CN114644493A - 高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料及其制备方法 - Google Patents

高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料及其制备方法，属于路面微表处材料技术领域，其原料按重量比100:(8‑14):(2‑4):(3‑6):(5‑14)包括矿料、水性环氧改性乳化沥青、水泥、磷酸二氢铝和水；水性环氧改性乳化沥青按重量比(2‑6):(2‑6):(2‑5):(4‑8):100包括非离子型水性环氧树脂乳液、非离子乙烯胺加成型固化剂、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青。微表处材料的制备方法是先将非离子乙烯胺加成型固化剂、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青、非离子型水性环氧乳液混合，再加入矿料、磷酸二氢铝和水泥混合均匀后制得。所得微表处材料具有优异的长期耐磨性、与沥青混凝土基面粘结性以及抗车辙性。

Description

高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料及其制备方法
技术领域
本发明属于路面微表处材料技术领域，特别是高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料及其制备方法。
背景技术
微表处是一种应用于高速公路、城市干线和机场道路等高等级路面预防性养护的专用技术，其材料由聚合物改性乳化沥青、100％轧碎矿料、填料、水和必要的添加剂组成，具有防水、防滑、恢复表面功能的技术特点，是目前我国最常用的预防性养护技术手段之一。
虽然目前微表处应用技术已经相对成熟，在很多实体工程中取得了广泛应用，但是就目前的应用及研究情况来看，微表处路面依旧存在一些问题：(1)常规微表处使用寿命在2-3年左右，主要问题是易产生掉粒、脱皮现象，微表处混合料的粘结力，及微表处与原路面的粘结力有待提高；(2)，当夏季高温炎热地区微表处用于路面车辙填充时，容易再次出现车辙病害，现有微表处抗车辙能力较差；(3)目前国内标准规范(2006年交通部公路科学研究院出版)中对微表处的评价方法和技术指标不能完整考察微表处混合料的路用性能及耐久性，影响了其进一步发展和推广应用。
针对目前微表处存在的上述问题，技术人员发明了水性环氧乳化沥青微表处，从抗车辙性能、与基面的粘结性性能、长期耐磨耗性能等方面改善微表处性能。例如，中国授权专利CN105439496B提供了一种水性环氧树脂乳化沥青微表处混合料，其原料包括矿料(粗集料、细集料和填料)、阴离子乳化沥青、水性环氧树脂乳液，且水性环氧树脂乳液由水性环氧树脂和水性环氧固化剂(二乙烯三胺、聚酰胺-650或N’N-二羟乙基二亚乙基三胺)制备而成。该专利还评价了微表处混合料的耐磨耗性能(1h湿轮磨耗值)、抗水损性能(6d湿轮磨耗值)和抗车辙性能(宽度变形率PVD)。
例如中国授权专利CN103951323B提供了一种路用增强型乳化沥青混凝土及其制备方法，该乳化沥青混凝土的原料包括集料、乳化沥青、水性环氧树脂乳液，水性环氧树脂乳液由水性环氧树脂、水性胺类固化剂和水制备而成；还限定了水性环氧树脂为固含量50％以上的水溶性环氧树脂或标准液体环氧树脂，水性胺类固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺。
又例如文献《水性环氧树脂对SBR乳化沥青的复合改性作用》(李秀君，重庆交通大学学报(自然科学版)，2018年11月，第37卷第11期，40-46)公开了不同掺配比例的水性环氧树脂对两种常见类型的阳离子SBR改性乳化沥青(BCR型、PC型)的48h浸水马歇尔稳定度、冻融劈裂抗拉强度、湿轮磨耗性能的影响。
