CN104628322B - 一种半柔性抗车辙路面材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半柔性抗车辙路面材料，包括大空隙水泥基混合料和柔性灌浆料，大空隙水泥基混合料的重量百分比为65～88％，柔性灌浆料的重量百分比为12～35％；所述大空隙水泥基混合料包括：水泥1份，粗集料4～6份，细集料0.4～1.0份，水0.1～0.3份，减水剂0～0.006份；所述柔性灌浆料包括：水泥1份，改性乳化沥青0.65～1份，水性环氧树脂乳液0.1～0.35份，废胎胶粉0～0.03份，减水剂0.0025～0.007份，膨胀剂0.05～0.2份，水0.05～0.15份。该半柔性路面材料具有高抗车辙、刚柔并济、无接缝、裂缝少等特点，且能常温施工，低碳环保，适用于道路的车辙处置。

Description

一种半柔性抗车辙路面材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种半柔性抗车辙路面材料，属于道路车辙处置技术领域。

背景技术

传统的水泥混凝土路面承载能力好，但柔韧性较差，易出现板块开裂、唧泥等病害，且需要设置伸缩缝，影响行车舒适性；沥青混凝土路面虽然柔韧性较好，但高温时易出现车辙病害，影响行车安全和舒适性。为克服上述两种传统路面的缺点，产生了半柔性抗车辙路面。

目前的半柔性路面主要是以柔性的大空隙沥青混合料骨架与刚性的水泥基灌浆材料复合而成。这种半柔性路面已经被证明具有高承载能力，能够解决沥青路面的车辙、水损害问题，可用于市政交叉路口、公交车专用道、爬坡路段等。然而一些国内外的研究和工程应用发现，这种半柔性路面材料存在抗裂性不足的问题，且开裂问题主要发生在灌浆后的水泥砂浆上。为了促进半柔性抗车辙路面技术在道路维修养护中的大规模推广应用，迫切需要解决其开裂问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的半柔性路面材料存在抗裂性不足的问题，提供一种新型半柔性抗车辙路面材料，其具有高抗车辙、刚柔并济、无接缝、裂缝少等特点，且能常温施工，低碳环保，适用于道路的车辙处置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种半柔性抗车辙路面材料，组分包括大空隙水泥基混合料和柔性灌浆料，以半柔性抗车辙路面材料的总重为100％计，大空隙水泥基混合料的重量百分比为65～88％，柔性灌浆料的重量百分比为12～35％。

所述大空隙水泥基混合料包括如下重量份的组分：水泥1份，粗集料4～6份，细集料0.4～1.0份，水0.1～0.3份，减水剂0～0.006份；所述粗集料为粒径为5～13mm的单粒级碎石，压碎值≤20％；细集料为细度模数为1.3～2.1的河砂或者山砂，含泥量≤3％。

所述柔性灌浆料包括如下重量份的组分：水泥1份，改性乳化沥青0.65～1份，水性环氧树脂乳液0.1～0.35份，废胎胶粉0～0.03份，减水剂0.0025～0.007份，膨胀剂0.05～0.2份，水0.05～0.15份。

所述大空隙水泥基混合料和柔性灌浆料组分中，水泥选自硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、复合硅酸盐水泥或者硫铝酸盐水泥中的任意一种。优选为硫铝酸盐水泥，因为其早期强度高，强度发展快，有利于结构强度更早达到要求，加快施工进度。

所述改性乳化沥青为固含量为50～65％的慢裂快凝型或中裂快凝型SBS改性乳化沥青。

所述大空隙水泥基混合料和柔性灌浆料组分中的减水剂，均选自粉状聚羧酸减水剂、粉状萘系减水剂或粉状氨基磺酸盐减水剂的一种。

所述柔性灌浆料中，水性环氧树脂乳液为液体环氧树脂和水性环氧固化剂按重量比1:(1～1.5)混合而成的乳液。所述水性环氧固化剂为胺类自乳化固化剂，固化时间为1～5h。所述膨胀剂为氧化钙类或者氧化镁类膨胀剂。所述废胎胶粉来自废旧橡胶轮胎破碎而成的细度＞60目的橡胶颗粒。

本发明的一种新型半柔性抗车辙路面材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)大空隙水泥基混合料的制备：按前述的重量份数将水泥、粗集料、细集料、水和减水剂混合，搅拌均匀，然后将混合料进行铺筑，铺筑厚度为5～12cm，铺筑中控制混合料空隙率在20～35％，养护后待用；

