CN116903338A - 一种沥青路面复合快速养护材料、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沥青路面复合快速养护材料、其制备方法及应用，属于沥青路面养护技术领域。本发明沥青路面复合快速养护材料，由以下组分按重量份数组成：水泥0.4‑0.8份、乳化沥青0.9份、水性环氧树脂0.024‑0.072份、细集料0.9‑1.3份、粗集料5.06份、减水剂0.025份、膨胀剂0.0025份、纤维0.003份、消泡剂0.0004‑0.0008份、缓凝剂0.004‑0.008份。该复合快速养护材料在力学性能、高温稳定性能、水稳定性能方面性能优于常规AC‑16热拌沥青混合料；可适用于高温高湿条件下的沥青路面快速养护。
Description
技术领域
本发明属于沥青路面养护技术领域，具体涉及一种沥青路面复合快速养护材料、其制备方法及应用。
背景技术
沥青路面具有驾驶舒适、施工期短、表面平整、耐磨、振动小、噪音低、养护维修简便等优点。但是由于沥青的感温性较强，所以沥青路面易受到行车荷载和不确定的外界环境影响，近些年交通流量的增加和轴重的加重导致沥青路面坑洞等早期损坏频繁发生。早期损坏不仅影响驾驶舒适性和安全性，还会影响道路的使用寿命，出现裂缝、坑洞和其他损坏，尤其是在高温高湿的地区。如果早期损坏得不到及时修复，水分可能会通过破碎的表面渗入路面基层、底基层或路基，从而加速对道路结构的损坏，缩短道路的预期使用寿命。为了交通道路服役寿命的延长、行车安全，应加强在高温高湿条件下路面修复养护材料研究。
目前，沥青路面的修复材料主要分为两大类：沥青路面热补类材料和沥青路面冷补类材料。沥青路面热补材料是指在定点的沥青混合料搅拌站加工后由车辆运送至施工现场，修复材料对温度的要求比较高，施工中往往需要对修复材料反复加热，大大降低了施工的速度和效率，同时由于加热所产生的气体也会对环境产生不良的影响，不符合节能减排和环境保护，且热补类材料不适合在雨雪低温的条件下进行作业，施工要求比较严格，交通封闭时间长，施工工艺复杂。沥青路面冷补类材料在常温下即可拌和，随拌随用比较灵活，使用过程中不会像热拌料产生有毒气体，在多种复杂环境下均可作业，不受温度限制，但是冷补料强度上升慢且容易出现车辙。
综上所述，使用热补料会排放有毒气体污染环境，还受气候环境影响比较严重；冷补材料虽然具有在各种环境下施工的优点，但仍存在粘结不足、水稳定性差、早期强度低等缺陷，特别是在高温多雨地区，容易造成水的破坏，重复维修使维护成本增加，费时费钱费力。因而，提供适合于高温高湿环境下沥青路面快速养护材料，能为延长道路使用寿命和提高修复效率做出贡献。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种沥青路面复合快速养护材料、其制备方法及应用。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种沥青路面复合快速养护材料，由以下组分按重量份数组成：
水泥0.4-0.8份、乳化沥青0.9份、水性环氧树脂0.024-0.072份、细集料0.9-1.3份、粗集料5.06份、减水剂0.025份、膨胀剂0.0025份、纤维0.003份、消泡剂0.0004-0.0008份、缓凝剂0.004-0.008份。
在一个具体的实施例中，所述的粗集料为粒径范围为4.75mm～9.5mm的粗集料2.83份、粒径范围为9.5mm～16mm的粗集料2.23份。优选粗集料为玄武岩与石灰岩，提高沥青与骨料的粘结性能，并保障快速养护材料的力学性能。
在一个具体的实施例中，所述的纤维为玄武岩纤维0.0015份、聚乙烯醇纤维0.0015份。
在一个具体的实施例中，所述水泥为早强快硬型水泥，优选的为硫铝酸盐水泥。
在一个具体的实施例中，所述的乳化沥青为阳离子乳化沥青。
在一个具体的实施例中，所述的细集料为河砂；所述的粗集料为石灰岩。