又例如文献《复配型水性环氧乳化沥青微表处耐久性》(郑木莲，长安大学学报(自然科学版)，2020年1月第40卷第1期，68-76)公开了使用水性环氧树脂配合SBR丁苯橡胶对乳化沥青复合改性，制备复合改性水性环氧乳化沥青微表处；通过长期浸水湿轮磨耗试验、多次冻融循环湿轮磨耗试验和湿轮加速磨耗试验验证了微表处混合料的耐久性。微表处混合料包括矿料、乳化沥青和改性剂，改性剂由水性环氧树脂和常温水性胺类固化剂按质量比100:40制备而成。
然而，上述专利或文献所提供的微表处材料的抗车辙性能、与基面的粘结性性能、长期耐磨耗性能与目前市面上常见的微表处材料差别不大，均亟待优化提升。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提供了高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料及其制备方法，具体通过以下技术实现。
一种高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，原料按重量比100:(8-14):(2-4):(3-6):(5-14)包括矿料、水性环氧改性乳化沥青、水泥、磷酸二氢铝和水；所述水性环氧改性乳化沥青按重量比(2-6):(2-6):(2-5):(4-8):100包括非离子型水性环氧树脂乳液、非离子乙烯胺加成型固化剂、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青；所述改性白炭黑是将白炭黑用均苯三甲酸改性后制得。
本发明提供的微表处材料，除了使用矿料、水泥以外，还使用了磷酸二氢铝和水性环氧树脂改性的乳化沥青。先将特定比例的非离子型水性环氧树脂乳液、非离子乙烯胺加成型固化剂、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑和阳离子乳化沥青制备成水性环氧改性乳化沥青，再将水性环氧改性乳化沥青与矿料、水泥、磷酸二氢铝和水混合制备成微表处材料成品。
当应用在道路路面时，随着微表处材料的逐渐硬化，磷酸二氢铝能与水泥水化产物反应生成难溶于水的晶体，这种晶体能够填充在微表处材料硬化形成的微孔道和缝隙中，提升了微表处材料的整体密实程度，耐磨耗、抗车辙性能大幅提升。非离子型水性环氧树脂乳液和阳离子乳化沥青具有较好的相容性，与SBR丁苯胶乳的改性效果互补，具有更好的粘结性能，使微表处材料的各组分紧密结合。改性白炭黑通过将白炭黑用均苯三甲酸进行接枝改性制成；白炭黑主要成分是二氧化硅，且含有部分结晶水，白炭黑分子的表面含有硅氧基和大量的羟基(隔离羟基、相邻羟基和双生羟基)，使用在微表处材料中能够增韧，提升耐磨性能和抗老化性能；这些硅氧基和羟基活性较强，均苯三甲酸上的3个均匀分布的羧基与这些羟基能够发生反应，将均苯三甲酸接枝在白炭黑表面；同时由于均苯三甲酸的三个羧基的空间位阻影响，接枝均苯三甲酸的白炭黑也不容易团聚在一起，这些改性白炭黑在水性环氧树脂改性的乳化沥青使其具有更优异的交联性和粘连性能。
通过在水性环氧改性乳化沥青中加入改性白炭黑，能够提升水性环氧改性乳化沥青与微表处材料的其他原料的结合强度，提升微表处材料的整体粘结性能和耐磨性能；磷酸二氢铝同样进一步提升了微表处的整体强度和耐磨耗性能。最终通过水性环氧改性乳化沥青(尤其是改性白炭黑)和磷酸二氢铝之间的协同作用，使得制备的微表处材料具有非常优异的长期耐磨耗性能和抗车辙性能，与沥青混凝土基面的粘结性能更好。改性白炭黑还能够降低水性环氧改性乳化沥青的蠕变劲度，提高其软化点，使其兼具优良的高温性能和低温性能，提高微表处材料的环境适应能力。
所采用的矿料和水泥可以采用本领域常见的材料，例如矿料可以选用满足参数条件的辉绿岩、玄武岩等。水泥可以选用标号为32.5、42.5的硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等常见水泥。
优选地，所述非离子乙烯胺加成型固化剂是以乙烯胺、聚醚多元醇二缩水甘油醚和环氧树脂为原料，采用二步扩链法合成的加成产物。这种非离子乙烯胺加成型固化剂常温下即可发挥固化功能，柔韧性佳。
优选地，所述非离子乙烯胺加成型固化剂的制备方法具体为：
P1、将三乙烯四胺、聚醚多元醇二缩水甘油醚(NPER-032)分别溶于有机溶剂中，加热至55-70℃，三乙烯四胺和聚醚多元醇二缩水甘油醚的质量比为(1.5-3):1；
