CN104446163A - 一种雾封层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路养护领域使用的雾封层材料及其制备方法，雾封层材料包括重量份的：乳化沥青70-97份，改性剂3-30份，防水剂0.5-10份，纳米材料0.5-5份，耐磨抗滑砂250-500份；本发明的雾封层材料具有配方简单，使用方便，粘附能力强，防水性能、抗滑及耐高温性能优越等特点；同时本发明的新型雾封层材料改性剂为水性高分子聚合物，并且添加纳米材料，不仅可以明显提高道路路面的抗老化性和抗水性，而且能够对公路路面病害如渗水损害，微小裂缝、细集料松散等进行处理，从而极大地改善路面的行车环境和增加沥青路面的强度和耐久性。

Description

一种雾封层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路养护材料技术领域，具体涉及一种雾封层材料及其制备方法。

背景技术

当沥青路面正常使用几年后，路面开始出现轻微疲劳龟裂、损失细骨料的现象，并且其渗水性大大提高，路面水会经过裂缝或细骨料损伤处(露骨处)进入到沥青混合料中，这进一步加速了路面的损坏。在这时期，路面处于基本完好时期，如果在这一时期不进行及时处理，会导致网裂、龟裂、坑洞等路面破坏。如何对以上的这些缺陷进行处理，方法很多，如微表处、薄罩面等，都各有优缺点，但总结起来，在这一阶段，最有效的方法是“雾封层技术”即“FOG SEAL”，且它的费用非常的低廉。

雾封层是在沥青面层上喷洒一层薄薄的、高渗透性的特殊沥青，以形成一层严密的防水层将路面封闭，起到隔水防渗、保护路面的功能，最大限度地减少路面的水破坏，增大路面集料间的粘结力，延长路面使用寿命。可用于轻度到中度细料损失或松散的道路，可更新和保护旧氧化沥青路面，填补小型裂缝和表面空隙，加深沥青路面的颜色，加大沥青路面与标线的对比度，无论是交通量小的道路还是交通量大的道路均可使用。雾封层作为高速公路早期预防性养护最有效的方法，在2004年年度《第二届全国公路科技创新高层论坛》上，把它作为养护新技术，在全国推广。经雾封层后，由于所用材料流动性比较大，可渗入到骨料缝中去，可流入到裂缝中去，对路面“输血”，从而恢复路表沥青粘附力，填补微小裂缝和空隙，防止路表水下渗，将路面性能维持2-3年时间，推迟造价更高的养护工程，提高了道路的经济效益。

目前国内外已经有许多雾封层材料，如申请号为201110335727.1的中国专利公开了一种用于路面养护的复合封层，所述复合封层共两层，包括砂料层以及乳化沥青材料层，原有路面为复合封层载体，但由于采用的砂料较粗，普通乳化沥青粘附较差，使用一段时间后极易被行车磨掉、带走，使用效果差；又如申请号为201110212884.3的中国专利，采用的是粘结性较好的环氧树脂作为改性剂，但由于没有添加抗滑性细砂和抗水性材料，会导致抗水性和抗滑性能下降；又如申请号为201210219467.6及申请号为201010567413.X的中国专利添加了沥青再生剂，但没有添加粘结性和抗滑性材料，均会影响路用效果。

目前雾封层材料的研究一直在沿着两个方向取得进展，一方面是从材料上采用粘附性更高的粘结料，另一方面是从工艺上改善粘结剂与砂粒之间的裹覆性能。水性材料在路面应用是目前研究新热点，例如水性聚氨酯，有阴离子型、阳离子型和非离子型三种类型，在成膜过程中水分逐渐被排除，分子之间发生交联反应，形成网络结构，不仅具有更好的环保性能，而且具有硬度高且富有弹性，粘附力强，耐油防水等优良性能，在涂料工业应用中已经发挥了巨大作用，若应用于雾封层技术中，将带来很大的经济效益和应用前景。

综上所述，很多材料在使用时都存在耐磨性和与路面粘附性较差的缺点，为改进雾层封层缺点，还有很大的研究空间。

发明内容

本发明的目的是为解决目前雾封层材料存在粘附性、抗滑性差等缺点及技术难题，提供一种雾封层材料及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种雾封层材料，由下述重量份配比的原料组成：

