CN104478355A - 环保冷拌型模量可调的路面材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种环保冷拌型模量可调的路面材料及制备方法，在容器中加入同等分量的水性环氧树脂和水性固化剂，得到水性环氧树脂混合物；按一定质量比准备乳化沥青、水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂、稳定剂；在容器中先加入乳化沥青，用盐酸调节pH为5.0～6.5，加入上述其他材料搅拌成混合液；将高速剪切机定子置入混合液当中，设定转速350-500转/分钟，约20-40min，得到水性环氧乳化沥青乳液；B、按比例选取粗集料、细集料、填料、水泥及上述制备得到的水性环氧乳化沥青；在沥青混合料拌和机中加入粗集料、细集料、橡胶粉搅拌后添加水性环氧乳化沥青后搅拌，再加入水泥搅拌。

Description

环保冷拌型模量可调的路面材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种环保冷拌型模量可调的路面材料及制备方法，可适用于各等级路面柔性基层及沥青面层。
技术背景：
一直以来，国内关于沥青路面组合结构设计往往依据使用经验完成，其中表征路面承载能力的路面弯沉的设计验算多以反推法实现，反推法的前提是各个结构层材料的模量为固定值，但是材料力学性能的测试往往表明其模量随着材料性能、组成设计的不同而有较大的波动。为了满足弯沉设计，众多的施工单位会采用高强度的半刚性基层，其模量远超设计规范的推荐值，这也造成了当前沥青路面验收过程中各结构层回弹弯沉满足设计要求，但是沥青路面却在早期服役过程中就出现了反射裂缝、车辙等病害。
当前的理论实践研究认为出现这类病害的原因为沥青面层的高温稳定性能不足，因此各种改善沥青面层高温性能的措施应运而生，主要包括高性能SBS改性沥青混合料、高模量沥青混合料等。但是随着近年来道路等级和车速的不断提高、交通量的增长、轴载的加重，路面的早期损坏仍然未得到预期中的改善效果。究其原因，并非仅仅沥青面层材料的高温稳定性能不足，而是半刚性基层的刚度过大，与沥青面层的模量不匹配，随着半刚性基层模量的增大，沥青路面层间拉应力增大，易导致沥青路面的早期剪切破坏。为了解决半刚性基层模量与沥青面层材料模量不匹配的问题，可以通过设置介乎两者模量之间的结构层和提高整体沥青面层材料模量两种措施。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种具有低挥发性、冷拌、高低温性能优良、模量可调的环保冷拌型模量可调的路面材料及制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种环保冷拌型模量可调的路面材料，其特征在于它包括如下质量比的材料：
所述的水性环氧乳化沥青包括如下质量比的材料：
所述的粗集料为闪长岩、玄武岩、辉绿岩、花岗岩或石灰岩；所述的细集料为闪长岩、玄武岩、辉绿岩、花岗岩或石灰岩；所述的填料为橡胶粉。
一种权利要求1中的环保冷拌型模量可调的路面材料的制备方法，其特征在于他包括如下的步骤：
A、水性环氧乳化沥青的制备
按照质量比为水性环氧树脂︰水性固化剂＝100︰100，选取水性环氧树脂、水性固化剂，备用。在容器中同时加入水性环氧树脂、水性固化剂，持续人工搅拌2～4min，得到水性环氧树脂混合物；
选取乳化沥青、上述制备得到的水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂和稳定剂，备用；
在容器中先加入乳化沥青，用盐酸调节pH为5.0～6.5，边人工搅拌边加入水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂及稳定剂，持续人工搅拌1～3min至混合液均匀；
再将高速剪切机定子置入混合液当中，设定转速350-500转/分钟，开启开关进行剪切，大约20-40min，得到水性环氧乳化沥青乳液；
B、环保冷拌型模量可调路面材料的制备
选取粗集料、细集料、填料、水泥及上述制备得到的水性环氧乳化沥青，备用；
