CN100398610C

CN100398610C - 沥青路面防水养护剂及其生产工艺和应用施工步骤

Info

Publication number: CN100398610C
Application number: CNB2004100514957A
Authority: CN
Inventors: 王耀波
Original assignee: Individual
Current assignee: Guangzhou Lu Ning Luqiao Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: CN1613939A

Abstract

本发明涉及公路工程沥青路面的防护技术。提出一种沥青路面防水养护剂，其有如下重量份比例的材料组成：沥青100，橡胶粉2～25，树脂3～10，橡胶2～16，交联剂2～10，偶联剂1～6，乳化剂(复合)1～20，抗老化剂适量，活化剂30～300，起泡剂适量，消泡剂适量，其制造需要经过原材料预处理、复合改性、乳化、添加辅助材料溶炼四道工序；其在沥青路面上的施工工艺包括有撒布车喷撒或人工涂抹、泡沫发生器搓揉和养护三个基本步骤；本发明能有效防止沥青砼的早期水损害，强化表层沥青砼的强度，避免柴油污损；能有效封闭细小裂纹，固结易脱落的沥青颗粒，能充分充填较大而且密集的龟裂、网裂，防止水的侵入，避免沥青砼的加速破坏；具有良好的粘结性能和防水效果。

Description

沥青路面防水养护剂及其生产工艺和应用施工步骤

技术领域

本发明涉及公路工程沥青路面的防护技术.其重点是沥青路面的预防性养护及病害处理.

背景技术

沥青路面由于行车性能好，施工机械化程度高，速度快，发展十分迅速，但一直也受到一些技术难题的困扰而影响到它的推广，这些技术难题主要就是沥青路面的早期损害(未达到设计年限而出现的大面积病害)，包括早期水损害、车辙、柴油污损和沥青与集料粘附性差造成的早期病害.车辙问题也是沥青路面早期病害的主要问题之一，和沥青砼的级配、基层强度或材料因素有关，路面铺好之后，车辙问题已成事实，无法改变.因此下面只重点简述水损害、柴油污损及沥青粘服性问题.

一、早期水损害指沥青铺体由于长期浸水受损，未达到设计年限而提前出现的各种病害：

路面设计中虽然已考虑了结构排水和路表排水问题，但由于空隙率的存在，加上施工中级配设计，混合料制备、运输、摊铺及碾压作业过程中存在的问题，会造成局部或大面积的、随机或有规律的透水现象，特别在冷热接头及横坡两端，普遍存在严重透水现象，而水一旦浸入沥青铺体，排空极为困难，实验表明，空隙率在4.3～6.2的路面(横坡2％，纵坡1‰)连续下雨两天后排空时间需要7～10天，这就意味着雨季沥青铺体将长期处于水及水气的浸泡过程中.在车辆动荷载反复作用下，沥青膜与集料开始剥离，渐渐的，集料开始松散掉粒，最后形成坑槽.而且，经过路面开挖检查发现，水损害往往是从沥青下面层开始的.由于水分进入沥青路面，滞留在基层上面，沥青砼下部空隙中充满水分的时间要比上面层时间长的多，给水损害提供了条件，在长时间的交变应力作用后，当表层沥青仍未松散时，下面层集料已与沥青完全分离，沥青是沥青，集料是集料，处于完全松散状态，沥青混合料不再成为一个整体，而且含水量增大，面层容易被推移，这时集料在荷载作用下也会对基层表面产生挤压，基层上部的透层、封层也会受影响而产生损坏，基层的土质部分便成为泥浆并透过沥青面层挤出，形成唧浆，在雨天会迅速扩展成坑槽.

工程中往往用减小沥青砼空隙率的办法来减少渗水速度，但是它的作用是很有限的，对于密集配沥青砼来说，空隙率小于极限值(2％～4％)时，沥青在受热膨胀时无适当空隙容纳将容易产生泛油，并导致混合料推移和车辙变形.根据美国战略公路研究计划的研究结果表明，沥青路面最合理空隙率为4％，也就是说，只要用沥青混凝土，就会有空隙率的存在，而只要有空隙率就会导致水的渗入，空隙率小，水的渗入速度慢些，但排空速度更慢，更重要的是有出现泛油的风险.