在一个具体的实施例中，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述缓凝剂为柠檬酸缓凝剂。
在一个具体的实施例中，所述沥青路面复合快速养护材料，由以下组分按重量份数组成：
水泥0.8份、乳化沥青0.9份、水性环氧树脂0.072份、细集料0.9份、粗集料5.06份、减水剂0.025份、膨胀剂0.0025份、纤维0.003份、消泡剂0.0008份、缓凝剂0.008份。
上述沥青路面复合快速养护材料的制备方法，步骤如下：
向将粗集料中加入纤维混合搅拌90s，然后加入乳化沥青和水性环氧树脂继续搅拌90s，加入细集料后搅拌30s，然后加入水泥、减水剂、消泡剂、膨胀剂、缓凝剂后继续搅拌90s，即得沥青路面复合快速养护材料。
上述方法制备的沥青路面复合快速养护材料在沥青路面修复养护中的应用。
本发明技术方案的优点
本发明针对目前修补沥青路面坑槽的冷补材料强度上升慢、稳定性差、与原路面材料协调性差、不适宜于高温高湿与雨季复杂恶劣环境下全天候不间断施工作业等问题，利用柔性较好的乳化沥青、高早强的硫铝酸盐水泥、稳定性优良的水性环氧树脂等材料制备了一种沥青路面复合快速养护材料；该复合快速养护材料在力学性能、高温稳定性能、水稳定性能方面性能优于常规AC-16热拌沥青混合料；与传统冷拌沥青混合料相比，水性环氧树脂的加入可以改善复合快速养护材料的性能，有助于延长其服役时间，可适用于高温高湿条件下的沥青路面养护，也适用于寒区沥青路面的快速养护。
附图说明
图1养护材料制备的生产工艺流程图；
图2沥青路面复合快速养护材料中E/C＝0时A/C对拉拔强度的影响；
图3沥青路面复合快速养护材料中A/C＝1.125时E/C对拉拔强度的影响；
图4沥青路面复合快速养护材料中E/C＝0时A/C对劈裂强度的影响；
图5沥青路面复合快速养护材料中A/C＝1.125时E/C对劈裂强度的影响；
图6不同材料拉拔强度试验；
图7不同材料劈裂强度试验；
图8沥青路面复合快速养护材料中E/C＝0时A/C对动稳定度的影响；
图9沥青路面复合快速养护材料中A/C＝1.125时E/C对动稳定度的影响；
图10不同类型材料的动稳定度；
图11沥青路面复合快速养护材料中E/C＝0时A/C对低温性能的影响；
图12沥青路面复合快速养护材料中A/C＝1.125时E/C对低温性能的影响；
图13不同类型材料的低温性能；
图14沥青路面复合快速养护材料中E/C＝0时A/C对稳定度的影响；
图15沥青路面复合快速养护材料中A/C＝1.125时E/C对稳定度的影响；
图16不同材料稳定度试验研究；
图17沥青路面复合快速养护材料中E/C＝0时A/C对强度的影响；
图18沥青路面复合快速养护材料中A/C＝1.125时E/C对强度的影响；
图19不同材料强度试验研究；
图20不同材料的冻融劈裂残留强度比；
图21沥青路面复合快速养护材料中E/C＝0时A/C对BPN的影响；
图22沥青路面复合快速养护材料中A/C＝1.125时E/C对BPN的影响；
图23不同类型材料BPN试验；
图24复合快速养护材料胶浆SEM分析(A为常规状态下养护，B为老化箱中进行养护)；
图25复合快速养护材料胶浆XRD分析(A为常规状态下养护，B为老化箱中进行养护)；
图26复合快速养护材料胶浆FTIR分析(A为常规状态下养护，B为老化箱中进行养护)；
图27三种胶浆FTIR对比分析(A为常规状态下养护，B为老化箱中进行养护)。
具体实施方式
在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。
下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
以下实施例中，
所述的乳化沥青为BC-1型阳离子乳化沥青，其主要的技术指标见表1，相应指标符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。
所述的水泥为早强快硬型水泥，优选的为硫铝酸盐水泥，其主要的技术指标见表2，相应指标符合《硫铝酸盐水泥》(GB 20472-2006)的要求。