在沥青混合料拌和机中加入粗集料、细集料、橡胶粉，搅拌60～90s，添加水性环氧乳化沥青后搅拌60～90s，最后加入水泥搅拌60～90s，得到环保冷拌型模量可调路面材料。
所述的水性环氧树脂为水性环氧树脂HTW-608或水性环氧树脂HTW-609或水性环氧树脂GEM03或水性环氧树脂GEM02。
所述的水性固化剂为水性固化剂HTW-208或水性固化剂GCA01或水性固化剂GCA02。
所述的乳化沥青为阳离子中裂乳化沥青或阳离子慢裂乳化沥青。
所述的乳化剂为BH-Z2型乳化剂或BH-MM型乳化剂。
所述的消泡剂为铵盐阳离子表面活性剂。
所述的稳定剂为聚乙烯醇或乙二醇；
所述的粗集料为闪长或玄武岩或辉绿岩或花岗岩或石灰岩，最大公称粒径26.5毫米；所述的细集料为闪长岩或玄武岩或辉绿岩或花岗岩或石灰岩，最大公称粒径4.75毫米；所述的橡胶粉为40-80目橡胶粉；所述的水泥为P.O32.5或P.O42.5普通硅酸盐水泥。
本发明基于冷拌沥青混合料，通过水性环氧树脂改性、掺加水泥以及部分橡胶粉综合调节冷拌沥青混合料的模量以及使用性能。在制备水性环氧乳化沥青过程中，水性环氧树脂与水性固化剂发生部分固化反应，通过消泡剂、稳定剂、乳化剂的协同作用，部分固化产物均匀分散于沥青乳化液之中。水性环氧乳化沥青在于集料拌合后，开始破乳反应，在水泥水化反应的催化作用下会加速破乳反应，此时水性环氧树脂固化反应、水泥水化反应、破乳反应一起作用，形成以沥青基材料为基体，水性环氧树脂固化产物、水泥水化产物交织共生其中的胶结体系。相较沥青基材料，水性环氧树脂固化产物及水泥水化产物强度较高，在整个材料体系中起到了调节模量的作用。
本发明的有益效果是：通过水性环氧树脂固化、水泥水化等的协同作用，既保证了冷拌沥青混合料的使用性能，同时可以调节整体材料的模量。若作为柔性基层，本材料的模量高于传统的柔性基层材料，可以降低其与水泥稳定底基层之间的模量差，降低层间拉应力，缓解裂缝反射；若作为沥青面层材料，本材料的模量亦高于一般的沥青混合料，可以降低其与半刚性基层之间的模量差，降低层间拉应力，既起到了缓解裂缝反射的作用，同时热固性环氧树脂材料可以显著提高本材料的高温稳定性，有效防止车辙病害。综上述，本发明制备的新型路面材料具有低VOC(挥发性有机化合物)、冷拌、高低温性能优良、模量可调的技术特点。
本发明所述材料制备方法，并不需要特种设备完成，常温常压下即可实现，便于工业化生产应用。
具体实施方式：
实施例1：
1)水性环氧乳化沥青的制备
按照质量比为水性环氧树脂:水性固化剂＝100:100，选取水性环氧树脂、水性固化剂，备用。在容器中同时加入水性环氧树脂、水性固化剂，持续人工搅拌2min，得到水性环氧树脂混合物。
按质量比为乳化沥青:水性环氧树脂混合物:乳化剂:消泡剂:稳定剂＝100:4:0.6:0.1:0.6，选取乳化沥青、上述制备得到的水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂和稳定剂，备用。在容器中先加入乳化沥青，用盐酸调节pH为5.0，边人工搅拌边加入水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂及稳定剂，持续人工搅拌1min至混合液均匀。再将高速剪切机定子置入混合液当中，调节好转速350转/分钟，开启开关进行剪切，大约20min，得到水性环氧乳化沥青乳液。(注：配制的乳液储存时间不要超过6h)
2)环保冷拌型模量可调路面材料的制备
按质量比为粗集料:细集料:填料:水泥:水性环氧乳化沥青＝100:60:8:4:8，选取粗集料、细集料、填料、水泥及上述制备得到的水性环氧乳化沥青，备用；
在沥青混合料拌和机中加入粗集料、细集料、橡胶粉，搅拌60s，添加水性环氧乳化沥青后搅拌60s，最后加入水泥搅拌60s，得到环保冷拌型模量可调路面材料。
所述的水性环氧树脂为上海绿嘉水性涂料有限公司生产水性环氧树脂GEM03。
所述的水性固化剂为上海绿嘉水性涂料有限公司生产水性固化剂GCA01。
所述的乳化沥青为泰普克沥青(大众)有限公司生产阳离子中裂乳化沥青。
所述的乳化剂为BH-Z2型乳化剂、BH-MM型乳化剂。
所述的消泡剂为河南省道纯化工技术有限公司生产铵盐阳离子表面活性剂。