所述的改性乳化沥青由下述重量份配比的原料组成：

改性剂      3-30份、

乳化沥青    70-97份；

所述的乳化沥青由沥青：水＝40-60:60-40的重量比组成。

上述雾封层材料，所述的纳米材料为纳米粘土、纳米碴粉和碳超细纤维中的一种；所述的纳米粘土为纳米蒙脱石、橡胶纳米粘土、环氧树脂纳米粘土、聚酯纳米粘土中的一种；所述的纳米渣粉为纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的一种。

所述的防水剂为水性有机硅、水性氟碳中的一种。

所述的耐磨抗滑砂为石英砂、玄武砂、金刚砂和辉绿岩砂中的一种；所述的耐磨抗滑砂的粒径范围为20-100目(0.15-0.85mm)，优选20-40目、30-60目、40-70目或70-100目中的一种。

所述的改性剂为阳离子水性聚氨酯、阴离子水性聚氨酯或非离子水性聚氨酯中的一种；

一种雾封层材料的制备方法，包括如下步骤：

1)按沥青：水＝40-60:60-40重量比称好各个用量，将乳化剂加入60-80℃的水中搅拌使其充分溶解混合，向乳液中加入盐酸或者氢氧化钠，搅拌充分后测pH值，逐步加入，逐步检测，调整pH在1-4或10-12，将沥青加热至130-160℃，完成后将沥青缓缓加入乳液中进行乳化，加完后乳化持续3-20分钟后倒出乳化沥青；

2)将改性剂3-30重量份、防水剂0.5-10重量份加入乳化沥青70-97重量份中，低速搅拌5-20分钟，搅拌均匀后制得固含量为30-55％的改性乳化沥青；

3)将纳米材料0.5-5重量份、耐磨抗滑砂250-500重量份加入到90-120重量份改性乳化沥青材料中，搅拌混合均匀，即可得到雾封层材料。

一种雾封层材料的制备方法，也可以包括如下步骤：

1)按沥青：水＝40-60:60-40重量比称好各个用量，将乳化剂加入60-80℃的水中搅拌使其充分溶解混合，向乳液中加入盐酸或者氢氧化钠，搅拌充分后测pH值，逐步加入，逐步检测，调整pH在1-4或10-12，将沥青加热至130-160℃，完成后将沥青缓缓加入乳液中进行乳化，加完后乳化持续3-20分钟后倒出乳化沥青；

2)将改性剂3-30重量份加入乳化沥青70-97重量份中，低速搅拌5-20分钟，搅拌均匀后制得固含量为30-55％的改性乳化沥青；

3)将防水剂0.5-10重量份、纳米材料0.5-5重量份、耐磨抗滑砂250-500重量份加入到90-120重量份改性乳化沥青材料中，搅拌混合均匀，即可得到雾封层材料。

本发明所述的乳化剂为阳离子快裂沥青乳化剂、阳离子中裂沥青乳化剂、阴离子沥青乳化剂非离子乳化剂中的一种或两种，乳化剂用量为0.4-4％。

本发明提供的雾封层材料，是一种粘附性、抗水性、耐磨抗滑性能均更优越的公路路面养护用的新型雾封层材料。本发明应用于雾封层技术施工后，水性高分子聚合物(如水性聚氨酯)则增强了乳液的粘韧性，而水性防水剂(如水性有机硅)则改善了附着表面的抗水性，将添加了这种水性材料的乳液与极细的耐磨抗滑砂(粒径0.15-0.85mm)搅拌混合后将其喷洒、涂刷在沥青路面上1-3遍可形成一层极薄的保护层，对沥青路面具有一种屏蔽保护作用，可以抵抗阳光、空气对原路面沥青的老化，阻止水分侵入沥青路面而导致的水损害，保护路面沥青不受泄露的汽油、柴油、机油等轻质油分的软化作用，防止雨水或其它化学品对沥青路面的侵蚀；另外高粘附性的粘结材料事先与高耐磨性集料(例如石英砂)充分裹覆，保证了表面必要的抗滑性能以及它的耐久性。

和现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明的雾封层材料具有配方简单，使用方便，粘附能力强，防水性能、耐磨抗滑及耐高温性能优越等特点；