近期有个别企业在尝试用一种油膏来处理沥青的老化再生问题，该方法希望通过涂料中的轻质油分作用于铺体老化的沥青，实现一定程度的沥青再生功能，但该材料最大的问题是抹平了沥青表面的构造深度，极大的降低了抗滑性能，在一些重要工程试验中已造成车辆事故率的提高及钢桥面沥青铺装层的严重破坏.该种类型的材料不具备在公路上使用的最基本的条件.

完全避免水进入沥青铺体是解决这个问题的关键.因此，如果能研制出一种液体涂料，作为上封层(很薄的)涂布沥青铺体表面，既能堵塞表面的渗水微空隙，并在表面形成完整保护膜，隔断水的浸入途径，而且该材料的软化点必须大于75℃，不产生副作用，即在太阳光下晒不软化、不明显影响表面抗滑性能及内部空隙率，这将能从根本上解决水损害的问题.

到目前为止，国内外学术界及工程界仍未有相关的在公路沥青路表面整体喷涂防水养护剂，用于预防沥青路面早期水损坏及提高表层使用性能，延长路面使用寿命的报道.

二、柴油污损问题越来越严重，已引起业主及专家的广泛关注：

特别是省际公路及大城市过境公路，柴油车特别多，车况好坏参差不齐，很容易造成柴油污染；城市红绿灯路口及停车处，也普遍受到柴油的污染.路况调查及试验研究成果证明：沥青砼对柴油很敏感，路面受柴油污染后会很快起坑槽；试验室用柴油作沥青马歇尔试件耐油试验(常温下，试件置于0^#柴油中浸泡12小时后晾干称重)，其重量损失为2.8％，表面沥青膜完全溶解，见不到沥青痕迹，表面呈现松散状态.

三、沥青粘附性差易造成的病害：

只解决铺体的水损害还不够.沥青粘附性能(对集料的粘结力)差也是造成沥青混砼早期损坏的主要原因之一，由于集料颗粒完全靠沥青粘结在一起，而普通沥青的粘附性能有限，在常温下使用时，受外界条件影响，沥青容易***发脆，呈现脆性材料特性，因而在车轮剪切作用下，易造成剥落，普通沥青混凝土路面不到一年沥青膜即开始剥落泛白，局部承受动荷载较大部位已开始出现麻面、掉粒现象.

提高沥青粘附性的通行做法是在沥青中掺加抗剥落剂(含水泥、矿粉等)或将沥青进行改性.前者在工程实际应用中的作用不是特别明显；后者虽提高了粘附性和抗老化性能，透水少一些，但渗水现象同样存在.实践证明，改性沥青砼也同样存在着早期水损害现象，而且造价很高，推广有一定难度.

在公路养护中，处理由于粘附性差所造成的路面局部早期疲劳病害(包括龟裂、网裂、松散、掉粒等)的方法一般用乳化沥青充填封闭的办法处理，但这种方法临时处理了裂缝的严重渗水问题，但由于乳化沥青软化点低，易造成泛油，降低了路面的使用性能.只宜作为对局部小面积存在严重病害的路面的临时防水处理.

稀浆封层罩面是近年来迅速发展的一种路面维修技术，它在沥青路面上用细粒式级配碎石或沙作集料，以乳化沥青(或改性乳化沥青)为粘结剂，加填料和水冷拌后用稀浆封层机摊铺成沥青表处薄层，厚度3～10mm，用于封闭表面空隙、裂缝，改善抗滑性能和恢复提高路表面行车功能.但由于技术仍不太成熟，耐久性欠佳，施工费用高、难度大，对推广应用有一定影响，而且仍未能有效解决自身渗水所造成的水损害问题.

发明内容：

本发明的第一个目的是研制一种沥青路面防水养护剂的配方及生产工艺，将这种养护剂喷涂在公路沥青路面或其它相关部位上，可预防沥青砼的早期水损害，抗柴油污损，并增强沥青砼表层的路用性能，从而延长路面使用寿命.

本发明的第二个目的是提出一种将上述沥青路面防水养护剂喷涂在高速公路沥青路面上的施工工艺技术，使该产品的路用性能得到充分发挥.

本发明的第三个目的是提出将上述沥青路面防水养护剂喷涂在高速公路沥青路面的柔性涂料厚度检测装置及检测方法.