P2、向三乙烯四胺有机溶液中滴加聚醚多元醇二缩水甘油醚有机溶液，完全混和后升温至70-80℃，反应4-5h，生成中间产物；
P3、将中间产物减压蒸馏，除去未反应的三乙烯四胺；加入环氧树脂在55-70℃下保温3-4h，中间产物与环氧树脂的质量比例为(1.5-3):1；反应完成后除去有机溶剂，加去离子水稀释至固含量为40-65％。
上述非离子乙烯胺加成型固化剂的原料中，三乙烯四胺、聚醚多元醇二缩水甘油醚(NPER-032)、环氧树脂均为市售常见普通原料。根据反应条件(原料性能参数，反应的温度、时间等)的差异，最终制备的固化剂的性能指标会存在不同，但都可以应用于制备本发明的微表处材料的原料水性环氧改性乳化沥青。
优选地，所述改性白炭黑的制备方法为：按重量比(1-1.5):1称取白炭黑(粒径一般不超过100nm)、均苯三甲酸，将均苯三甲酸溶解于水中，然后加入白炭黑混合均匀，在70-90℃密闭环境中搅拌反应20-30min，过滤后取滤渣用无水乙醇清洗、干燥，制成改性白炭黑。
优选地，原料矿料、水性环氧改性乳化沥青、水泥、磷酸二氢铝和水的重量比为100:10:2:5:8。
优选地，所述水性环氧改性乳化沥青的原料非离子型水性环氧树脂乳液、非离子乙烯胺加成型固化剂、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青的重量比为3:3:4:6:100。当使用上述重量比时，制备的水性环氧改性乳化沥青对微表处材料的性能提升最显著。
优选地，所述矿料由玄武岩粗集料、细集料(例如玄武岩砂、河砂、机制砂等)和填料组成，粗集料、细集料和填料的重量比为(15-30):(60-80):(5-10)，粗集料的公称粒径为4.75-9.5mm，细集料的公称粒径为0.075-4.75mm，填料的公称粒径＜0.075mm。
本发明还提供了上述的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、先将非离子乙烯胺加成型固化剂、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青混合搅拌均匀；再将非离子型水性环氧树脂乳液加至混合液中剪切搅拌分散；
或者，先将非离子乙烯胺加成型固化剂和非离子型水性环氧树脂乳液混合搅拌均匀，再将SBR丁苯胶乳、阳离子乳化沥青、改性白炭黑加至混合液中剪切搅拌分散；
S2、将矿料、磷酸二氢铝和水泥混合均匀，加水充分拌和至混合料湿润；再将步骤S1所得混合液加至混合料中，搅拌均匀即可。
上述微表处材料的制备方法中，步骤S1可以选用上述任意一种混合方式，最终制备的微表处材料的性能相差不大。
优选地，步骤S1中，剪切搅拌分散的速率为400-600r/min，时间为5-15min。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明通过对微表处材料层间粘结能力进行研究，将非离子型水性环氧树脂乳液、非离子乙烯胺加成型固化剂、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑和阳离子乳化沥青按特定比例制备水性环氧改性乳化沥青，解决了阳离子乳化沥青在使用时与其他原料的相容性问题，还使水性环氧微表处和水泥混凝土路面、沥青混凝土路面的层间粘结性都明显改善；通过与磷酸二氢铝的协同作用，使微表处材料各原料之间的结合能力更强，强度更高；应用在高速公路、城市干线和机场道路等高等级路面的预防性养护中，具有更优异的长期耐磨耗性能，与沥青混凝土基面的粘结性能也更好，抗车辙性能大幅提升。
改性白炭黑还能够降低水性环氧改性乳化沥青的蠕变劲度，提高其软化点，使其兼具优良的高温性能和低温性能，提高微表处材料的环境适应能力。
附图说明
图1为微表处斜剪试验中试件切割成型示意图。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例和对比例中，所使用的水泥为P.O 42.5硅酸盐水泥，采购自京兰水泥；所用的矿料采购自京山石料厂，由玄武岩粗集料、细集料和填料组成，粗集料、细集料和填料的重量比为20:75:5，粗集料的公称粒径为4.75-9.5mm，细集料的公称粒径为0.075-4.75mm，填料的公称粒径＜0.075mm；所使用的磷酸二氢铝、均苯三甲酸、白炭黑(气相白炭黑，粒径20-60nm)是在网络购物平台采购获得。