所述水性环氧树脂选用由山东青岛某建筑科技有限公司生产的水性环氧树脂，分为A组分和B组分，其主要的技术指标见表3所示。
所述的细集料为河砂，相应的技术指标见表4所示。
所述的粗集料为石灰岩，分为两档粒径，第一档粒径范围为4.75mm～9.5mm，第二档粒径范围为9.5mm～16mm。两档粗集料的主要技术指标见表5所示。
所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂，外观形态为水剂，其主要技术指标见表6所示。
所述的纤维为聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维，聚乙烯醇纤维(简称PVA纤维)是采用特定的先进技术加工而成的一种合成纤维，其主要特点是强度高、模量高、耐磨、耐腐蚀性好，其技术指标如表7所示。玄武岩纤维是一种新型无机绿色环保高性能纤维材料，以火山岩为原料，经1450～1500℃熔融后，通过漏板拉丝而成，其主要技术指标见表8所示。
所述膨胀剂的技术指标如表9所示。
所述缓凝剂为柠檬酸缓凝剂，为白色结晶粉末，经过水泥的初终凝试验得出缓凝剂的合适掺量为水泥质量的1％，调节后硫铝酸盐水泥的初凝时间为三十三分钟，终凝时间为三十九分钟。其主要的技术指标见表10所示，符合我国《化学试剂一水合柠檬酸(柠檬酸)》(GB/T9855-2008)中对柠檬酸的要求。
表1乳化沥青主要技术指标
表2铝酸盐水泥主要技术指标
表3水性环氧树脂主要技术指标
表4细集料的主要技术指标
表5粗集料的主要技术指标
表6聚羧酸高效减水剂技术指标
表7聚乙烯醇纤维技术指标
表8玄武岩纤维技术指标
表9膨胀剂技术指标
表10柠檬酸主要技术指标
实施例1
一种沥青路面复合快速养护材料，包含以下重量份数的组分：
水泥0.4kg、乳化沥青0.9kg、细集料1.3kg、粗集料5.06kg、减水剂0.025kg、膨胀剂0.0025kg、纤维0.003kg、消泡剂0.0004kg、缓凝剂0.004kg。
其中，所述的粗集料为粒径范围为4.75mm～9.5mm的粗集料2.83kg(粗集料S1)、粒径范围为9.5mm～16mm的粗集料2.23kg(粗集料S2)；所述的纤维为玄武岩纤维0.0015kg、聚乙烯醇纤维0.0015kg。
制备方法为：
首先将粒径范围为4.75mm～9.5mm和9.5mm～16mm的两档粗集料放入混合料搅拌机的搅拌锅中，加入聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维后搅拌90S，然后加入阳离子乳化沥青继续搅拌90S，加入细集料后搅拌30S，然后加入硫铝酸盐水泥、减水剂、消泡剂、膨胀剂、缓凝剂后继续搅拌90S，即得沥青路面复合快速养护材料。
实施例2
一种沥青路面复合快速养护材料，包含以下重量份数的组分：
水泥0.6kg、乳化沥青0.9kg、细集料1.1kg、粗集料5.06kg、减水剂0.025kg、膨胀剂0.0025kg、纤维0.003kg、消泡剂0.0006kg、缓凝剂0.006kg。
其中，所述的粗集料为粒径范围为4.75mm～9.5mm的粗集料2.83kg(粗集料S1)、粒径范围为9.5mm～16mm的粗集料2.23kg(粗集料S2)；所述的纤维为玄武岩纤维0.0015kg、聚乙烯醇纤维0.0015kg。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种沥青路面复合快速养护材料，包含以下重量份数的组分：
水泥0.8kg、乳化沥青0.9kg、细集料0.9kg、粗集料5.06kg、减水剂0.025kg、膨胀剂0.0025kg、纤维0.003kg、消泡剂0.0008kg、缓凝剂0.008kg。
其中，所述的粗集料为粒径范围为4.75mm～9.5mm的粗集料2.83kg(粗集料S1)、粒径范围为9.5mm～16mm的粗集料2.23kg(粗集料S2)；所述的纤维为玄武岩纤维0.0015kg、聚乙烯醇纤维0.0015kg。