本发明的第一个目的可通过如下途径来实现：

一种沥青路面防水养护剂，其特征在于有如下重量份比例的材料组成：

沥青 100

橡胶粉 2～25

树脂 3～10

橡胶 2～16

交联剂 2～10

偶联剂 1～6

复合乳化剂 1～20

抗老化剂适量

活化剂 30～300

起泡剂适量

消泡剂适量

所述的橡胶粉系旧轮胎经加工后成超细粉沫状态；

所述的树脂为HMA聚合物；

所述的橡胶为SBS；

所述的乳化剂包括阳离子乳化剂、聚氨基硅油和少量无机无机细集料等复合加工而成。

所述的抗老化剂为抗紫外线防老剂及云母粉等材料复配而成，其作用是能增加乳液的抗紫外线和疲劳性能，延长材料使用寿命；

所述的活化剂为水；

所所述的消泡剂为有机硅油；

所述的起泡剂是有机酸皂，施工前现场加入.

上述沥青路面防水养护剂的生产工艺需要经过如下原材料预处理、复合改性、乳化、添加辅助材料溶炼四道工序：

①原材料预处理：系指沥青的加温脱水，橡胶粉的泡涨、塑练和薄通，将乳化剂配制成为复合乳液；

②复合改性工序：将预热的沥青与橡胶粉制剂、橡胶、交联剂、偶联剂及树脂混合搅拌加热后，在175～220℃高温及0.01～0.05MPa真空下经过多次高速剪切和研磨形成粒径＜2μm的超细混合物-高分子复合胶体；

③乳化工序：通过乳化设备，将工序②的高分子复合胶体与配制好的复合乳液、消泡剂在80～90℃温度和0.7～1Mpa压力下经过进一步的乳化加工，形成乳液；

④添加辅助材料工序：在工序③的乳液里添加包含抗老化剂的辅助材料，在真空下进一步加工溶炼，然后冷却即成防水养护剂基料成品.

上述四道工序均要在反应釜中进行，并要对容器内材料进行连续搅拌；

第三道工序中的复合乳液要预先进行溶解搅拌加热，然后再将高分子复合胶体与乳液按比例送入乳化泵中进行乳化.

本工艺过程的技术特点是：

①能将多种有机复合高分子材料(特别是橡胶粉)与沥青充分混合并被均匀的分散剪切成很细的胶体颗粒(＜2μm)，而且能稳定的存在于胶体中长时间不离析；

②能将上述①的胶体分成细微颗粒，并被水所乳化成为稳定的乳液(可存放两年以上)，便于施工、储藏和运输；

③复合改性须在高温及真空状态下进行(175～220℃，0.01～0.05MPa)；

④乳化过程反应釜必须施加一定的气压(0.7～1MPa)

⑤将改性与乳化置于同一工艺流程中，实现工艺及设备的最优搭配，最大限度减少投资，降低生产成本；

⑥加工过程主要发生物理变化，其溶剂为水，制备过程均无环境污染，是典型的环保产品.

经上述工艺配制出来的沥青路面防水养护剂，为呈弱酸性液体，可单独使用，也可根据需要与其它材料配合使用，施工过程通过起泡剂与泡沫发生器使其变成泡沫，施工完成后成为固态胶体.

本发明的第二个目的可通过如下途径来实现：

一种将上述沥青路面防水养护剂喷涂在高速公路沥青路面上的施工工艺，其特征在于包括有撒布车喷撒或人工涂抹、泡沫发生器搓揉和养护三个基本步骤：

撒布车喷撒，是将前述的沥青路面防水养护剂直接或与其它配方材料混合后装入专用撒布车中，然后通过撒布车对沥青混凝土路面进行均匀喷撒，涂层厚度严格控制在0.1～0.3mm.

泡沫发生器滚动搓揉，是在撒布车喷撒后15分钟内，用特制的泡沫发生器对该路面进行滚动搓揉。

这时撒布于路面的保护剂会自动变成泡沫，路表面微观结构全部被泡沫冲填，滚动搓揉完成之后20分钟内，泡沫消失，颜色变深，路表面微观几何形状及尺寸变化不大，剩余少量养护剂下渗，路表恢复原状，因而构造深度基本不受影响；

养护，是在滚动搓揉后让该路面静置养护12小时后才可通车使用，一个月后基本达到额定强度.

