CN102433836A

CN102433836A - 一种环氧沥青铺装坑槽修补用复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102433836A
Application number: CN2011102672480A
Authority: CN
Inventors: 潘友强; 张志祥; 曹荣吉; 张辉; 张健
Original assignee: Jiangsu Transportation Research Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Transportation Research Institute Co Ltd
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明公开了一种环氧沥青铺装坑槽修补用复合材料及其制备方法，该复合材料包括树脂碎石防水粘结层、混凝土层和碎石封层；所述防水粘结层涂布于所述坑槽内壁表面，由环氧树脂和撒布在环氧树脂表面的碎石固化而成；所述混凝土层摊铺于所述坑槽内，由环氧树脂和集料混合固化而成；所述碎石封层涂布于混凝土层表面，由环氧树脂和撒布在环氧树脂表面的碎石固化而成，上表层为固化在环氧树脂中的碎石裸露部分。本发明复合材料是一个组合体系，利用碎石封层能有效抗滑耐磨，同时对混凝土层与原环氧沥青铺装的接缝进行很好地密实粘合，提高接缝的防水性能；利用树脂碎石粘结层能有效提高混凝土层与钢板的粘结性能，以及提高钢桥面铺装体系的防水性能，保护钢板不被锈蚀。

Description

一种环氧沥青铺装坑槽修补用复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环氧沥青铺装坑槽修补用复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧沥青铺装凭借其优异的性能，自国内2001年在南京长江二桥的成功应用后，相继在润扬长江大桥、南京长江三桥、苏通大桥等项目上得到推广。据统计，目前国内已有30余座大桥采用环氧沥青钢桥面铺装，铺装面积超过50万m²。

然而随着环氧沥青铺装在我国使用时间的延长，加之国内高温重载、南方地区还存在多雨气候的使用条件，不少环氧沥青铺装出现了较严重的破损。由于环氧沥青是热固性材料，其修复难度大的缺点也逐渐暴露出来。

目前国内对环氧沥青铺装病害的养护技术研究中，对裂缝的修补技术研究比较多，而在修补坑槽方面，主要是简单地采用一般的沥青类混合料、环氧树脂混合料等单一结构和材料来修补，导致铺装表面的防水性能、接缝的密水性能以及层间粘结性能难以达到国内的使用要求。修复后的使用效果并不尽如人意，有的坑槽修补一年后就出现二次破坏，部分坑槽修补后甚至在一个雨季后就出现二次破坏。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有环氧沥青铺装坑槽修补中的缺陷，提供一种防水性能和层间粘结性能好的复合材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种环氧沥青铺装坑槽修补用的复合结构材料，该复合结构材料包括防水粘结层、混凝土层和碎石封层；所述防水粘结层涂布于所述坑槽内壁表面，由环氧树脂和撒布在环氧树脂表面的碎石固化而成，其中环氧树脂的用量为1～1.2kg/m²，碎石用量为1～1.5kg/m²；所述混凝土层摊铺于所述坑槽内，由环氧树脂和集料混合固化而成，其中环氧树脂与集料的重量比为7～8：100；所述碎石封层涂布于混凝土层表面，由环氧树脂和撒布在环氧树脂表面的碎石固化而成，其中环氧树脂用量为1～1.5kg/m²，碎石用量为1～1.5kg/m²；所述碎石封层上表层为固化在环氧树脂中的碎石裸露部分。

