5级普通硅酸盐水泥的性能
[0057][0058]
表3实施例1水泥砂浆及对比例1-3水泥砂浆性能试验结果
[0059][0060]
由表3数据可知：本发明利用改性沥青添加到水泥砂浆中后，所得的纳米蜜胺系低聚物改性乳化沥青水泥砂浆性能优异，硬化收缩少、刚度小、变形能力大，且安全耐久能更好的用于桥面、路面、地面、防腐、粘结等方面，降低水泥路面及水稳层路面开裂、脆化和老化情况，提升抗疲劳性能，提高路面强度，延长使用寿命。
[0061]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。