所述的稳定剂为聚乙烯醇。
所述的粗集料为闪长岩，最大公称粒径26.5毫米；
所述的细集料为闪长岩，最大公称粒径4.75毫米。
所述的橡胶粉为40目橡胶粉。
所述的水泥为P.O32.5普通硅酸盐水泥。
实施例2：
1)水性环氧乳化沥青的制备
按照质量比为水性环氧树脂:水性固化剂＝100:100，选取水性环氧树脂、水性固化剂，备用。在容器中同时加入水性环氧树脂、水性固化剂，持续人工搅拌3min，得到水性环氧树脂混合物。
按质量比为乳化沥青:水性环氧树脂混合物:乳化剂:消泡剂:稳定剂＝100:8:0.9:0.2:0.9，选取乳化沥青、上述制备得到的水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂和稳定剂，备用。在容器中先加入乳化沥青，用盐酸调节pH为5.5，边人工搅拌边加入水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂及稳定剂，持续人工搅拌2min至混合液均匀。再将高速剪切机定子置入混合液当中，调节好转速400转/分钟，开启开关进行剪切，大约25min，得到水性环氧乳化沥青乳液。(注：配制的乳液储存时间不要超过6h)
2)环保冷拌型模量可调路面材料的制备
按质量比为粗集料:细集料:填料:水泥:水性环氧乳化沥青＝100:65:9:5:10，选取粗集料、细集料、填料、水泥及上述制备得到的水性环氧乳化沥青，备用；
在沥青混合料拌和机中加入粗集料、细集料、橡胶粉，搅拌60s，添加水性环氧乳化沥青后搅拌60s，最后加入水泥搅拌60s，得到环保冷拌型模量可调路面材料。
所述的水性环氧树脂为上海绿嘉水性涂料有限公司生产水性环氧树脂GEM02。
所述的水性固化剂为上海绿嘉水性涂料有限公司生产水性固化剂GCA02。
所述的乳化沥青为泰普克沥青(大众)有限公司生产阳离子中裂乳化沥青。
所述的乳化剂为BH-Z2型乳化剂、BH-MM型乳化剂。
所述的消泡剂为河南省道纯化工技术有限公司生产铵盐阳离子表面活性剂。
所述的稳定剂为聚乙烯醇。
所述的粗集料为辉绿岩，最大公称粒径26.5毫米；
所述的细集料为辉绿岩，最大公称粒径4.75毫米。
所述的橡胶粉为50目橡胶粉。
所述的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
实施例3：
1)水性环氧乳化沥青的制备
按照质量比为水性环氧树脂:水性固化剂＝100:100，选取水性环氧树脂、水性固化剂，备用。在容器中同时加入水性环氧树脂、水性固化剂，持续人工搅拌3min，得到水性环氧树脂混合物。
按质量比为乳化沥青:水性环氧树脂混合物:乳化剂:消泡剂:稳定剂＝100:12:1.0:0.4:1.3，选取乳化沥青、上述制备得到的水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂和稳定剂，备用。在容器中先加入乳化沥青，用盐酸调节pH为6.0，边人工搅拌边加入水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂及稳定剂，持续人工搅拌2min至混合液均匀。再将高速剪切机定子置入混合液当中，调节好转速450转/分钟，开启开关进行剪切，大约30min，得到水性环氧乳化沥青乳液。(注：配制的乳液储存时间不要超过6h)
2)环保冷拌型模量可调路面材料的制备
按质量比为粗集料:细集料:填料:水泥:水性环氧乳化沥青＝100:75:10:7:13，选取粗集料、细集料、填料、水泥及上述制备得到的水性环氧乳化沥青，备用；
在沥青混合料拌和机中加入粗集料、细集料、橡胶粉，搅拌80s，添加水性环氧乳化沥青后搅拌80s，最后加入水泥搅拌80s，得到环保冷拌型模量可调路面材料。
所述的水性环氧树脂为苏州圣杰特种树脂有限公司生产水性环氧树脂HTW-608。
所述的水性固化剂为苏州圣杰特种树脂有限公司生产水性固化剂HTW-208。
所述的乳化沥青为泰普克沥青(大众)有限公司生产阳离子慢裂乳化沥青。
所述的乳化剂为BH-MM型乳化剂。
所述的消泡剂为河南省道纯化工技术有限公司生产铵盐阳离子表面活性剂。
所述的稳定剂为乙二醇。
所述的粗集料为玄武岩，最大公称粒径26.5毫米；