本发明还提供了一种上述复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将待修补的所述坑槽清理干净；

（2）取防水粘结层用环氧树脂和固化剂混和、搅拌均匀；

（3）将步骤（2）中混合均匀的环氧树脂和固化剂均匀地涂布在坑槽内壁表面，用量为1～1.2kg/m²，形成胶料表面；

（4）在步骤（3）形成的胶料表面撒布防水粘结层用碎石，所述碎石用量为1～1.5kg/m²；

（5）取混凝土层用环氧树脂和固化剂混和、搅拌均匀；

（6）将步骤（5）中混合均匀的环氧树脂和固化剂与集料混合，并搅拌均匀，其中环氧树脂和固化剂的总重量与集料的重量比为7～8：100；

（7）将步骤（6）中混合均匀的混凝土层混合料摊铺在待修补的坑槽内；

（8）将步骤（7）中的混凝土层碾压密实并整平。

（9）取碎石封层用环氧树脂和固化剂混和、搅拌均匀，形成环氧树脂胶料；

（10）将步骤（9）中混合均匀环氧树脂胶料涂布于混凝土层表面，形成封层，环氧树脂的用量为1～1.5kg/m²；

（11）在步骤（10）中形成的封层表面撒布一层碎石，使之与环氧树脂胶料一起固化，最终形成碎石封层；所述碎石的撒布量为1～1.5kg/m²；所述碎石封层总厚度为1～2mm；所述碎石封层上表层为固化在环氧树脂中的碎石裸露部分。

对本发明的进一步改进在于：上述防水粘结层中，碎石均匀撒布在环氧树脂表面，其中碎石部分镶嵌在环氧树脂中，部分裸露在环氧树脂表面。碎石采用单粒径玄武岩，碎石中粒径大于4.75mm的碎石占碎石总重量的5%以下，粒径小于2.36mm的碎石占碎石总重量的5%以下，粒径小于0.075mm的碎石占碎石总重量的1%以下，碎石尽量水洗并烘干，并且含水率小于1%，优选粒径为2.36～4.75mm；环氧树脂优选双酚A型环氧树脂，固化剂优选胺类固化剂。

混凝土层中，集料采用玄武岩碎石，集料与环氧树脂均匀混合。集料级配如下表所示，集料粒径小于13.2mm，其中粒径大于9.5mm的集料占混凝土层用集料总重量的5%以下，粒径小于4.75mm的集料占混凝土层用集料总重量的65%～85%，粒径小于2.36mm的集料占混凝土层用集料总重量的50%～70%，粒径小于0.6mm的集料占混凝土层用集料总重量的28%～40%，粒径小于0.075mm的集料占混凝土层用集料总重量的7%～14%；环氧树脂优选双酚A型环氧树脂，固化剂优选胺类固化剂。

表1　　混凝土层中集料级配

筛孔（mm）	13.2	9.5	4.75	2.36	0.6	0.075
							上限（％）	100	100	85	70	40	14
下限（％）	100	95	65	50	28	7

碎石封层中，碎石均匀撒布在环氧树脂表面，其中碎石部分镶嵌在环氧树脂中，部分裸露在环氧树脂表面。碎石采用单粒径玄武岩，碎石中粒径大于1.18mm的碎石占碎石总重量的5%以下，粒径小于0.6mm的碎石占碎石总重量的5%以下，粒径小于0.075mm的碎石占碎石总重量的1%以下，碎石尽量水洗并烘干，并且含水率小于1%，优选粒径为0.6～1.18mm；环氧树脂优选双酚A型环氧树脂，固化剂优选胺类固化剂。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、采用防水粘结层，依靠环氧树脂与钢板的高粘结强度，可以很好地使铺装与钢板形成一整体，协同受力；依靠同时对环氧树脂表面撒布单粒径碎石，使得碎石部分嵌固在树脂中，部分裸露在树脂表面，待其固化后，环氧碎石层依靠裸露碎石形成的粗糙表面增大与上层混凝土层铺装的接触面，提高层间粘结强度，尤其是抗剪切强度；

2、采用碎石封层，依靠环氧树脂自身的高强度及其与混凝土层铺装的高粘结强度，可以与混凝土层形成整体，承受车辆荷载；同时对环氧树脂表面撒布单粒径碎石，使得碎石部分嵌固在树脂中，部分裸露在树脂表面，待其固化后，碎石封层依靠裸露碎石形成的粗糙表面可以提高原环氧沥青铺装的抗滑性能；依靠碎石封层中的环氧树脂的高渗透性能，可以对混凝土层与原环氧沥青铺装的接缝进行很好地密实粘合，提高接缝的防水性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明环氧沥青铺装坑槽修补用复合材料及其制备方法进行详细说明。

