CN105176116A - 冷拌自乳化树脂沥青材料、制备方法及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷拌自乳化树脂沥青材料、制备方法及其用途，包括如下质量份的各组分：50～70份水性特种沥青；5～10份高温固化剂；20～40份改性环氧树脂；0.2～0.8份添加剂。其中高温固化剂属于聚氨酯类混合物，主要成分为乙二醇二缩水氰酸酯；改性环氧树脂主要成分为多羟基环氧氯丙烷。本发明的冷拌自乳化树脂沥青材料将有效成分均匀分散在水溶性介质中，以介质的挥发作为环氧树脂交联固化触发因素，具有良好的存储稳定性和施工简便性。与以往环氧类粘接材料两组分、三组分的固有模式不同，本发明采用单一组分的模式，具有密封存储不固化、性价比高的特点。生产过程中几乎无污染，是一种环境友好型的生产方式。

Description

冷拌自乳化树脂沥青材料、制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及一种路桥用铺面、层间粘结新材料，适用于路面、桥梁、隧道层间粘结防水，结构层混合料中的胶结料，涉及工程新建与养护，尤其涉及一种冷拌自乳化树脂沥青材料、制备方法及其用途。

背景技术

水泥混凝土及钢桥面沥青铺装面层脱落、坑槽、推移等早期破坏，与防水粘结材料的选择及施工质量密切相关。防水粘结层性能不佳，无法达到良好的防水效果，以及与基层水泥混凝土板的粘结不强，是形成桥面病害的重要原因之一。沥青路面在铺筑过程中会在不同的结构层之间设置封水层和粘结层，主要起到增加层间随从性，降低沥青路面层间界面失效和后期发生水损害风险的作用，最大程度地提升路面使用性能，延长使用寿命。隧道路面的基层由水泥混凝土浇筑而成，内部环境湿润，也需要一种性能良好的防水粘结材料。

在沥青路面层新建以及路面养护维修中，沥青混合料热拌和受到设备场地、环境气温、操作时效等多种因素的制约，限制了其发展。同时隧道路面施工比一般露天施工需要更严格地控制气体排放。基于上述分析，研发一种防水、粘结新材料，绿色环保，可以有效延长建设项目的使用寿命，降低建设和后期维护成本，具有现实的意义。

有鉴于上述现有的新建工程与养护材料存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型冷拌自乳化树脂沥青材料、制备方法及其用途，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的新建工程与养护材料存在的缺陷，而提供一种新型冷拌自乳化树脂沥青材料、制备方法及其用途，提高路用性能，并且绿色环保，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种冷拌自乳化树脂沥青材料，包括如下质量份的各组分：

50～70份水性特种沥青；

5～10份高温固化剂；

20～40份改性环氧树脂；

0.2～0.8份添加剂。

其中高温固化剂属于聚氨酯类混合物，主要成分为乙二醇二缩水氰酸酯；改性环氧树脂主要成分为多羟基环氧氯丙烷。

更进一步的，前述的冷拌自乳化树脂沥青材料，所述水性特种沥青为混合材料，包含如下质量份的各组分：

55～65份硬质沥青；

0.5～1.5份乳化剂；

30～40份软化水；

0.1～0.3份稳定剂；

所述水性特种沥青中的固含量为50～70％。

更进一步的，前述的冷拌自乳化树脂沥青材料，所述添加剂包括0.2～0.4％稳定剂和0.1～0.13‰消泡剂，以质量比计，稳定剂为氯化钙、碳酸钙、氢氧化钙中的一种或多种，消泡剂为聚醚系消泡剂或醇类消泡剂。

冷拌自乳化树脂沥青材料的制备方法，由于生产冷拌自乳化树脂沥青防水粘结层材料为复配型，因此主要为物理拌和过程，生产过程中几乎无污染，主要包括如下操作步骤：(1)制备水性特种沥青：按乳化定量的软化水加入乳化剂和稳定剂，并调节pH值到2～3后，加热至50℃～60℃，搅拌均匀，将硬质沥青加热到120～140℃与上述混合皂液一起加入到胶体磨中，转速为3000-5000r/min，循环研磨5min～10min出料；(2)高温固化剂融合：将高温固化剂室温下加入水性特种沥青中，快速剪切搅拌3min～5min，转速为800-1200r/min，固化剂与水性特种沥青间质量比为0.3～0.45：1，温度保持在60～70℃；(3)改性环氧树脂分散：将改性环氧树脂投入到(2)制备的混合溶液中，添加消泡剂，投入到高速分散釜和三辊研磨机设备往复3min～5min，转速控制在100-250r/min，添加稳定剂调节PH并充分研磨和搅拌10min～20min，搅拌速率逐渐降低，待混合物稳定后通过隔膜泵送设备，输送至计量设备和存储容器中，得到目标产物。