所使用的非离子型水性环氧树脂乳液，采购自中南安全环境技术研究院股份有限公司，制备方法为：
(1)在55℃下，将100份双酚A环氧树脂和15份乳化剂搅拌混合，缓慢加入20份水进行磨砂分散至油-水两相反转，分散时的搅拌速率为2000rpm；乳化剂采用市场上常见的HLB值为10-15、pH＝6.8-7.2、固含量为50-55％的非离子型乳化剂，例如采用购自中南安全环境技术研究院股份有限公司的EP-25乳化剂。
(2)向步骤S1中的混合物中添加0.2份消泡剂，向体系中继续加入55份水，以1500rpm速率剪切分散均匀，得所述水性环氧树脂乳液；消泡剂采用市场上常见的消泡剂，例如采用购自东莞市德丰消泡剂有限公司的DF-290消泡剂。参数如下表1所示：
表1非离子型水性环氧树脂乳液性能参数
检测项目 技术指标
外观 乳白色均匀液体
有效成分含量，wt％ 70±2
密度，g/cm<sup>3</sup>(25℃) 1.05－1.10
粘度，mPa.S(23℃) 2000-5000
环氧当量(供货形式) 280-300
pH值 7-9
所使用的非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂，型号EM-310，采购自中南安全环境技术研究院股份有限公司，参数如下表2所示：
表2非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂EM-310性能参数
Figure BDA0003608430770000061
Figure BDA0003608430770000071
非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂，型号EM-910，采购自中南安全环境技术研究院股份有限公司，参数如下表3所示：
表3非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂EM-910性能参数
检测项目 技术指标
外观 淡黄色均匀流体
色泽(加德纳法) <6
有效成分含量，wt％ 52.0±2.0
粘度，mPa.s(23℃) 5000-20000
密度，g/cm3(25℃) 1.05
pH值 9～11
非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂(型号EM-370)，采购自中南安全环境技术研究院股份有限公司，采购自中南安全环境技术研究院股份有限公司，参数如下表4所示：
表4非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂EM-370性能参数
检测项目 技术指标
外观 淡黄色透明粘稠液体
色泽(加德纳法) <6
有效成分含量，wt％ 51.0±2.0
粘度，mPa.s(23℃) 8000～12000
密度，g/cm3(25℃) 1.10
pH值 7～9
上述非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂EM-310、EM-910、EM-370，均采用以下方法制备而成，性能参数产生区别的原因在于原料的用量，以及反应温度存在差异，制备方法为：
P1、将三乙烯四胺、聚丙二醇二缩水甘油醚分别溶于有机溶剂中，加热至60-80℃，三乙烯四胺和聚丙二醇二缩水甘油醚的质量比为2-3:1；
P2、向三乙烯四胺有机溶液中滴加聚丙二醇二缩水甘油醚有机溶液，完全混和后升温至70-80℃，反应5h，生成中间产物；
P3、将中间产物减压蒸馏，除去未反应的三乙烯四胺；加入双酚A环氧树脂E51在60℃下保温3h，中间产物与双酚A环氧树脂E51的质量比例为2-2.5:1；反应完成后除去有机溶剂，加去离子水稀释至固含量为50％。
SBR丁苯胶乳采购自中南安全环境技术研究院股份有限公司，型号为SBR-D1，固含量60％。
阳离子乳化沥青采购自中南安全环境技术研究院股份有限公司，型号为MK-Y1，参数如下表5所示。