材料优选实施例

为了解决环氧沥青铺装坑槽修补的难题、提高新旧铺装接缝的粘结性能、提高铺装与钢板的粘结性能、提高铺装的耐久性能，以及提高铺装的防水性能和抗滑性能，本发明首先对材料环氧树脂和碎石进行了筛选。

1、防水粘结层用环氧树脂材料性能要求：

（1）自身抗拉、抗弯强度高、与钢板、环氧沥青混凝土的粘结强度高，可以与钢板形成整体，有很好的变形协调性；

（2）断裂延伸率较高，可以很好地适应车辆作用下钢板表面产生的拉应变，不易开裂；

（3）耐高温性能好，要求环氧树脂能够在70℃高温状态下，与钢板的粘结性能满足要求；

（4）固化时间适中，有一定的施工和易性，根据交通开放要求，选用不同固化时间的环氧树脂，比如要满足当天施工，当天开放交通的要求，要求碎石环氧树脂的常温固化时间在3～5h左右；

表2防水粘结层主要性能要求

试验项目	单位	技术要求	试验方法
				拉伸强度(25℃)	MPa	≥10	GB/T 528
断裂伸长率(25℃)	%	≥15	GB/T 528
				拉拔强度(25℃)（与钢板）	MPa	≥15	拉拔试验
拉拔强度（70℃）（与钢板）	MPa	≥3	拉拔试验
				拉拔强度(25℃)（与环氧沥青混凝土）	MPa	≥12	拉拔试验
拉拔强度（70℃）（与环氧沥青混凝土）	MPa	≥3	拉拔试验
				固化时间(25℃)	h	满***通要求	拉拔试验
粘度(25℃)		适于刮除，不流淌

根据以上要求，筛选出最优环氧树脂：所述环氧树脂采用常温固化体系，一般环氧树脂为双酚A型环氧，常温固化剂类型为胺类固化剂，环氧树脂与固化剂比例按照各个厂家说明进行混合。比如型号为Epoxy resin-18的国产环氧树脂和固化剂。

2、防水粘结层用碎石要求：

（1）碎石采用玄武岩碎石，碎石要筛分，其中各方孔筛通过率分别达到如下标准，尽量水洗并烘干，并且含水率小于1%；

表3防水粘结层碎石料的粒径要求

筛孔/mm	通过率/%
		4.75	大于95
2.36	小于5
		0.075	小于1

（2）碎石撒布率基本达到满布面积的80%，并将未在环氧树脂表面固化的碎石扫除。

根据以上要求，选取粒径为2.36～4.75mm的单粒径玄武岩碎石，在环氧树脂的用量为1～1.2kg/m²的条件下，撒布量为1～1.5kg/m²，使其撒布率基本达到满布面积的80%。