(2)柔性灌浆料的制备：按前述重量份数将水泥、改性乳化沥青、水性环氧树脂乳液、废胎胶粉、减水剂、膨胀剂和水混合搅拌均匀，即制得柔性灌浆料；

(3)半柔性抗车辙路面的制备：将步骤(2)制备的柔性灌浆料灌入步骤(1)制备的大空隙水泥基混合料中，当灌浆饱满后用毛刷刮除表面浮浆，使表面出现露石结构，养护后即可开放交通。

本发明的有益效果：

1)本发明是用刚性的大空隙水泥基混合料做骨架，用柔性的灌浆料灌注而形成半柔性抗车辙路面，是一种与现有技术不同的技术思路，为半柔性抗车辙路面技术的推进提供了新的技术方案。

2)本发明制备的半柔性抗车辙路面，整个施工过程工艺简便，常温下拌和、成型无需加热，具有节能环保的优点。

3)本发明采用的柔性灌浆料具有强度适中，收缩低的特点，其中改性乳化沥青、水性环氧树脂乳液和废胎胶粉对水泥灌浆料的改性，可使得水泥胶浆的模量和强度满足半柔性路面的需求，并且显著降低其自收缩和干缩，再辅以膨胀剂的补偿收缩作用，使得整个灌浆料体积稳定性好，显著降低开裂风险，所制备的半柔性路面寿命更长、维修费用小，具有十分广阔的应用前景与使用价值。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

为了便于叙述，下面对实施例中用到的原料进行说明：液体环氧树脂为美国陶氏公司331型，水性环氧固化剂为江苏苏博特新材料股份有限公司EH01型胺类固化剂，粗集料产自江苏南京六合区，细集料产自南京江宁区，42.5级和52.5级硫铝酸盐水泥、42.5级硅酸盐水泥产自中国联合水泥集团有限公司生产，粉状聚羧酸减水剂为江苏苏博特新材料股份有限公司PCA06型，粉状萘系减水剂为江苏苏博特新材料股份有限公司SBTJM-A萘系高效减水剂，慢裂快凝型SBS改性乳化沥青和中裂快凝型SBS改性乳化沥青为江苏科茵格特种沥青有限公司生产，氧化钙类膨胀剂为江苏苏博特新材料股份有限公司HME-Ⅳ型，氧化镁类膨胀剂为江苏苏博特新材料股份有限公司HME-I型，废胎胶粉产自北京泛洋华腾科技有限公司。

实施例1

大空隙水泥基混合料的制备：首先将42.5级硫铝酸盐水泥、粗集料、细集料、水和粉状聚羧酸减水剂按重量比为1:4:0.4:0.1:0.003进行混合，搅拌均匀，将拌合好的混合料进行铺筑，铺筑厚度为5cm，控制多孔混合料空隙率在27％左右，养护4h后待用。

柔性灌浆料的制备：首先将液体环氧树脂、水性环氧固化剂按重量比为1:1进行混合，通过持续搅拌至混合液均匀，得到水性环氧树脂乳液待用；然后将各组分材料按以下重量份数称量后放入拌合锅中：42.5级硅酸盐水泥1份，固含量为50％的慢裂快凝型改性乳化沥青0.65份，水性环氧树脂乳液0.35份，废胎胶粉0份，粉状聚羧酸减水剂0.0025份，氧化钙类膨胀剂0.05份，水0.08份，然后搅拌均匀即制得柔性灌浆料。

半柔性抗车辙路面的制备：将制备的柔性灌浆料灌入大空隙水泥基混合料中，当灌浆饱满后用毛刷刮除表面浮浆，使表面出现露石结构，养护3h后方可开放交通。

实施例2

大空隙水泥基混合料的制备：首先将42.5级硫铝酸盐水泥、粗集料、细集料、水和粉状聚羧酸减水剂按重量比为1:6:0.7:0.3:0进行混合，搅拌均匀，将拌合好的混合料进行铺筑，铺筑厚度为12cm，控制多孔混合料空隙率在35％左右，养护4h后待用。

柔性灌浆料的制备：首先将液体环氧树脂、水性环氧固化剂按重量比为1:1.5进行混合，通过持续搅拌至混合液均匀，得到水性环氧树脂乳液待用；然后将各组分材料按以下重量份数称量后放入拌合锅中：42.5级硅酸盐水泥1份，固含量为65％的慢裂快凝型改性乳化沥青1份，水性环氧树脂乳液0.1份，废胎胶粉0.02份，粉状聚羧酸减水剂0.004份，氧化钙类膨胀剂0.2份，水0.1份，然后搅拌均匀即制得柔性灌浆料。