冷拌自乳化树脂沥青材料作为桥面防水粘结层、路面防水粘结层、隧道防水粘结层，路面抗滑表层粘结剂，用于高速公路或市政道路的坑槽、沟槽、裂缝或车辙修补，作为新建路面施工用结构层中、上面层沥青胶结料的应用。

本发明的冷拌自乳化树脂沥青作为防水粘结材料时，采用“常温冷施工，高温热固化”的设计理念。其粘结过程分三个阶段：

第一阶段，常温施工(冷施工)：通过智能洒布车或其它方式洒布，实现材料的初次粘结，作为连续相的极性物质包裹着分散相能迅速渗透水泥混凝土面层2～5mm深度范围的微孔中；在气温大于15℃的日照气候下，连续相能很快被下承层所吸收和蒸发，使得分散相中的各种功能大分子能相互溶合，并与下承层发生反应，在宏观上表现为快速固化，通常为1～2h。

第二阶段，初步固化：4～5h即可干燥充分，防水粘结层完全能承载履带摊铺车和重载料车通过，而不会产生任何“粘轮”、“翘皮”等损伤防水层的现象。

第三阶段，高温固化成型：当高温摊铺沥青混合料面层时，冷拌自乳化树脂沥青防水粘结层在热作用和碾压作业下与面层沥青混合料发生二次反应，从而实现与铺装层沥青混合料之间的牢固粘接。

本发明的冷拌自乳化树脂沥青材料作为添加材料制备混合料，作为结构层施工时，采用“常温拌和，冷施工”的方式，施工方法与一般沥青混合料施工方法类似，可用于隧道、桥梁、路面的面层施工，施工过程包括混合料设计、摊铺、碾压，需要控制混合料拌和施工时间，混合料从制作到摊铺需要在4h内完成，碾压过程需在1h内完成，否则将影响冷拌自乳化树脂沥青材料的固化进程。气温20～30℃，压实完成4～6小时后，方能允许施工车辆通行，气温10～20℃，压实完成8～10小时后方可允许车辆通行，施工气温及路面温度低于10℃，则停止施工。

借由上述技术方案，本发明的冷拌自乳化树脂沥青材料、制备方法及其用途至少具有下列优点：

本发明的冷拌自乳化树脂沥青材料将有效成分改性环氧树脂、高温固化剂和水性特种沥青均匀分散在软化水和添加剂形成的水溶性介质中，以介质的挥发作为环氧树脂交联固化触发因素，具有良好的存储稳定性和施工简便性。与以往环氧类粘接材料两组分、三组分的固有模式不同，本发明采用单一组分的模式，具有密封存储不固化、性价比高的特点。

由于生产冷拌自乳化树脂沥青防水粘结层材料为复配型，因此主要为物理拌和过程，生产过程中几乎无污染，是一种环境友好型的生产方式。

作为一种优良的防水粘结材料，可广泛用于桥面防水、路面层间封水、路面抗滑表层粘结剂等新建项目粘层、结构层部分。该冷拌自乳化树脂沥青复合材料可与被粘接材料实现冷拌和，施工方便快捷，可应用于道路坑槽修补、裂缝灌封以及车辙填补等道路养护方面。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的冷拌自乳化树脂沥青材料、制备方法及其用途其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1

冷拌自乳化树脂沥青材料的制备采用如下步骤：

(1)制备水性特种沥青：

水性特种沥青原材料包含65％硬质沥青，1.5％乳化剂，33.5％软化水按乳化定量的软化水加入乳化剂和稳定剂，乳化剂和稳定剂均为市售材料，并调节pH值到2～3后，加热至60℃，搅拌均匀，将硬质沥青加热到140℃与上述混合皂液一起加入到胶体磨中，循环研磨5min左右出料；

(2)高温固化剂融合：

将高温固化剂预热至100℃，将高温固化剂室温下加入到制备的水性特种沥青中，快速剪切搅拌3min左右，高温固化剂与水性特种沥青的质量比为0.1～0.25：1，制备的混合溶液的温度保持在65℃左右。

(3)改性环氧树脂分散：

将改性环氧树脂投入到(2)制备的混合溶液中，添加消泡剂投入高速分散釜和三辊研磨机设备往复3min～5min，添加稳定剂调节PH并充分研磨和搅拌15min，搅拌速率逐渐降低至100r/min，高温固化剂、水性特种沥青、改性环氧树脂、其他添加剂(消泡剂、稳定剂)质量比例为8:62:29:1，待混合物稳定后通过隔膜泵送设备，输送至存储容器中并密封保存，避光，环境温度低于25℃为宜。