除了上述三个基本步骤之外，在撒布车喷撒之前可以有选择地增加路面状况参数检测及路面粉尘杂物清理二个步骤.

所述的路面状况参数的检测包括：

了解以前沥青路面的施工资料(级配形式、结构形式、空隙率、构造深度及沥青的具体情况)，检测路面构造深度、渗水系数的现况以及路面病害的调查与分析，为下一步的施工参数的制订提供依据。

进一步的方案是：喷涂过程分两层施工，即在第一次喷撒和滚动搓揉完成之后大约24小时内即进行第二次喷撒和滚动搓揉。

第一层浓度可略稀一些，主要是封闭透水微空隙，软化裸露的原沥青，并更易于与集料粘结；第二层浓度大一些，确保垂直投影照不到的微空隙得到充填，集料顶部及侧面覆盖的厚度应有0.1～0.3mm.

本发明的第三个目的可通过如下途径来实现：

一种将上述沥青路面防水养护剂应用在公路沥青路面的涂层厚度检测方法，所述的涂层厚度是指涂料干透后，垂直投影单位面积上干料的厚度_____我们称之为涂层的公称厚度，其特征在于：

使用一受料器，受料器面积为0.1m²，施工时将该圆盘置于需要喷洒涂料的路面某处，喷洒完毕后，每次称取接料前后圆盘的重量差G₁(g)及烘干前后圆盘的重量差G₂(g)，再通过预先测定的该种材料的干容积密度及路面结构系数换算喷涂用量及喷涂公称厚度，可用下面公式计算：

施工用量(含固化剂、活化剂等挥发成分)用G表示：

G＝10G₁(g/m²)

涂层公称厚度用B表示：

B＝G₂/ρ

＝10^-3G₂/1.07(mm)

其中：ρ为所测物料比重

涂层实际厚度δ＝kB

式中：k为结构系数，与路表面构造深度有关，根据试验确定.

下面用具体实施例对本发明作进一步的说明：

附图说明

图1为本发明中的沥青路面防水养护剂的生产过程示意图；

图2为本发明应用在路面的涂层厚度测量工具__圆盘受料器剖视图；

图3为本发明应用在路面的涂层厚度测量工具__圆盘受料器俯视图.

具体实施方式

实施例一、沥青路面防水养护剂的生产实例：

1.原料配比(重量比)：

沥青 100

橡胶粉 12

树脂 3

橡胶 3

交联剂 8

偶联剂 1.5

乳化剂(复合) 45

抗老化剂 8

水 142(分两次加入，留20在施工时加入)

消泡剂微量

生产工艺流程如附图1所示，具体控制指标如前所述，不再重复.

2.产品性能如下：

附着力：＞1.2Mpa；

防水性能：常压下3分钟不透水；

渗透深度：10～20mm；

表干时间：2小时.

3.应用特点：

①施工过程与前面相同，施工时加入0.2％的起泡剂和20％活化剂并搅拌均匀.

②该种材料分两遍均匀喷洒于沥青路面上，能有效防止沥青砼的早期水损害，强化表层沥青砼的强度，避免柴油污损；

实施例二、将实施例一的沥青路面防水养护剂用于治理沥青路面早期病害的应用实例：

1.原料配比(重量比)：

沥青路面防护剂基料 100(配方及加工工艺与实例一相同)

起泡剂 0.5

水 8～15

水泥 4

施工工艺：

先把起泡剂、水泥和水倒入防护剂基料中搅拌均匀，即可喷洒，洒到路面后15分钟内，用泡沫发生器推揉，养护剂即刻变成泡沫，15分钟后，泡沫消失，6小时后，即可通车.一般分两遍施工，第一遍稀一些，第二遍浓一些.

2.主要性能指标如下：

附着力：＞1.2MPa；

防水性能：常压下3分钟不透水；

渗透深度：10～20mm；

表干时间：2小时.