半柔性抗车辙路面的制备：将制备的柔性灌浆料灌入大空隙水泥基混合料中，当灌浆饱满后用毛刷刮除表面浮浆，使表面出现露石结构，养护3h后方可开放交通。

实施例3

大空隙水泥基混合料的制备：首先将42.5级硫铝酸盐水泥、粗集料、细集料、水和粉状萘系减水剂按重量比为1:5:1:0.15:0.006进行混合，搅拌均匀，将拌合好的混合料进行铺筑，铺筑厚度为7cm，控制多孔混合料空隙率在31％左右，养护4h后待用。

柔性灌浆料的制备：首先将液体环氧树脂、水性环氧固化剂按重量比为1:1.2进行混合，通过持续搅拌至混合液均匀，得到水性环氧树脂乳液待用；然后将各组分材料按以下重量份数称量后放入拌合锅中：42.5级硫铝酸盐水泥1份，固含量为65％的中裂快凝型改性乳化沥青0.8份，水性环氧树脂乳液0.25份，废胎胶粉0.03份，粉状聚羧酸减水剂0.007份，氧化镁类膨胀剂0.1份，水0.05份，然后搅拌均匀即制得柔性灌浆料。

半柔性抗车辙路面的制备：将制备的柔性灌浆料灌入大空隙水泥基混合料中，当灌浆饱满后用毛刷刮除表面浮浆，使表面出现露石结构，养护4h后方可开放交通。

实施例4

大空隙水泥基混合料的制备：首先将52.5级硫铝酸盐水泥、粗集料、细集料、水和粉状聚羧酸减水剂按重量比为1:4.2:0.8:0.2:0.0045进行混合，搅拌均匀，将拌合好的混合料进行铺筑，铺筑厚度为10cm，控制多孔混合料空隙率在20％左右，养护3h后待用。

柔性灌浆料的制备：首先将液体环氧树脂、水性环氧固化剂按重量比为1:1.3进行混合，通过持续搅拌至混合液均匀，得到水性环氧树脂乳液待用；然后将各组分材料按以下重量份数称量后放入拌合锅中：42.5级硫铝酸盐水泥1份，固含量为60％的慢裂快凝型改性乳化沥青0.7份，水性环氧树脂乳液0.2份，废胎胶粉0.01份，粉状聚羧酸减水剂0.003份，氧化钙类膨胀剂0.15份，水0.15份，然后搅拌均匀即制得柔性灌浆料。

半柔性抗车辙路面的制备：将制备的柔性灌浆料灌入大空隙水泥基混合料中，当灌浆饱满后用毛刷刮除表面浮浆，使表面出现露石结构，养护2h后方可开放交通。

实施例5

大空隙水泥基混合料的制备：首先将52.5级硫铝酸盐水泥、粗集料、细集料、水和粉状聚羧酸减水剂按重量比为1:5.5:0.5:0.25:0.006进行混合，搅拌均匀，将拌合好的混合料进行铺筑，铺筑厚度为5cm，控制多孔混合料空隙率在32％左右，养护3h后待用。

柔性灌浆料的制备：首先将液体环氧树脂、水性环氧固化剂按重量比为1:1.4进行混合，通过持续搅拌至混合液均匀，得到水性环氧树脂乳液待用；然后将各组分材料按以下重量份数称量后放入拌合锅中：42.5级硅酸盐水泥1份，固含量为50％的中裂快凝型改性乳化沥青0.9份，水性环氧树脂乳液0.23份，废胎胶粉0.015份，粉状聚羧酸减水剂0.006份，氧化钙类膨胀剂0.12份，水0.12份，然后搅拌均匀即制得柔性灌浆料。

半柔性抗车辙路面的制备：将制备的柔性灌浆料灌入大空隙水泥基混合料中，当灌浆饱满后用毛刷刮除表面浮浆，使表面出现露石结构，养护5h后方可开放交通。

实施例6

大空隙水泥基混合料的制备：首先将52.5级硫铝酸盐水泥、粗集料、细集料、水和粉状萘系减水剂按重量比为1:4.7:0.9:0.28:0.005进行混合，搅拌均匀，将拌合好的混合料进行铺筑，铺筑厚度为8cm，控制多孔混合料空隙率在28％左右，养护3h后待用。

柔性灌浆料的制备：首先将液体环氧树脂、水性环氧固化剂按重量比为1:1.1进行混合，通过持续搅拌至混合液均匀，得到水性环氧树脂乳液待用；然后将各组分材料按以下重量份数称量后放入拌合锅中：42.5级硫铝酸盐水泥1份；固含量为55％的慢裂快凝型改性乳化沥青0.7份；水性环氧树脂乳液0.3份；废胎胶粉0.01份；粉状聚羧酸减水剂0.005份；氧化镁类膨胀剂0.16份；水0.14份；然后搅拌均匀即制得柔性灌浆料。