将制备的冷拌自乳化树脂沥青材料用于水泥桥面施工，包括如下步骤：

(1)水泥混凝土面板处理

为提高防水粘结层与水泥混凝土桥面粘结力，在防水粘结层施工前，应清除水泥板表面低强度的水泥砂浆和灰尘，保证表面清洁，不得有可见灰尘、油污和其它污物的二次污染。目前处理方法有机械钢丝刷法、铣刨法和抛丸法，推荐采用抛丸法。

1)抛丸作业法：用抛丸工艺去除水泥混凝土桥面表层水泥砂浆。

2)抛丸预处理后应尽快将表面杂物清扫干净，并且吹风机吹净。

3)施工环境温度宜为5～40℃，空气相对湿度小于90％，雨雪天气禁止施工。

4)桥面应平整，突出物应凿除。

5)油污、锈迹、杂物、尘土应清理干净，用清扫机/人工进行清扫，或用空压机清风吹净，确保界面清洁、干净，防止二次污染。

(2)冷拌自乳化树脂沥青材料洒布

桥面板按要求处理后，即可用智能型洒布车喷洒冷拌自乳化树脂沥青材料，作为防水粘结层，包括洒布量的确定和防水粘结材料的喷洒。

1)确定洒布量

在防水粘结材料施工之前，在现场先人工刷涂一定面积试验块，检测在当时当地的气温、湿度、地面温度、日照、横坡、纵坡、混凝土桥面的缝隙率、吸水性等现场条件下，确定桥面防水粘结层材料的精确用量、洒布方法和干燥时间，确定达到要求的洒布量的最佳车速。实验方法：喷洒过程中在桥面上放置方盘，以测量洒布量；方盘取走后面下空白桥面应用人工补洒。冷拌自乳化树脂沥青材料作为防水粘结材料的用量一般推荐为0.8～1.0kg/m²。

2)喷洒防水粘结层材料

桥面板按要求处理后，用智能型洒布车喷洒冷拌自乳化树脂沥青防水粘结层材料，洒布车喷洒时，按照最佳车速，匀速行驶。材料使用前应搅拌均匀。根据天气情况，若预计涂料未干燥前会下雨，不能施工。在洒布之前确定循环泵能以最高转速运转，每个喷嘴没有任何堵塞现象。施工过程中，注意纵向衔接与已洒布部分重叠10cm。

(3)冷拌自乳化树脂沥青材料的交通管制和养生

施工过程中，严禁乱踩未干涂层作业面，严防钉子、木棍、钢筋等尖锐物人为破坏涂层。水性环氧防水粘结材料洒布后需进行封闭交通自然养护，不许行人或车辆通过，在天气晴好情况下，一般自然干燥和养生1天后即可进行沥青混合料摊铺。

(4)沥青混凝土铺装

防水粘结层干燥后，应尽快进行沥青混合料摊铺。冷拌自乳化树脂沥青材料是由特殊的环氧类材料组成，在高温下二次固化后可达到完全强度。为保证冷拌自乳化树脂沥青材料的二次固化效果，要求沥青混合料温度不低于140℃。

(5)检测指标

所得到的冷拌自乳化树脂沥青材料的工程强度参数如下：

表1检测指标

实施例2

冷拌自乳化树脂沥青材料的制备采用如下步骤：

(1)制备水性特种沥青：

水性特种沥青原材料包含68％硬质沥青，1.5％乳化剂，30.5％软化水按乳化定量的软化水加入乳化剂和稳定剂，乳化剂和稳定剂均为市售材料，并调节pH值到2～3后，加热至60℃，搅拌均匀，将硬质沥青加热到140℃与上述混合皂液一起加入到胶体磨中，循环研磨5min左右出料；

(2)高温固化剂融合：

将高温固化剂预热至100℃，将高温固化剂室温下加入到制备的水性特种沥青中，快速剪切搅拌3min左右，高温固化剂与水性特种沥青的质量比为0.1～0.25：1，制备的混合溶液的温度保持在65℃左右。

(3)改性环氧树脂分散：

将改性环氧树脂投入到(2)制备的混合溶液中，添加消泡剂投入高速分散釜和三辊研磨机设备往复3min～5min，添加稳定剂调节PH并充分研磨和搅拌15min，搅拌速率逐渐降低至100r/min，高温固化剂、水性特种沥青、改性环氧树脂、其他添加剂(消泡剂、稳定剂)质量比例为9:62:28:1，待混合物稳定后通过隔膜泵送设备，输送至存储容器中并密封保存，避光，环境温度低于25℃为宜。