表5阳离子乳化沥青MK-Y1性能参数
Figure BDA0003608430770000081
实施例1
本实施例提供的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，原料按重量比100:10:2:5:8包括矿料、水性环氧改性乳化沥青、水泥、磷酸二氢铝和水；所述水性环氧改性乳化沥青按重量比3:3:4:6:100包括非离子型水性环氧树脂乳液、非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂(型号EM-310)、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青。
改性白炭黑的制备方法为：按重量比1.5:1称取白炭黑、均苯三甲酸，将均苯三甲酸溶解于水中，然后加入白炭黑混合均匀，在85℃左右的密闭环境中搅拌反应25min，过滤后取滤渣用无水乙醇清洗，干燥去除乙醇，制成改性白炭黑。
本实施例提供的微表处材料的制备方法是：
S1、先将非离子乙烯胺加成型固化剂(型号EM-310)、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青混合搅拌均匀；再将非离子型水性环氧树脂乳液加至混合液中剪切搅拌分散，剪切搅拌分散的速率为500r/min，时间为10min；
S2、将矿料、磷酸二氢铝和水泥混合均匀，加水充分拌和至混合料湿润；再将步骤S1所得混合液加至混合料中，搅拌均匀(一般为60-90s，100-200rpm左右)即可。
实施例2
本实施例提供的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，原料按重量比100:10:2:5:8包括矿料、水性环氧改性乳化沥青、水泥、磷酸二氢铝和水；所述水性环氧改性乳化沥青按重量比3:3:4:6:100包括非离子型水性环氧树脂乳液、非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂(型号EM-310)、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青。
改性白炭黑的制备方法为：按重量比1:1称取白炭黑、均苯三甲酸，将均苯三甲酸溶解于水中，然后加入白炭黑混合均匀，在90℃左右的密闭环境中搅拌反应20min，过滤后取滤渣用无水乙醇清洗，干燥去除乙醇，制成改性白炭黑。
本实施例提供的微表处材料的制备方法是：
S1、先将非离子乙烯胺加成型固化剂(型号EM-310)和非离子型水性环氧树脂乳液混合搅拌均匀，再将SBR丁苯胶乳、阳离子乳化沥青、改性白炭黑加至混合液中剪切搅拌分散，剪切搅拌分散的速率为500r/min，时间为10min；
S2、将矿料、磷酸二氢铝和水泥混合均匀，加水充分拌和至混合料湿润；再将步骤S1所得混合液加至混合料中，搅拌均匀即可。
实施例3
本实施例提供的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，原料按重量比100:14:4:6:5包括矿料、水性环氧改性乳化沥青、水泥、磷酸二氢铝和水；所述水性环氧改性乳化沥青按重量比6:6:2:4:100包括非离子型水性环氧树脂乳液、非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂(型号EM-310)、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青。
改性白炭黑的制备方法为：按重量比1.5:1称取白炭黑、均苯三甲酸，将均苯三甲酸溶解于水中，然后加入白炭黑混合均匀，在70℃左右的密闭环境中搅拌反应30min，过滤后取滤渣用无水乙醇清洗，干燥去除乙醇，制成改性白炭黑。
本实施例提供的微表处材料的制备方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，原料按重量比100:8:2:3:14包括矿料、水性环氧改性乳化沥青、水泥、磷酸二氢铝和水；所述水性环氧改性乳化沥青按重量比2:2:5:8:100包括非离子型水性环氧树脂乳液、非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂(型号EM-310)、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青。