2、本发明的雾封层材料中改性剂为水性高分子材料，并且添加纳米材料，不仅可以明显提高道路路面的抗老化性和耐久性，而且能够对公路路面病害如渗水损害，微小裂缝、细集料松散等进行处理，从而极大地改善路面的行车环境和增加沥青路面的强度和耐久性。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1：

一种雾封层材料及其制备方法，由以下步骤实现：

1)按沥青：水＝40:60比例称好各个用量，将阳离子快裂沥青乳化剂加入60℃的水中搅拌使其充分溶解混合，向乳液中加入盐酸，搅拌充分后测pH，逐步加入，逐步检测，最后pH为1，将沥青加热至130℃，完成后将沥青缓缓加入乳液中进行乳化，加完后乳化持续3分钟后倒出即得阳离子乳化沥青；

2)将固含量为30％阳离子水性聚氨酯300g、固含量为70％水性有机硅5g加入乳化沥青700g中，使用低速搅拌器搅拌20分钟，搅拌均匀后制得固含量约为37％的改性乳化沥青；

3)将纳米材料碳超细纤维50g、粒径范围30-60目的石英砂5000g，加入到上述制备好的900g改性乳化沥青材料中，搅拌混合均匀，即可得到雾封层材料。

实施例2：

一种雾封层材料及其制备方法，由以下步骤实现：

1)按沥青：水＝55：45比例称好各个用量，将阳离子中裂沥青乳化剂加入65℃的水中搅拌使其充分溶解混合，向乳液中加入盐酸，搅拌充分后测pH，逐步加入，逐步检测，最后pH为4，将沥青加热至160℃，完成后将沥青缓缓加入乳液中进行乳化，加完后乳化持续20分钟后倒出阳离子乳化沥青；

2)将阳离子水性聚氨酯30g、防水剂水性氟碳100g加入970g乳化沥青中，使用低速搅拌器搅拌5分钟，搅拌均匀后制得固含量约为55％的改性乳化沥青；

3)将纳米蒙脱土50g、粒径范围为40-70目的辉绿岩砂2250g加入到上述制备好的1080g改性乳化沥青材料中，搅拌混合均匀，即可得到雾封层材料。

实施例3：

一种雾封层材料及其制备方法，由以下步骤实现：

1)按沥青：水＝50:50比例称好各个用量，将阴离子沥青乳化剂加入80℃的水中搅拌使其充分溶解混合，向乳液中加入氢氧化钠，搅拌充分后测pH，逐步加入，逐步检测，最后pH为12，将沥青加热至145℃，完成后将沥青缓缓加入乳液中进行乳化，加完后乳化持续10分钟后倒出乳化沥青；

2)将阴离子水性聚氨酯150g、防水剂水性有机硅50g加入800g阴离子乳化沥青中，使用低速搅拌器搅拌10分钟，搅拌均匀后制得固含量为40％的改性乳化沥青；

3)将橡胶纳米粘土5g、粒径范围为20-40目的金刚砂3000g加入到上述制备好的1000g改性乳化沥青材料中，搅拌混合均匀，即可得到雾封层材料。

实施例4：

一种雾封层材料及其制备方法，由以下步骤实现：

1)按沥青：水＝45：55比例称好各个用量，将阳离子快裂沥青乳化剂加入70℃的水中搅拌使其充分溶解混合，向乳液中加入盐酸，搅拌充分后测pH，逐步加入，逐步检测，最后pH为2，将沥青加热至160℃，完成后将沥青缓缓加入乳液中进行乳化，加完后乳化持续15分钟后倒出阳离子乳化沥青；

2)将非离子水性聚氨酯200g、防水剂水性有机硅80g加入上述制备的800g乳化沥青中，使用低速搅拌器搅拌18分钟，搅拌均匀后制得固含量为45％的改性乳化沥青；

3)将纳米三氧化二铝30g、粒径范围为70-100目的玄武岩砂3500g加入到上述制备好的1200g改性乳化沥青材料中，搅拌混合均匀，即可得到雾封层材料。

实施例5：

一种雾封层材料及其制备方法，由以下步骤实现：

1)按沥青：水＝60:40比例称好各个用量，将阳离子快裂沥青乳化剂加入80℃的水中搅拌使其充分溶解混合，向乳液中加入盐酸，搅拌充分后测pH，逐步加入，逐步检测，最后pH为3，将沥青加热至145℃，完成后将沥青缓缓加入乳液中进行乳化，加完后乳化持续3分钟后倒出即得阳离子乳化沥青；