制备方法同实施例1。
实施例4
一种沥青路面复合快速养护材料，包含以下重量份数的组分：
水泥0.8kg、乳化沥青0.9kg、水性环氧树脂0.024kg、细集料0.9kg、粗集料5.06kg、减水剂0.025kg、膨胀剂0.0025kg、纤维0.003kg、消泡剂0.0008kg、缓凝剂0.008kg。
其中，所述的粗集料为粒径范围为4.75mm～9.5mm的粗集料2.83kg(粗集料S1)、粒径范围为9.5mm～16mm的粗集料2.23kg(粗集料S2)；所述的纤维为玄武岩纤维0.0015kg、聚乙烯醇纤维0.0015kg。
制备方法为：
首先将粒径范围为4.75mm～9.5mm和9.5mm～16mm的两档粗集料放入混合料搅拌机的搅拌锅中，加入聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维后搅拌90S，然后加入阳离子乳化沥青和水性环氧树脂继续搅拌90s，加入细集料后搅拌30s，然后加入硫铝酸盐水泥、减水剂、消泡剂、膨胀剂、缓凝剂后继续搅拌90s，即得沥青路面复合快速养护材料(图1)。
实施例5
一种沥青路面复合快速养护材料，包含以下重量份数的组分：
水泥0.8kg、乳化沥青0.9kg、水性环氧树脂0.048kg、细集料0.9kg、粗集料5.06kg、减水剂0.025kg、膨胀剂0.0025kg、纤维0.003kg、消泡剂0.0008kg、缓凝剂0.008kg。
其中，所述的粗集料为粒径范围为4.75mm～9.5mm的粗集料2.83kg(粗集料S1)、粒径范围为9.5mm～16mm的粗集料2.23kg(粗集料S2)；所述的纤维为玄武岩纤维0.0015kg、聚乙烯醇纤维0.0015kg。
制备方法同实施例4。
实施例6
一种沥青路面复合快速养护材料，包含以下重量份数的组分：
水泥0.8kg、乳化沥青0.9kg、水性环氧树脂0.072kg、细集料0.9kg、粗集料5.06kg、减水剂0.025kg、膨胀剂0.0025kg、纤维0.003kg、消泡剂0.0008kg、缓凝剂0.008kg。
其中，所述的粗集料为粒径范围为4.75mm～9.5mm的粗集料2.83kg(粗集料S1)、粒径范围为9.5mm～16mm的粗集料2.23kg(粗集料S2)；所述的纤维为玄武岩纤维0.0015kg、聚乙烯醇纤维0.0015kg。
制备方法同实施例4。
不同乳化沥青/水泥(A/C)、水性环氧树脂/水泥(E/C)掺量对复合快速养护材料路用性能的影响
所述不同乳化沥青/水泥(A/C)掺量配比的复合快速养护材料指的是实施例1-实施例3制备的沥青路面复合快速养护材料；所述不同水性环氧树脂/水泥(E/C)掺量配比的复合快速养护材料指的是实施例4-实施例6制备的沥青路面复合快速养护材料。
上述普通AC-16热拌沥青混合料、普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料、磷酸镁水泥冷拌沥青混合料是现有常规的沥青混合料。
1.力学性能
不同乳化沥青/水泥(A/C)、水性环氧树脂/水泥(E/C)掺量配比的复合快速养护材料，普通AC-16热拌沥青混合料、普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料、磷酸镁水泥冷拌沥青混合料采用MTS万能试验机进行拉拔试验。试件上、下端涂抹环氧树脂分别与拉拔头和固定底座连接，待形成强度后进行拉拔试验，每组试验3个试件，确保数据离散满足要求。
劈裂强度是针对沥青路面力学性能研究大量采用的参数，其数值的大小可反映沥青混合料的抗剪切变形能力，为了试验数据的可靠性，将复合快速养护材料通过击实法制作马歇尔试件，然后放入环境箱中养护一周后进行劈裂试验。