本实施例提供的改性白炭黑，以及微表处材料的制备方法与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，原料种类和配比与实施例1相同，区别在于水性环氧改性乳化沥青的原料中，非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂使用的型号为EM-910。本实施例提供的改性白炭黑，以及微表处材料的制备方法与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，原料种类和配比与实施例1相同，区别在于水性环氧改性乳化沥青的原料中，非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂使用的型号为EM-370。本实施例提供的改性白炭黑，以及微表处材料的制备方法与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供的微表处材料，其原料按重量比包括100:10:2:8包括矿料、水性环氧改性乳化沥青、水泥和水。即原料未使用磷酸二氢铝。其他原料的种类和制备方法与实施例1相同。
本对比例的微表处材料的制备方法是：
S1、先将非离子乙烯胺加成型固化剂、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青混合搅拌均匀；再将非离子型水性环氧树脂乳液(非离子乙烯胺-聚醚多元醇加成型固化剂，型号EM-310)加至混合液中剪切搅拌分散，剪切搅拌分散的速率为500r/min，时间为10min；
S2、将矿料和水泥混合均匀，加水充分拌和至混合料湿润；再将步骤S1所得混合液加至混合料中，搅拌均匀(一般为60-90s)即可。
非离子型水性环氧树脂乳液非离子型水性环氧树脂乳液。
对比例2
本对比例提供的微表处材料，与实施例1的区别在于，将制备水性环氧改性乳化沥青所用的原料改性白炭黑替换成普通的气相白炭黑。微表处材料其他原料的种类和制备方法与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供的微表处材料，与实施例1不同之处在于，所用的固化剂为四乙烯五胺。
应用例1：微表处材料的性能评价
为了更全面地评价上述实施例1-6和对比例1-3的微表处性能，本发明的申请人在现有规范相关技术要求的基础上提出了微表处材料耐久性、层间粘结能力的评价方法。
进一步地，申请人自主设计了干湿循环条件下的湿轮磨耗试验，并增加了磨耗时间。最终通过湿轮磨耗值的变化率，用于评价微表处的长期耐磨耗性能。申请人还自主设计了微表处与沥青混凝土复合试件的斜剪试验，用于评价微表处材料层间粘结性能。具体试验设计方案如下：
1、微表处干湿循环磨耗性能试验
(1)保留4.75mm以上集料，参照《微表处和稀浆封层技术指南》(2006年出版)中的试验方法成型12mm厚的水性环氧乳化沥青微表处湿轮磨耗试件，放入60℃烘箱至少24h，并冷却至室温，称取试件重量记为ma；
(2)把成型并烘干好的湿轮磨耗试件放入25℃的恒温水浴箱中浸水1h，进行湿轮磨耗试验，磨耗次数分别为1000次；
(3)磨耗完成后取下试件，刷去磨耗掉的颗粒并冲洗试件，放入60℃烘箱中烘干至恒重，称取试件重量并记为mb1，为第一个干湿循环。再重复4轮上述步骤操作，即每轮磨耗比上一轮多1000次，并按照下式湿轮磨耗值计算公式计算试件的干湿循环磨耗值：
WTAT＝(ma-mb)/A；
上式中：WTAT为湿轮磨耗值(g/m2)；A为胶管的磨耗面积，单位m2；ma为磨耗前试件总重，单位g；mb为磨耗后试件总重，单位g；
检测结果如下表7所示。
表7实施例1-6和对比例1-3的微表处材料的长期耐磨耗性能试验结果
Figure BDA0003608430770000121
2、微表处材料斜剪试验