所述的细集料为玄武岩，最大公称粒径4.75毫米。
所述的橡胶粉为60目橡胶粉。
所述的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
实施例4：
1)水性环氧乳化沥青的制备
按照质量比为水性环氧树脂:水性固化剂＝100:100，选取水性环氧树脂、水性固化剂，备用。在容器中同时加入水性环氧树脂、水性固化剂，持续人工搅拌4min，得到水性环氧树脂混合物。
按质量比为乳化沥青:水性环氧树脂混合物:乳化剂:消泡剂:稳定剂＝100:20:1.4:0.6:2.0，选取乳化沥青、上述制备得到的水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂和稳定剂，备用。在容器中先加入乳化沥青，用盐酸调节pH为6.5，边人工搅拌边加入水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂及稳定剂，持续人工搅拌3min至混合液均匀。再将高速剪切机定子置入混合液当中，调节好转速500转/分钟，开启开关进行剪切，大约40min，得到水性环氧乳化沥青乳液。(注：配制的乳液储存时间不要超过6h)
2)环保冷拌型模量可调路面材料的制备
按质量比为粗集料:细集料:填料:水泥:水性环氧乳化沥青＝100:80:12:8:16，选取粗集料、细集料、填料、水泥及上述制备得到的水性环氧乳化沥青，备用；
在沥青混合料拌和机中加入粗集料、细集料、橡胶粉，搅拌90s，添加水性环氧乳化沥青后搅拌90s，最后加入水泥搅拌90s，得到环保冷拌型模量可调路面材料。
所述的水性环氧树脂为苏州圣杰特种树脂有限公司生产水性环氧树脂HTW-609。
所述的水性固化剂为苏州圣杰特种树脂有限公司生产水性固化剂HTW-208。
所述的乳化沥青为泰普克沥青(大众)有限公司生产阳离子慢裂乳化沥青。
所述的乳化剂为BH-MM型乳化剂。
所述的消泡剂为河南省道纯化工技术有限公司生产铵盐阳离子表面活性剂。
所述的稳定剂为乙二醇。
所述的粗集料为花岗岩，最大公称粒径26.5毫米；
所述的细集料为花岗岩，最大公称粒径4.75毫米。
所述的橡胶粉为80目橡胶粉。
所述的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
实施例1至实施例4所制备得到的冷拌型模量可调路面材料的各参数的性能测试参考以下标准，参数值见表1：
①车辙试验，分别测60℃、70℃测试动稳定度：《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011(T0719-2011)；
②水稳定性能试验，测试浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比：《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011(T0709-2011、T0729-2000)；
③低温弯曲试验，测试-10℃极限弯曲应变：《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011(T 0715-2011)；
④抗剪强度：采用同济大学毕玉峰的单轴贯入试验，试验条件：①试样成型：Φ100mm×100mm；②试验温度：60℃，保温6h；③加载速率：1mm/min。
⑤静态回弹模量：《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011(T 0713-2000)
表1 实施例性能测试
性能参数 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
60℃动稳定度(次/mm) 1236 1504 1730 1896
70℃动稳定度(次/mm) 7264 9011 10058 12324
浸水马歇尔残留稳定度 92.6％ 94.2％ 94.6％ 94.5％
冻融劈裂强度比 90.9％ 91.8％ 92.4％ 93.0％
-10℃弯曲应变(μξ) 2506 2636 2718 2701