3.应用特点：

①该种材料分两遍均匀喷洒于沥青路面上，能有效防止沥青砼的早期水损害，强化表层沥青砼的强度，避免柴油污损；

②能有效封闭细小裂纹，固结易脱落的沥青颗粒；

实施例三：将实施例一的沥青路面防水养护剂用于治理病害严重的沥青路面的应用实例：

1.用作路面严重病害处理时的材料配方(重量比)：

防护剂基料 100(配方及加工工艺与实例一相同)

水泥 8

橡胶粉(＜200目) 10

2.施工工艺：将上达三种材料按比例一次放入养护剂中，搅拌均匀，人工涂刷于路面病害严重处(大量龟裂、网裂处)，用泡沫发生器推揉后再用高压风机吹赶成型即可

3.其主要性能指标如下：

附着力：＞1.2Mpa；

防水性能：常压下3分钟不透水；

渗透深度： 10～20mm；

表干时间： 2小时.

4.应用特点：

②能有效封闭细小裂纹，固结易脱落的沥青颗粒；

③能充分充填较大而且密集的龟裂、网裂，防止水的侵入，避免沥青砼的加速破坏.

实施例四：将实施例一的沥青路面防水养护剂用作路面裂缝的灌缝材料

1.配方(重量比)：

防护剂基料(其配方和加工工艺同实施例一) 100

橡胶粉(第一遍) 11

水泥(425#) 6

细集料(0～1.6mm) 28

早强剂 0.03

2.施工方法：应根据裂缝大小形状制定施工方案，一般加工成(V)形，按配方将材料搅拌混合均匀，第一遍先用纯防护剂与橡胶粉混合充填缝隙，半小时后，再用该配方调制的混合料灌缝并修整表面，3小时后可开放交通；

3.主要性能指标：

附着力：＞0.8MPa

材料强度：＞1.2MPa

防水性能； 0.3MPa压力下30分钟不渗水

延伸率： 120％

4.应用特点：

①、有效充填较大缝隙.确保不渗水；

②、有较大的延伸率，能部裂缝的进一步张裂；

③、有一定的强度，能抵抗一定程度的变形.

实施例五：用于水泥砼桥面作为防水粘结层材料的沥青路面防水养护剂的生产工艺：

1.防水粘结剂基料的原料配方(重量比)：

沥青 100

橡胶粉 3

树脂 6

橡胶 10

交联剂 4

偶联剂 3

乳化剂(复合) 20

抗老化剂 0.1

活化剂 150

消泡剂 0.3

其加工工艺同实施例一

2.施工工艺：

直接用该配方所生产的产品在水泥混凝土桥面上施工，第一遍稀一些，用量少一些，第二、第三遍浓一些，用量多一些，施工前应对桥面进行认真清理.

3.主要性能：其主要性能指标如下：

附着力：＞0.8MPa；

防水性能： 0.3MPa水压下30分钟不透水；

渗透深度： 50～100μm；

表干时间： 1小时.

4.应用特点：

①.材料性能有兼容性：产品是针对桥面而研究开发的兼顾防水层和粘结层两重功能的新型材料，这样能省工省料，节省工期；

②.粘结性能：粘结效果是防水粘结层的最关键指标，该材料对下与基层(水泥砼、钢板或其它涂料)通过吸附和渗透双重作用，保证有良好的粘结性能；对上具有热塑性，成膜后与热沥青砼(约150℃)接触仍保持有很强的溶合粘结性能。粘结力达到0.8～1.5MPa，比其他防水、粘结材料高出几倍.

③.防水效果：能充分发挥涂膜防水和渗透层防水双重作用.防水效果与成膜的致密性和涂料的渗透性密切相关：该材料涂膜细密，因而防水效果良好；材料细度也很关键，该材料粒径达到2μ以下，渗透性强，能充分渗透并充填基层的微细通道，这两方面都是提高桥面防水的有效措施.

④.耐久性能：通过多种添加剂和乳化剂的共同作用，提高了包括疲劳强度、耐紫外线辐射、耐热、耐臭氧、耐腐蚀、耐水等方面的性能在内的耐久性指标.

⑤.抗疲劳性能良好：由于该材料常温下塑性好，施工厚度恰当，因而抗疲劳性能良好，并能够充分吸收沥青铺装层与水泥桥面(或钢桥面)之间由于承受交变应力产生的相对位移，不致于造成层间分离而影响铺装层使用寿命.