(1)首先根据目前行业常用的T0703-2011《沥青与沥青混合料试验规程》中的轮碾法，成型300mm×300mm×50mm的AC-13C型密级配沥青混合料车辙板，冷却至室温后备用；
(2)在车辙板上加铺5cm微表处材料，分别制备涂刷0.5kg/㎡粘层油和不涂刷粘层油的微表处-沥青混合料试件。以市售的SBR微表处为常规对照组，SBR微表处涂刷粘层油采用SBR乳化沥青，具体制备方法与2006版微表处和稀浆封层技术指南完全相同，集料均为玄武岩颗粒，水泥为P.O 42.5硅酸盐水泥，SBR胶乳为丁苯胶乳，采购自宜昌砼富公路养护有限公司；
(3)为保证微表处混合料中水性环氧改性乳化沥青完全破乳，对5cm微表处分4层摊铺，每层微表处混合料摊铺完成后用刮刀刮平，并在60℃烘箱内恒温养生24h，取出自然冷却至室温后，进行下一次摊铺。
4)采用切割机切至尺寸为80cm×80mm×100mm的长方体，并测量试件的长度、宽度、高度，并进行斜剪试验。试件切割成型示意图如附图1所示，试验结果如下表8所示。
表8实施例1-6和对比例1-3的微表处材料的斜剪试验试验结果
Figure BDA0003608430770000122
Figure BDA0003608430770000131
3、微表处材料抗车辙性能试验
在尺寸为300mm×300mm×50mm的车辙板模具内分层成型微表处混合料车辙试件，用水泥砂浆拌合锅拌和微表处混合料，均匀摊铺在车辙板上，每次摊铺厚度约为1.5-2cm，分三次成型，每次摊铺完成后放置在60℃烘箱养生72h并室温冷却。试件成型完毕后，参照公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)T0719-2001进行沥青混合料车辙试验，记录车辙深度。试验结果如下表9所示。
表9实施例1-6和对比例1-3的微表处材料的抗车辙性能试验结果
微表处种类 深度变形率PLD，％ 宽度变形率PVD，％ 60℃车辙深度，mm
常规对照组 2.26 7.15 7.30
实施例1 0.54 2.40 3.10
实施例2 0.55 2.42 3.10
实施例3 0.58 2.49 3.15
实施例4 0.61 2.49 3.17
实施例5 0.56 2.46 3.12
实施例6 0.56 2.49 3.14
对比例1 1.96 4.47 6.10
对比例2 4.12 7.49 7.28
对比例3 2.85 7.11 8.01
由上表7-9可以看到，通过对比实施例1、2的试验结果，采用本发明提供的两种制备方法，每轮磨耗后的湿轮磨耗值、抗剪强度和、深度变形率、宽度变形率和60℃车辙深度相差不大，说明两种制备方法得到的微表处材料的耐磨性能、与沥青混凝土基面粘结性能，以及抗车辙性能接近。
通过对比实施例1、3、4可以看到，当改变矿料、水性环氧改性乳化沥青、水泥、磷酸二氢铝和水这五种原料的重量比时，改变非离子型水性环氧树脂乳液、非离子乙烯胺加成型固化剂、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑和阳离子乳化沥青的重量比时，所制得的微表处材料的耐磨性能存在差异，这说明上述各原料的用量配比，对微表处材料的上述各项性能均有一定影响。
通过对比实施例1、5、6和对比例1-3可以看到，申请人研究了不同的非离子乙烯胺加成型固化剂，研究了分别使用普通气相白炭黑、改性白炭黑和磷酸二氢铝三者，研究了使用目前市面上常见的胺类固化剂四乙烯五胺，分别对制备的微表处材料的性能变化，发现将磷酸二氢铝与采用本发明的方法改性制得的改性白炭黑进行联用，制备的微表处材料的耐磨性能，与沥青混凝土基面粘结性能，以及抗车辙性能均明显更优，尤其是抗车辙性能。
申请人分析原因，可能正是因为改性白炭黑在水性环氧改性乳化沥青中有效发挥了交联作用和增韧作用，实现了各原料之间的紧密结合；磷酸二氢铝在微表处材料的水泥水化过程中进入微表处材料的缝隙孔道中，还能进入白炭黑的多孔结构中，进一步提升微表处材料的强度。

Claims (9)