抗剪强度(MPa) 1.28 1.38 1.42 1.45
静态回弹模量(MPa) 2200 2535 2966 3567
本发明所列举的各原料都能实现本发明，在此就不一一列举实施例；本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如时间、pH等)的上下限都能实现本发明，在此就不一一列举实施例。

Claims (10)

1.一种环保冷拌型模量可调的路面材料，其特征在于它包括如下质量比的材料：
所述的水性环氧乳化沥青包括如下质量比的材料：
所述的粗集料为闪长岩、玄武岩、辉绿岩、花岗岩或石灰岩；所述的细集料为闪长岩、玄武岩、辉绿岩、花岗岩或石灰岩；所述的填料为橡胶粉。
2.如权利要求1中所述的环保冷拌型模量可调的路面材料，其特征在于所述的水性环氧树脂为水性环氧树脂HTW-608或水性环氧树脂HTW-609或水性环氧树脂GEM03或水性环氧树脂GEM02。
3.如权利要求1中所述的环保冷拌型模量可调的路面材料，其特征在于所述的水性固化剂为水性固化剂HTW-208或水性固化剂GCA01或水性固化剂GCA02。
4.如权利要求1中所述的环保冷拌型模量可调的路面材料，其特征在于所述的乳化沥青为阳离子中裂乳化沥青或阳离子慢裂乳化沥青。
5.如权利要求1中所述的环保冷拌型模量可调的路面材料，其特征在于所述的乳化剂为BH-Z2型乳化剂或BH-MM型乳化剂。
6.如权利要求1中所述的环保冷拌型模量可调的路面材料，其特征在于所述的消泡剂为铵盐阳离子表面活性剂。
7.如权利要求1中所述的环保冷拌型模量可调的路面材料，其特征在于所述的稳定剂为聚乙烯醇或乙二醇。
8.如权利要求1中所述的环保冷拌型模量可调的路面材料，其特征在于所述的粗集料为闪长或玄武岩或辉绿岩或花岗岩或石灰岩，最大公称粒径26.5毫米；所述的细集料为闪长岩或玄武岩或辉绿岩或花岗岩或石灰岩，最大公称粒径4.75毫米；所述的橡胶粉为40-80目橡胶粉；所述的水泥为P.O32.5或P.O42.5普通硅酸盐水泥。
9.一种权利要求1中的环保冷拌型模量可调的路面材料的制备方法，其特征在于他包括如下的步骤：
A、水性环氧乳化沥青的制备
按照质量比为水性环氧树脂︰水性固化剂＝100︰100，选取水性环氧树脂、水性固化剂，备用。在容器中同时加入水性环氧树脂、水性固化剂，持续人工搅拌2～4min，得到水性环氧树脂混合物；
选取乳化沥青、上述制备得到的水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂和稳定剂，备用；
在容器中先加入乳化沥青，用盐酸调节pH为5.0～6.5，边人工搅拌边加入水性环氧树脂混合物、乳化剂、消泡剂及稳定剂，持续人工搅拌1～3min至混合液均匀；
再将高速剪切机定子置入混合液当中，设定转速350-500转/分钟，开启开关进行剪切，大约20-40min，得到水性环氧乳化沥青乳液；
B、环保冷拌型模量可调路面材料的制备
选取粗集料、细集料、填料、水泥及上述制备得到的水性环氧乳化沥青，备用；
在沥青混合料拌和机中加入粗集料、细集料、橡胶粉，搅拌60～90s，添加水性环氧乳化沥青后搅拌60～90s，最后加入水泥搅拌60～90s，得到环保冷拌型模量可调路面材料。
10.如权利要求9中所述的环保冷拌型模量可调的路面材料的制备方法，其特征在于所述的水性环氧树脂为水性环氧树脂HTW-608或水性环氧树脂HTW-609或水性环氧树脂GEM03或水性环氧树脂GEM02。
所述的水性固化剂为水性固化剂HTW-208或水性固化剂GCA01或水性固化剂GCA02。
所述的乳化沥青为阳离子中裂乳化沥青或阳离子慢裂乳化沥青。
所述的乳化剂为BH-Z2型乳化剂或BH-MM型乳化剂。
所述的消泡剂为铵盐阳离子表面活性剂。
所述的稳定剂为聚乙烯醇或乙二醇；
所述的粗集料为闪长或玄武岩或辉绿岩或花岗岩或石灰岩，最大公称粒径26.5毫米；所述的细集料为闪长岩或玄武岩或辉绿岩或花岗岩或石灰岩，最大公称粒径4.75毫米；所述的橡胶粉为40-80目橡胶粉；所述的水泥为P.O32.5或P.O42.5普通硅酸盐水泥。
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