将制备的冷拌自乳化树脂沥青材料用于坑槽修补施工，包括如下步骤：

(1)与石料拌和

根据路面的交通流量选择材料合适的石料级配，推荐采用连续级配AC-13，油石比为5％(冷拌自乳化树脂沥青材料：石料＝5:100)，与石料均匀拌和备用。若现场拌和不便，可将拌和过程移至室内，将拌和后的混合料密封保存即可，有效期可达20天。

(2)清理坑槽

一般修补应将带修补的坑槽及四周的碎石、废渣清理干净，坑槽内不得存有泥浆、冰块等杂物。针对高速公路、市政道路工程的修补，被修补的坑槽、沟槽应有整齐的切边，废渣的清除要见到固体坚固面为止。

(3)填满坑槽并压实

把足够的冷补材料(冷拌自乳化树脂沥青材料与具有级配石料的混合物)添进坑槽，直到高出地面1.0～1.5cm，高速公路和一般公路修补，其冷补料的投人量可增加10％左右。填满后坑槽中央应高于四周路面并呈弧形。如路面破损深度在5cm以上时，填补工作应以4cm为一层，分层填补，逐层压实，铺设均匀后，根据实地修补环境、修补面积大小和深度，选择适当的压实工具和方法进行压实。如：人工夯实、震动板夯实、压路机压实等方式。

(4)后处理

压实完成后可在表面均匀的撒上一层石粉或细砂，使用清扫工具来回清扫，以使细砂填满表面空隙。修补完的坑槽表面应光洁、平整、无轮迹，坑槽四周和边角一定要压实、无松散等现象，普通修补压实度要达到93％以上。高速公路修补压实度要达到95％以上。

实施例3

冷拌自乳化树脂沥青材料的制备采用如下步骤：

(1)制备水性特种沥青：

水性特种沥青原材料包含65％硬质沥青，1.5％乳化剂，33.5％软化水按乳化定量的软化水加入乳化剂和稳定剂，乳化剂和稳定剂均为市售材料，并调节pH值到2～3后，加热至60℃，搅拌均匀，将硬质沥青加热到140℃与上述混合皂液一起加入到胶体磨中，循环研磨5min左右出料；

(2)高温固化剂融合：

将高温固化剂预热至100℃，将高温固化剂室温下加入到制备的水性特种沥青中，快速剪切搅拌3min左右，高温固化剂与水性特种沥青的质量比为0.1～0.25：1，制备的混合溶液的温度保持在70℃左右。

(3)改性环氧树脂分散：

将改性环氧树脂投入到(2)制备的混合溶液中，添加消泡剂投入高速分散釜和三辊研磨机设备往复3min～5min，添加稳定剂调节PH并充分研磨和搅拌15min，搅拌速率逐渐降低至100r/min，高温固化剂、水性特种沥青、改性环氧树脂、其他添加剂(消泡剂、稳定剂)质量比例为9:61:29:1，待混合物稳定后通过隔膜泵送设备，输送至存储容器中并密封保存，避光，环境温度低于25℃为宜。

将制备的冷拌自乳化树脂沥青材料作为结构层施工，包括如下操作步骤：

(1)原材料要求

结构层为上面层，采用AC-13的级配，油石比5％，原材料要求包括粗集料、细集料、矿粉，具体技术要求参见《JTGF40公路沥青路面施工技术规范》。

(2)配合比设计

a、确定各矿料的组成比例。从施工现场分别取各类矿料进行筛分，使合成的矿质混合料级配符合表2的范围。

表2沥青路面上面层用沥青混凝土矿料级配通过率(％)

b、确定冷拌自乳化树脂沥青材料的最佳油石比。用计算确定的矿料组成和经验采用的油石比范围，按0.5％间隔变化，取五个不同的油石比，用实验室小型拌和机拌制混合料，制备五组马歇尔试件。测定试件的密度、空隙率、沥青饱和度、稳定度和流值，分别绘制各项指标的曲线。取相应于密度最大值的油石比a1、稳定度最大值的油石比a2和空隙率范围中值的油石比a3，按下式取三者的平均值作为最佳油石比初始值OAC1。OAC1＝(a1+a2+a3)/3，其对应的试件空隙率在4.0％～5.5％范围内。

c、配合比检验。按以上配合比制备混凝土马歇尔试件，做浸水马歇尔试验，检验残留稳定度必须满足表3的规定。沥青混合料的低温抗裂性能和冻融劈裂强度也必须满足表3规定。

表3冷拌自乳化树脂沥青材料马歇尔试验技术参数

(3)生产配合比

用生产配合比进行试拌，树脂沥青混合料的技术指标合格后铺筑试铺段。取试铺用的树脂沥青混合料进行马歇尔试验检验冷拌自乳化树脂沥青材料含量、筛分试验，检验生产配合比矿料合成级配，由此确定正常生产用的标准配合比。