2)将阳离子水性聚氨酯150g加入850g乳化沥青中，使用低速搅拌器搅拌5分钟，搅拌均匀后制得固含量为50％的改性乳化沥青；

3)将防水剂水性有机硅100g、环氧树脂纳米粘土10g、粒径范围为30-60目的石英砂2500g加入到上述步骤二制备的1000g改性乳化沥青材料中，搅拌混合均匀，即可得到雾封层材料。

实施例6：

一种雾封层材料及其制备方法，由以下步骤实现：

1)按沥青：水＝55：45比例称好各个用量，将阳离子沥青乳化剂加入65℃的水中搅拌使其充分溶解混合，向乳液中加入盐酸，搅拌充分后测pH，逐步加入，逐步检测，最后pH为4，将沥青加热至160℃，完成后将沥青缓缓加入乳液中进行乳化，加完后乳化持续5分钟后倒出阳离子乳化沥青；

2)将阳离子水性聚氨酯80g加入920g乳化沥青中，使用低速搅拌器搅拌10分钟，搅拌均匀后制得固含量约为55％的改性乳化沥青；

3)将防水剂水性氟碳50g、聚酯纳米粘土40g、粒径范围为40-70目的辉绿岩砂4800g加入到上述制备好的1000g改性乳化沥青材料中，搅拌混合均匀，即可得到雾封层材料。

实施例7：

一种雾封层材料及其制备方法，由以下步骤实现：

1)按沥青：水＝40:60比例称好各个用量，将阴离子沥青乳化剂加入75℃的水中搅拌使其充分溶解混合，向乳液中加入氢氧化钠，搅拌充分后测pH，逐步加入，逐步检测，最后pH为10，将沥青加热至140℃，完成后将沥青缓缓加入乳液中进行乳化，加完后乳化持续15分钟后倒出乳化沥青；

2)将阴离子水性聚氨酯30g加入970g阴离子乳化沥青中，使用低速搅拌器搅拌10分钟，搅拌均匀后制得固含量为40％的改性乳化沥青；

3)将防水剂水性有机硅50g、纳米二氧化硅50g、粒径范围为20-40目的金刚砂2500g加入到上述制备好的1000g改性乳化沥青材料中，搅拌混合均匀，即可得到雾封层材料。

实施例8：

一种雾封层材料及其制备方法，由以下步骤实现：

1)按沥青：水＝45：55比例称好各个用量，将阳离子快裂沥青乳化剂加入50℃的水中搅拌使其充分溶解混合，向乳液中加入盐酸，搅拌充分后测pH，逐步加入，逐步检测，最后pH为2，将沥青加热至130℃，完成后将沥青缓缓加入乳液中进行乳化，加完后乳化持续20分钟后倒出阳离子乳化沥青；

2)将非离子水性聚氨酯200g加入上述制备的800g乳化沥青中，使用低速搅拌器搅拌18分钟，搅拌均匀后制得固含量为45％的改性乳化沥青；

3)将防水剂水性有机硅80g、纳米二氧化钛20g、粒径范围为70-100目的玄武岩砂3500g加入到上述制备好的1200g改性乳化沥青材料中，搅拌混合均匀，即可得到雾封层材料。

试验例1：

将实施例1、实施例8按如下施工工艺流程进行施工：

1)清扫路面：去除尘土砂石，油污，树叶，碎纸等杂物，保护路面标志标线和路缘石等设施，对小裂缝等病害进行预处理；

2)材料搅拌：将上述制备好的新型雾封层材料搅拌均匀后加入到具有均匀喷洒功能的高压小面积喷洒设备中，改性乳化沥青和耐磨抗滑砂用量比例为1：2.5-5；

3)喷洒：调整高压喷洒设备的喷嘴，按照路面预定的喷洒范围和路线，设置洒布量进行喷洒，改性乳化沥青洒布量为0.4-1kg/m²，耐磨抗滑砂洒布量为1-5kg/m²；