⑥.储存稳定性：该材料不易离析和变质，储存保质期达两年以上.

⑦.环保性能：该材料复杂的配方中不含有毒或对环境有污染的原料；加工过程(原材料预处理、改性、乳化和混炼过程)均为物理处理工艺，无不良化学反应过程，工艺过程无排放物和废弃物；不含挥发性有机溶剂，其溶剂为水，施工浓度可根据需要在现场调配，施工过程中不会对环境造成二次污染.

实施例六：用作钢桥面的防水粘结层的沥青路面防水养护剂的生产工艺

1.配方(重量比)：

沥青 100

橡胶粉 6

树脂 9

橡胶 15

交联剂 4

偶联剂 5

乳化剂(复合) 10

抗老化剂 0.1

活化剂 35

消泡剂 0.3

其加工工艺与实施例一相同.

2.施工工艺

直接用该配方所生产的产品在钢桥面上进行施工，按设计要求的厚度分多遍施工，第一遍稀一些，用量少一些，第二、第三遍浓一些，用量多一些，施工前应对桥面进行认真清理.

3.主要性能：其主要性能指标如下：

附着力：＞1.5MPa；

防水性能： 0.3MPa水压下30分钟不透水；

材料强度：＞2MPa；

表干时间： 1小时；

实干时间： 8小时

4.应用特点：

与实施例五相同.

实施例七、一种将上述沥青路面防水养护剂应用在公路沥青路面的涂层厚度测量方法

现场检测厚度所用的仪器由受料器和厚度计两个工具构成，受料器直径为Φ173mm的圆盘，面积0.1m²，施工时将该圆盘置于需要喷洒涂料的路面某处，喷洒完毕后，每次称取接料前后圆盘的重量差G₁(g)及烘干前后圆盘的重量差G₂(g)，再通过预先测定的该种材料的干容积密度及路面结构系数换算喷涂用量及喷涂公称厚度，可用下面公式计算：

施工用量(含固化剂、活化剂等挥发成分)用G表示：

G＝10G₁(g/m²)

涂层公称厚度用B表示：

B＝10^-3G₂/1.07(mm)

涂层实际厚度δ＝kB

式中：k为结构系数，与路表面构造深度有关，根据试验确定如下：

序号	沥青砼的形式	型式代号	结构系数(k)	备注
序号	沥青砼的形式	型式代号	结构系数(k)	备注	1	抗滑密实型	AK-13A	0.68～0.91
2	抗滑半开级配	AK-13B	0.46～0.76		1	抗滑密实型	AK-13A	0.68～0.91
2	抗滑半开级配	AK-13B	0.46～0.76		3	密实型级配	AC16-I	0.79～0.95
4	密实型级配	AC-13I	0.73～0.88		3	密实型级配	AC16-I	0.79～0.95

Claims

1.一种沥青路面防水养护剂，其特征在于由如下重量份比例的材料组成：

沥青 100

橡胶粉 2～20

树脂 3～10

橡胶 2～16

交联剂 2～10

偶联剂 1～6

复合乳化剂 1～20

抗老化剂适量

活化剂 30～300

起泡剂适量

消泡剂适量

在上述材料中，橡胶粉系旧轮胎经加工后成超细粉沫状态，树脂为HMA聚合物，橡胶为SBS，复合乳化剂是由阳离子乳化剂、聚氨基硅油和少量无机细集料复合加工而成，抗老化剂为抗紫外线防老剂及云母粉复配而成，活化剂为水，消泡剂为有机硅油，起泡剂是有机酸皂，施工前现场加入.

2.一种如权利要求1所述的沥青路面防水养护剂的生产工艺，其特征在于包括有原材料预处理、复合改性、乳化、添加辅助材料溶炼四道工序：

①原材料预处理工序：系指沥青的加温脱水，橡胶粉的泡涨、塑练和薄通，将乳化剂配制成复合乳液；

④添加辅助材料工序：在工序③的乳液里添加包含抗老化剂的辅助材料，在真空下进一步加工溶炼，然后冷却即成防水养护剂基料成品；

第三道工序中的复合乳液要预先进行溶解搅拌加热，然后再将高分子复合胶体与复合乳液按比例送入乳化泵中进行乳化.