1.一种高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，其特征在于，原料包括矿料、水性环氧改性乳化沥青、水泥、磷酸二氢铝和水，且重量比为100:(8-14):(2-4):(3-6):(5-14)；所述水性环氧改性乳化沥青包括非离子型水性环氧树脂乳液、非离子乙烯胺加成型固化剂、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青，且重量比为(2-6):(2-6):(2-5):(4-8):100；所述改性白炭黑是将白炭黑用均苯三甲酸改性后制得。
2.根据权利要求1所述的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，其特征在于，所述非离子乙烯胺加成型固化剂是以乙烯胺、聚醚多元醇二缩水甘油醚和环氧树脂为原料，采用二步扩链法合成的加成产物。
3.根据权利要求2所述的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，其特征在于，所述非离子乙烯胺加成型固化剂的制备方法具体为：
P1、将三乙烯四胺、聚醚多元醇二缩水甘油醚分别溶于有机溶剂中，加热至55-70℃，三乙烯四胺和聚醚多元醇二缩水甘油醚的质量比为(1.5-3):1；
P2、向三乙烯四胺有机溶液中滴加聚醚多元醇二缩水甘油醚有机溶液，完全混和后升温至70-80℃，反应4-5h，生成中间产物；
P3、将中间产物减压蒸馏，除去未反应的三乙烯四胺；加入环氧树脂在55-70℃下保温3-4h，中间产物与环氧树脂的质量比例为(1.5-3):1；反应完成后除去有机溶剂，加去离子水稀释至固含量为40-65％。
4.根据权利要求1所述的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，其特征在于，所述改性白炭黑的制备方法为：按重量比(1-1.5):1称取白炭黑、均苯三甲酸，将均苯三甲酸溶解于水中，然后加入白炭黑混合均匀，在70-90℃密闭环境中搅拌反应20-30min，过滤后取滤渣用无水乙醇清洗、干燥，制成改性白炭黑。
5.根据权利要求1所述的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，其特征在于，原料矿料、水性环氧改性乳化沥青、水泥、磷酸二氢铝和水的重量比为100:10:2:5:8。
6.根据权利要求1所述的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，其特征在于，所述水性环氧改性乳化沥青的原料非离子型水性环氧树脂乳液、非离子乙烯胺加成型固化剂、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青的重量比为3:3:4:6:100。
7.根据权利要求1所述的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料，其特征在于，所述矿料由玄武岩粗集料、细集料和填料组成，粗集料、细集料和填料的重量比为(15-30):(60-80):(5-10)，粗集料的公称粒径为4.75-9.5mm，细集料的公称粒径为0.075-4.75mm，填料的公称粒径＜0.075mm。
8.一种权利要求1-7任一项所述的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、先将非离子乙烯胺加成型固化剂、SBR丁苯胶乳、改性白炭黑、阳离子乳化沥青混合搅拌均匀；再将非离子型水性环氧树脂乳液加至混合液中剪切搅拌分散；
或者，先将非离子乙烯胺加成型固化剂和非离子型水性环氧树脂乳液混合搅拌均匀，再将SBR丁苯胶乳、阳离子乳化沥青、改性白炭黑加至混合液中剪切搅拌分散；
S2、将矿料、磷酸二氢铝和水泥混合均匀，加水充分拌和至混合料湿润；再将步骤S1所得混合液加至混合料中，搅拌均匀即可。
9.根据权利要求8所述的高性能水性环氧改性乳化沥青微表处材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，剪切搅拌分散的速率为400-600r/min，时间为5-15min。
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