3、碎石封层用环氧树脂材料性能要求：

（1）自身抗拉、抗弯强度高、与钢板的粘结强度高，可以与环氧树脂混凝土铺装形成整体，有很好的变形协调性；

（2）断裂延伸率较高，可以很好地适应车辆作用下铺装表面产生的拉应变，不易开裂；

（3）耐高温性能好，要求环氧树脂能够在70℃高温状态下，自身性能、与环氧树脂混凝土铺装的粘结性能满足要求；

（4）固化时间适中，根据交通开放要求，选用不同固化时间的环氧树脂，比如要满足当天施工，当天开放交通的要求，要求碎石环氧树脂的常温固化时间在3～5h左右；

（5）渗透性能好，要求环氧树脂具有较高的渗透性，能够使冷拌环氧树脂混凝土铺装表面的微裂缝、以及新旧铺装的接缝更加密实，粘结牢固。

（6）粘度适中，施工时不流淌，易刮除。

（7）抗紫外线老化能力强，保证碎石封层在日光照射下，性能衰减幅度不大，不影响磨耗层的路用性能。

表4 碎石封层用环氧树脂主要性能要求

试验项目	单位	技术要求	试验方法
				拉伸强度(25℃)	MPa	≥10	GB/T 528
断裂伸长率(25℃)	%	≥30	GB/T 528
				拉拔强度(25℃)（与环氧树脂混凝土）	MPa	≥8	拉拔试验
拉拔强度（70℃）（与环氧树脂混凝土）	MPa	≥1.5	拉拔试验
				固化时间(25℃)	h	满***通要求	拉拔试验
渗透性(25℃)	cm	≥1	灌胶法
				粘度(25℃)		适于刮除，不流淌
紫外线老化（模拟室外一年）拉伸强度比(25℃)	%	≥80	GB/T 528
				紫外线老化（模拟室外一年）拉拔强度比 (25℃)（与钢板）	%	≥80	拉拔试验
紫外线老化（模拟室外一年）拉拔强度比(25℃)（与环氧沥青混凝土）	%	≥80	拉拔试验

根据以上要求，筛选出最优环氧树脂：所述环氧树脂采用常温固化体系，一般环氧树脂为双酚A型环氧，常温固化剂类型为胺类固化剂，环氧树脂与固化剂比例按照各个厂家说明进行混合。比如国产的ER-18、ER-84。

4、碎石封层用碎石要求：

表5 碎石封层石料的粒径要求

筛孔/mm	通过率/%
		1.18	大于95
0.6	小于5
		0.075	小于1

（3）碎石的耐磨性要好，保证碎石超薄磨耗层在车轮作用下，不易磨损。根据 JTG T0752湿轮磨耗试验，对碎石抗滑磨耗层进行检验，要求磨耗率在100g/m²以内。

根据以上要求，选取粒径为0.6～1.18mm的单粒径玄武岩碎石，在环氧树脂的用量为1～1.5kg/m²的条件下，撒布量为1～1.5kg/m²，使其撒布率基本达到满布面积的80%。

5、混凝土层用环氧树脂及混合料性能要求：

（1）所用环氧树脂粘度适中，易于拌合，有很好的施工和易性；

（2）所用环氧树脂和集料形成的混合料强度高，有一定的变形性能；

（3）所用环氧树脂和集料形成的混合料有一定的低温性能；

（4）所用环氧树脂和集料形成的混合料密实，孔隙率低；

表4混凝土层主要性能要求

试验项目	技术要求	试验方法
			固化后马歇尔稳定度 kN（ 70℃）	≥50	50次击实
流值 0.1mm	20~50	T 0702-2000
			击实孔隙率 %	1～4	T 0702-2000
车辙动稳定度次/mm（70℃）	≥10000	T0719
			水稳定性：残留马歇尔稳定度 %	≥85	T0729
冻融劈裂试验残留强度比 %	≥80	T0729
			-10℃低温弯曲极限应变 ×10 ^-6	＞2000×10 ^-6	T0728
所用环氧树脂粘度	易于拌合、摊铺

根据以上要求，筛选出最优环氧树脂和集料：所述环氧树脂采用常温固化体系，一般环氧树脂为双酚A型环氧，常温固化剂类型为胺类固化剂，环氧树脂与固化剂比例按照各个厂家说明进行混合。比如国产的ER-42。所述集料采用玄武岩碎石，级配满足表1的要求。

产品实施例

取环氧树脂及其固化剂（如国产Epoxy resin-18），按照1:0.46进行混和，搅拌均匀后，按照1～1.2kg/m²的用量涂布于坑槽内钢板及其坑槽四壁，同时在树脂表面撒布粒径主要为2.36～4.75mm的玄武岩碎石，用量1～1.2kg/m²，形成防水粘结层；

其后，取环氧树脂、固化剂（如国产ER-42，比例为1:0.8），以及一定级配的集料（符合表1的要求），按照油石比7.5：100进行混合，搅拌均匀后，摊铺于防水粘结层上，并采用振动夯实机进行压实正平，形成混凝土层；

然后，取环氧树脂、固化剂（如国产ER-84，比例为1:1）混合，搅拌均匀后洒布于混凝土层表面，洒布率为1～1.2kg/m²，同时在树脂表面撒布主要粒径为0.6～1.18mm的玄武岩碎石，用量为1～1.5kg/m²，保证最后碎石封层的表面与原铺装表面齐平，或略高于原铺装，同时保证碎石封层的涂布面包含新旧铺装接缝。