(4)结构层施工

a、冷拌自乳化树脂沥青混合料的拌合

拌合应均匀稳定，拌合过程采用冷拌，具体原材料比例严格按照生产配合比进行。

b、树脂沥青混合料的运输

树脂沥青混合料运输车的运量应较拌和能力和摊铺速度有所富余，摊铺机前方应有两辆运料车等候卸料。运料车应有良好的篷布覆盖设施，卸料过程中继续覆盖，直到卸料结束取走篷布，以降低该复合材料中水性溶剂的散失，延长开始固化的时间，若混合料制造4h后仍未被使用，将予以废弃。

c、冷拌自乳化树脂沥青混合料的摊铺

摊铺机的摊铺速度应根据拌和机的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度、摊铺宽度，按2～4m/min予以调整选择，做到缓慢、均匀、不间断地摊铺。用机械摊铺的混合料未压实前，施工人员不得进入踩踏。一般不用人工不断地整修，只有在特殊情况下，如局部离析，需在现场主管人员指导下，允许用人工找补或更换混合料，缺陷较严重时应予铲除，并调整摊铺机或改进摊铺工艺。

d、树脂沥青混合料的压实成型

混合料的压实是保证面层质量的重要环节，应选择合理的压路机组合方式及碾压步骤。为保证压实度和平整度，初压应在混合料不产生推移、开裂等情况下进行，碾压速度随初压、复压、终压及压路机的类型而别，按表4选用，碾压过程需在1h内完成，否则将影响冷拌自乳化树脂沥青材料的固化进程。气温20～30℃，压实完成4～6小时后，方能允许施工车辆通行，气温10～20℃，压实完成8～10小时后方可允许车辆通行，施工气温及路面温度低于10℃，则停止施工。

表4压路机碾压

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种冷拌自乳化树脂沥青材料，其特征在于：包括如下质量份的各组分：

50～70份水性特种沥青；

5～10份高温固化剂；

20～40份改性环氧树脂；

0.2～0.8份添加剂。

2.根据权利要求1所述的冷拌自乳化树脂沥青材料，其特征在于：所述水性特种沥青为混合材料，包含如下质量份的各组分：

55～65份硬质沥青；

0.5～1.5份乳化剂；

30～40份软化水；

0.1～0.3份稳定剂；

所述水性特种沥青中的固含量为50～70％。

3.根据权利要求1或2所述的冷拌自乳化树脂沥青材料，其特征在于：所述添加剂包括0.2～0.4％稳定剂和0.1～0.13‰消泡剂，以质量比计。

4.冷拌自乳化树脂沥青材料的制备方法，其特征在于：包括如下操作步骤，

(1)制备水性特种沥青：按乳化定量的软化水加入乳化剂和稳定剂，并调节pH值，加热并搅拌均匀，将硬质沥青加热后与上述混合皂液一起加入到胶体磨中，转速为3000-5000r/min，循环研磨5min～10min出料；

(2)高温固化剂融合：将高温固化剂室温下加入到制备的水性特种沥青中，快速剪切搅拌3min～5min，转速为800-1200r/min；

(3)改性环氧树脂分散：将改性环氧树脂投入到(2)中制备的混合溶液中，添加消泡剂，分散、研磨往复进行，转速为100-250r/min，添加稳定剂并调节PH，充分研磨和搅拌后得到目标产物。

5.根据权利要求4所述的冷拌自乳化树脂沥青材料的制备方法，其特征在于：所述(1)中调节后的pH值为2～3。

6.根据权利要求4或5所述的冷拌自乳化树脂沥青材料的制备方法，其特征在于：所述硬质沥青的加热温度为120～140℃。

7.根据权利要求4或5所述的冷拌自乳化树脂沥青材料的制备方法，其特征在于：所述(2)中高温固化剂与水性特种沥青质量比为0.3～0.45：1，混合溶液的温度保持在60～70℃。

8.冷拌自乳化树脂沥青材料作为桥面防水粘结层、路面防水粘结层、隧道防水粘结层，路面抗滑表层粘结剂，用于高速公路或市政道路的坑槽、沟槽、裂缝或车辙修补，作为新建路面施工用结构层中、上面层沥青胶结料的应用。