结果如图2-7所示：在不添加水性环氧树脂时，随着胶凝体系中乳化沥青掺量的增加，复合快速养护材料的拉拔强度和劈裂强度逐渐降低，当A/C由1.125增加到2.25的过程中，拉拔强度降低了34.18％，劈裂强度降低了36.36％；当乳化沥青的掺量为定值时，随着水性环氧树脂的掺量增加，复合快速养护材料的拉拔强度和劈裂强度逐渐上升，当E/C由0.03增加到0.09的过程中，拉拔强度提高了51.22％，劈裂强度提高了88.17％；E/C＝0.09的试验组数值最大，拉拔强度为1.24MPa，劈裂强度为1.75MPa，A/C＝2.25的试验组数值最小，拉拔强度为0.52MPa，劈裂强度为0.42MPa。当A/C＝1.125，E/C＝0.09时，复合快速养护材料的拉拔强度和劈裂强度大于普通AC-16热拌沥青混合料、普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料、磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的数值。乳化沥青会降低复合快速养护材料的抗拉强度和劈裂强度，而且用量越大，强度降低越明显，因为乳化沥青作为一种柔性材料，会降低材料的整体刚度，同时会使硫铝酸盐水泥的胶凝材料体系的水化速率变慢，从而在宏观上表现为拉拔强度和劈裂强度的降低。相比传统热拌沥青混合料，由于冷拌沥青混合料中有水泥的加入，水泥可促进早期强度快速提升，破乳后的沥青提供后期的强度来源，虽然乳化沥青延缓了水泥的早期水化，但水泥可以促进乳化沥青的团聚破乳，水泥的水化产物与破乳后的沥青形成加筋结构，从而保证冷补料的后期拉拔强度和劈裂强度的稳定性。水性环氧树脂可以使复合快速养护材料的拉拔强度、劈裂强度上升，这是由于水性环氧树脂A、B组分拌合后进行了固化反应，粘性较大，加强了材料内部各种材料之间的粘结效果，从而提升了混合料的拉拔强度和劈裂强度。复合快速养护材料的胶凝体系组成有硫铝酸盐水泥、水性环氧树脂、乳化沥青，水泥的水化会形成强度提高抗破坏能力，水性环氧组分会提高整体材料的粘结性能，这两种材料会相互促进形成稳定的交联结构，提高复合快速养护材料的粘结效果，所以强度得以提升，从而提高了养护材料的耐久性。
2.高温稳定性能
采用车辙试验来评价复合快速养护材料的高温性能。参照规范《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0703-2011的相关规定，将车辙板进行成型，由于集料公称最大粒径小于19mm，所以采用成型车辙板试件的尺寸为300mmx300mmx50mm。车辙试验的轮碾成型机压实荷载为0.7MPa±0.05MPa，试验温度为60℃，往返碾压速度为42次/min，试验轮采用橡胶制实心轮胎。将试件连同试模一起，放置于已经达到60℃的恒温室中，保温时间为5～12小时，随后进行试验。读取45min(t1)及60min(t2)时的车辙变形d1及d2，准确至0.01mm。
沥青混合料试件的动稳定度按以下公式(1)计算：
式中：DS——沥青混合料的动稳定度(次/mm)；
d1——对应于时间t1的变形量(mm)；
d2——对应于时间t2的变形量(mm)；
C1——试验机类型系数，曲柄连杆驱动加载往返运行方式为1.0；
C2——试件系数，试验室制备宽300mm的试件为1.0；
N——试验轮往返碾压速度，通常为42次/min。
采用车辙试验对不同乳化沥青/水泥(A/C)、水性环氧树脂/水泥(E/C)掺量配比的复合快速养护材料，普通AC-16热拌沥青混合料、普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料、磷酸镁水泥冷拌沥青混合料进行试验研究。对不同材料的车辙板分别进行成型，为了模拟材料高温高湿的服役环境，将车辙板成型后放入可程式恒温恒湿试验箱中进行养护，养护设定温度为60℃，相对湿度为90％，养护时间为7天，然后进行车辙试验。