Claims

1.一种环氧沥青铺装坑槽修补用复合材料，其特征在于：所述复合材料包括防水粘结层、混凝土层和碎石封层；所述防水粘结层涂布于所述坑槽内壁表面，由环氧树脂和撒布在环氧树脂表面的碎石固化而成，其中环氧树脂的用量为1～1.2kg/m²，碎石用量为1～1.5kg/m²；所述混凝土层摊铺于所述坑槽内，由环氧树脂和集料混合固化而成，其中环氧树脂与集料的重量比为7～8：100；所述碎石封层涂布于混凝土层表面，由环氧树脂和撒布在环氧树脂表面的碎石固化而成，其中环氧树脂用量为1～1.5kg/m²，碎石用量为1～1.5kg/m²；所述碎石封层上表层为固化在环氧树脂中的碎石裸露部分。

2.根据权利要求1所述的环氧沥青铺装坑槽修补用复合材料，其特征在于：所述防水粘结层用碎石中粒径大于4.75mm的碎石占防水粘结层用碎石总重量的5%以下，粒径小于2.36mm的碎石占防水粘结层用碎石总重量的5%以下，粒径小于0.075mm的碎石占防水粘结层用碎石总重量的1%以下。

3.根据权利要求1所述的环氧沥青铺装坑槽修补用复合材料，其特征在于：所述混凝土层用集料粒径小于13.2mm，其中粒径大于9.5mm的集料占混凝土层用集料总重量的5%以下，粒径小于0.075mm的集料占混凝土层用集料总重量的14%以下。

4.根据权利要求1所述的环氧沥青铺装坑槽修补用复合材料，其特征在于：所述碎石封层用碎石中粒径大于1.18mm的碎石占碎石封层用碎石总重量的5%以下，粒径小于0.6mm的碎石占碎石封层用碎石总重量的5%以下，粒径小于0.075mm的碎石占碎石封层用碎石总重量的1%以下。

5.根据权利要求1所述的环氧沥青铺装坑槽修补用复合材料，其特征在于：所述碎石采用单粒径玄武岩，所述集料采用玄武岩碎石。

6.根据权利要求1所述的环氧沥青铺装坑槽修补用复合材料，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，固化采用胺类固化剂。

7.一种环氧沥青铺装坑槽修补用复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将待修补的所述坑槽清理干净，将钢板进行除锈处理，并达到相关要求；

（2）取防水粘结层用环氧树脂和固化剂混和、搅拌均匀；

（5）取混凝土层用环氧树脂和固化剂混和、搅拌均匀；

（8）将步骤（7）中的混凝土层碾压密实并整平；

8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于：所述防水粘结层用碎石中粒径大于4.75mm的碎石占防水粘结层用碎石总重量的5%以下，粒径小于2.36mm的碎石占防水粘结层用碎石总重量的5%以下，粒径小于0.075mm的碎石占防水粘结层用碎石总重量的1%以下；所述混凝土层用集料采用玄武岩碎石，碎石粒径小于13.2mm，其中粒径大于9.5mm的碎石占混凝土层用碎石总重量的5%以下，粒径小于4.75mm的碎石占混凝土层用碎石总重量的65%～85%，粒径小于2.36mm的碎石占混凝土层用碎石总重量的50%～70%，粒径小于0.6mm的碎石占混凝土层用碎石总重量的28%～40%，粒径小于0.075mm的碎石占混凝土层用碎石总重量的7%～14%；所述碎石封层用碎石中粒径大于1.18mm的碎石占碎石封层用碎石总重量的5%以下，粒径小于0.6mm的碎石占碎石封层用碎石总重量的5%以下，粒径小于0.075mm的碎石占碎石封层用碎石总重量的1%以下；所述碎石均水洗烘干，含水率小于1%。

9.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于：所述防水粘结层用碎石和碎石封层用碎石采用单粒径玄武岩。

10.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，固化剂为胺类固化剂。