半柔性抗车辙路面的制备：将制备的柔性灌浆料灌入大空隙水泥基混合料中，当灌浆饱满后用毛刷刮除表面浮浆，使表面出现露石结构，养护2h后方可开放交通。

性能测试

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011及相关试验方法对实施例的半柔性抗车辙路面材料进行检测，并与传统热拌沥青大空隙基体-水泥灌注式半柔路面(对比例1)、沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA，对比例2)以及掺抗车辙剂的AC13混合料(对比例3)进行测试对比，测试结果见下表：

上表中，动稳定度用来表征材料抗车辙性能，动稳定度越大，抗车辙性能越好；最大弯拉应变是用来表征材料低温抗裂性能的，数值越大，低温抗裂性能越好。由于对比例2和对比例3都是热拌合成型的沥青混凝土，因此不存在灌浆问题，所以没有灌浆后3d马歇尔稳定度和灌浆后3d 60℃车辙动稳定度数据。

从上表的测试结果可以看出，本发明制备的半柔性路面材料抗车辙性能略优于传统的采用热拌沥青大空隙基体复合水泥灌浆料的半柔性路面，其平均抗车辙性能是沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)抗车辙性能的5.8倍，是掺抗车辙剂的AC13混合料的2.7倍；在低温抗裂性方面，本发明制备的半柔性路面材料最大弯拉应变在1462～2030με范围，而传统的采用热拌沥青大空隙基体复合水泥灌浆料的半柔性路面的最大弯拉应变为1075με，本发明制备的半柔性路面材料比传统半柔性路面材料的低温抗裂性能提升了36％～89％。

综上，采用本发明制备的半柔性路面材料的抗车辙性能、低温抗裂性能均非常优异，具有十分广阔的应用价值。

Claims (8)

1.一种半柔性抗车辙路面材料，其特征在于，组分包括大空隙水泥基混合料和柔性灌浆料，以半柔性抗车辙路面材料的总重为100％计，大空隙水泥基混合料的重量百分比为65～88％，柔性灌浆料的重量百分比为12～35％；

所述大空隙水泥基混合料包括如下重量份的组分：水泥1份，粗集料4～6份，细集料0.4～1.0份，水0.1～0.3份，减水剂0～0.006份；所述粗集料为粒径为5～13mm的单粒级碎石，压碎值≤20％；细集料为细度模数为1.3～2.1的河砂或者山砂，含泥量≤3％；

所述柔性灌浆料包括如下重量份的组分：水泥1份，改性乳化沥青0.65～1份，水性环氧树脂乳液0.1～0.35份，废胎胶粉0～0.03份，减水剂0.0025～0.007份，膨胀剂0.05～0.2份，水0.05～0.15份。

2.如权利要求1所述半柔性抗车辙路面材料，其特征在于，所述大空隙水泥基混合料和柔性灌浆料组分中，水泥选自硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、复合硅酸盐水泥或者硫铝酸盐水泥中的任意一种。

3.如权利要求2所述半柔性抗车辙路面材料，其特征在于，所述大空隙水泥基混合料和柔性灌浆料中的水泥为硫铝酸盐水泥。

4.如权利要求1所述半柔性抗车辙路面材料，其特征在于，所述改性乳化沥青为固含量为50～65％的慢裂快凝型或中裂快凝型SBS改性乳化沥青。

5.如权利要求1所述半柔性抗车辙路面材料，其特征在于，所述大空隙水泥基混合料和柔性灌浆料组分中的减水剂，选自粉状聚羧酸减水剂、粉状萘系减水剂或粉状氨基磺酸盐减水剂中的一种。

6.如权利要求1所述半柔性抗车辙路面材料，其特征在于，所述水性环氧树脂乳液为液体环氧树脂和水性环氧固化剂按重量比1:(1～1.5)混合而成的乳液。

7.如权利要求1至6任一项所述半柔性抗车辙路面材料，其特征在于，所述膨胀剂为氧化钙类或者氧化镁类膨胀剂。

8.权利要求1至7任一项所述半柔性抗车辙路面材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)大空隙水泥基混合料的制备：将水泥、粗集料、细集料、水和减水剂混合，搅拌均匀，然后将混合料进行铺筑，铺筑厚度为5～12cm，铺筑中控制混合料空隙率在20～35％范围，养护后待用；

(2)柔性灌浆料的制备：将水泥、改性乳化沥青、水性环氧树脂乳液、废胎胶粉、减水剂、膨胀剂和水混合搅拌均匀，即制得柔性灌浆料；

(3)半柔性抗车辙路面的制备：将步骤(2)制备的柔性灌浆料灌入步骤(1)制备的大空隙水泥基混合料中，当灌浆饱满后用毛刷刮除表面浮浆，使表面出现露石结构，养护后即可开放交通。