结果如图8-图10所示：在不添加水性环氧树脂时，随着胶凝体系中乳化沥青掺量的增加，复合快速养护材料的动稳定度逐渐降低，当A/C由1.125增加到2.25的过程中，动稳定度降低了7.02％；当乳化沥青的掺量为定值时，随着水性环氧树脂的掺量增加，复合快速养护材料的动稳定度逐渐上升，当E/C由0.03增加到0.09的过程中，动稳定度提高了7.31％。当A/C＝1.125，E/C＝0.06时，复合快速养护材料的动稳定度大于普通AC-16热拌沥青混合料、普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料数值，小于磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的数值，水性环氧树脂可以显著提高复合快速养护材料的高温抗车辙能力。
复合快速养护材料为半刚性材料，材料组分中的硫铝酸盐水泥对温度敏感性低于沥青，并且可以和水性环氧树脂、乳化沥青在一起协同工作，形成特定的网络结构，改善了乳化沥青的温度敏感性，从而在整体上降低了材料的温度敏感性，在宏观上表现为混合料的动稳定度得到提高；由于复合快速养护材料使用了阳离子乳化沥青，沥青中含水量比较大，当沥青的使用量逐渐增高时，水分的含量也会随之增加，随着时间的流逝，原先的水分会在复合快速养护材料中留下较多的孔隙，降低材料的密实性，从而导致复合快速养护材料的动稳定度降低。A、B组分的水性环氧树脂经拌和固化后，会表现出热固性，耐高温性能较好，同时可以为复合快速养护材料中的水泥、沥青、粗细集料等提供良好的粘接力，使复合材料的整体粘结性得到提升，在宏观上表现为动稳定度数值增大。复合快速养护材料的高温状态下的稳定性与普通AC-16热拌沥青混合料的最为接近，说明复合快速养护材料与原沥青路面两者共同服役时具有良好的协调性，磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的动稳定度过高，说明材料刚性过大，与原沥青路面的协调性将会受到影响，由于材料的刚柔不匹配，会造成路面的裂缝的产生，从而不能达到修补沥青路面的性能要求。
3.低温抗裂性能
参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的T0715-2011进行小梁低温弯曲试验，研究复合快速养护材料的低温性能。其中，试验温度为-10℃、加载速率为50mm/min。
抗弯拉强度、最大弯拉应变、弯曲劲度模量按式(2)、(3)、(4)计算。
式中：RB——试件破坏时的抗弯拉强度(MPa)；
ξB——试件破坏时的最大弯拉应变(με)；
SB——试件破坏时的弯曲劲度模量(MPa)；
b——跨中断面试件的宽度(mm)；
h——跨中断面试件的高度(mm)；
L——试件的跨径(mm)；
PB——试件破坏时的最大荷载(N)；
d——试件破坏时的跨中挠度(mm)；
为了研究不同配合比、不同类型混合料的低温性能，对不同乳化沥青/水泥(A/C)、水性环氧树脂/水泥(E/C)掺量配比的复合快速养护材料，普通AC-16热拌沥青混合料、普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料、磷酸镁水泥冷拌沥青混合料进行对比研究。
结果如图11-13所示：在不添加水性环氧树脂时，随着胶凝体系中乳化沥青掺量的增加，复合快速养护材料的弯拉劲度模量逐渐降低，极限拉应变逐渐增大。当A/C由1.125增加到2.25的过程中，弯拉劲度模量降低了25.44％，极限拉应变增大了36.26％；当乳化沥青的掺量为定值时，随着水性环氧树脂的掺量增加，复合快速养护材料的弯拉劲度模量先下降后上升，极限拉应变先上升后下降，当A/C＝1.125、E/C＝0.09时，混合料的弯拉劲度模量取得最大值，当A/C＝1.125、E/C＝0.06时，混合料的极限拉应变取得最大值。乳化沥青是一种柔性材料，随着其用量的不断增多，可以提高复合快速养护材料的韧性，改善了材料脆断的情况；水性环氧树脂的掺量适宜时，水性环氧树脂和乳化沥青在一起协同工作，形成特定的交联网络结构，改善了复合快速养护材料中水泥的刚性，从而在整体上提高了材料的柔性，在宏观上表现为混合料的韧性得到了改善。