4)封闭交通养生，等待破乳和干燥；

5)撤除保护，恢复标线，养生时间为4-12小时后即可开放交通。

按照《T0654-2011乳化沥青与矿料粘附性试验》的方法检测雾封层材料与石料的粘附性；按照《T0971-93沥青路面渗水系数试验方法》测定了材料的封水性能；按照《T0752-2011乳化沥青稀浆封层混合料湿轮磨耗试验》的方法对雾封层材料进行磨耗试验，检测其耐磨耗性能；按照《T 0961-95手工、铺沙法测定路面构造深度试验方法》和《T 0964-95摆式仪测定路面抗滑值试验方法》的方法，测定雾封层材料对路面抗滑性能的影响。

表1.实施例1试验结果

表2.实施例8试验结果

由表1和表2测试结果可知，实施例1和实施例8所制备的雾封层材料解决了目前雾封层材料存在粘附性、抗滑性差等缺点及技术难题，材料的粘附性，耐磨抗滑性能均达到优良水平；材料对路面的构造深度和摩擦系数影响均很微小，路面摩擦系数的损失不超过10％，仅为3％左右，并且施工后路面渗水系数降低达到0mL/min，不渗水，施工后路面的抗水损害和耐磨抗滑性能得到了极大的改善。

Claims (7)

1.一种雾封层材料，其特征在于，由下述重量份配比的原料组成：

所述的改性乳化沥青由下述重量份配比的原料组成：

改性剂    3-30份、

乳化沥青  70-97份；

所述的乳化沥青由沥青：水＝40:60-60:40的重量比组成。

2.根据权利要求1所述的雾封层材料，其特征在于：所述的纳米材料为纳米粘土、纳米碴粉和碳超细纤维中的一种；所述的耐磨抗滑砂为石英砂、玄武砂、金刚砂和辉绿岩砂中的一种；所述的防水剂为水性有机硅、水性氟碳中的一种；所述的改性剂为阳离子水性聚氨酯、阴离子水性聚氨酯或非离子水性聚氨酯中的一种。

3.根据权利要求2所述的雾封层材料，其特征在于：所述的纳米粘土为纳米蒙脱石、橡胶纳米粘土、环氧树脂纳米粘土、聚酯纳米粘土中的一种；所述的纳米渣粉为纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的一种。

4.根据权利要求2所述的雾封层材料，其特征在于：所述的耐磨抗滑砂的粒径范围为20-100目。

5.根据权利要求4所述的雾封层材料，其特征在于：所述的耐磨抗滑砂的粒径范围为20-40目、30-60目、40-70目或70-100目中的一种。

6.一种权利要求1所述的雾封层材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)按沥青：水＝40-60:60-40重量比称好各个用量，将乳化剂加入60-80℃的水中搅拌使其充分溶解混合，向乳液中加入盐酸或者氢氧化钠，搅拌充分后测pH值，逐步加入，逐步检测，调整pH在1-4或10-12，将沥青加热至130-160℃，完成后将沥青缓缓加入乳液中进行乳化，加完后乳化持续3-20分钟后倒出乳化沥青；

2)将改性剂3-30重量份、防水剂0.5-10重量份加入乳化沥青70-97重量份中，低速搅拌5-20分钟，搅拌均匀后制得固含量为30-55％的改性乳化沥青；

3)将纳米材料0.5-5重量份、耐磨抗滑砂250-500重量份加入到90-120重量份改性乳化沥青材料中，搅拌混合均匀，即可得到雾封层材料。

7.一种权利要求1所述的雾封层材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)按沥青：水＝40-60:60-40重量比称好各个用量，将乳化剂加入60-80℃的水中搅拌使其充分溶解混合，向乳液中加入盐酸或者氢氧化钠，搅拌充分后测pH值，逐步加入，逐步检测，调整pH在1-4或10-12，将沥青加热至130-160℃，完成后将沥青缓缓加入乳液中进行乳化，加完后乳化持续3-20分钟后倒出乳化沥青；

2)将改性剂3-30重量份加入乳化沥青70-97重量份中，低速搅拌5-20分钟，搅拌均匀后制得固含量为30-55％的改性乳化沥青；

3)将防水剂0.5-10重量份、纳米材料0.5-5重量份、耐磨抗滑砂250-500重量份加入到90-120重量份改性乳化沥青材料中，搅拌混合均匀，即可得到雾封层材料。