普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料和磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的弯拉劲度模量较大，说明材料的刚度比普通AC-16热拌沥青混合料的要大，柔韧性降低。复合快速养护材料由于水性环氧树脂和乳化沥青在一起协同工作，改善了材料的韧性，所以其劲度模量和普通AC-16热拌沥青混合料的比较接近。通过试验可知普通AC-16热拌沥青混合料的柔韧性最佳，复合快速养护材料的柔韧性仅次于AC-16热拌沥青混合料，磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的柔韧性最差。
磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的极限拉应变1362.02，达到AC-16热拌沥青混合料的51.28％；普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料的极限拉应变1587.67，达到AC-16热拌沥青混合料的59.78％，当E/C＝0、A/C＝2.25时，复合快速养护材料的极限拉应变2091.30，达到AC-16热拌沥青混合料的78.74％，当A/C＝1.125、E/C＝0.06时，复合快速养护材料的极限拉应变1952.84，达到AC-16热拌沥青混合料的73.53％。
通过弯拉劲度模量、极限弯拉应变试验数据可知，普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料和磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的弯拉劲度模量均比普通AC-16热拌沥青混合料和复合快速养护材料要高，但是两种材料极限弯拉应变要比普通AC-16热拌沥青混合料和复合快速养护材料要低，说明普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料和磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的刚度大，韧性低，在低温条件下容易发生脆断。复合快速养护材料中加入了水性环氧树脂，使得材料的刚度得以缓解，提高了粘结力，增加了韧性，在保证强度的同时也加强了复合材料的整体协调变形能力。考虑到试验室环境比复合快速养护材料实际服役环境要好，所以选择E/C＝0.06的复合快速养护材料作为较优组。
4.水稳定性能
通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂强度试验来研究不同乳化沥青/水泥(A/C)、水性环氧树脂/水泥(E/C)掺量配比的复合快速养护材料，普通AC-16热拌沥青混合料、普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料、磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的水稳定性能，结果如图14-图20所示：在不添加水性环氧树脂时，随着胶凝体系中乳化沥青掺量的增加，复合快速养护材料的水稳定性呈现先上升后下降的趋势；当乳化沥青的掺量为定值时，随着水性环氧树脂的掺量增加，复合快速养护材料的水稳定性逐渐上升，当A/C＝1.125，E/C＝0.09时，复合快速养护材料的浸水残留稳定度达到最大值为89.37％大于普通AC-16热拌沥青混合料、普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料、磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的数值，说明该材料的水稳定性优良。分析原因，当乳化沥青掺量较少时，通过胶结作用使混合料密实度增大，孔隙率降低，水分难以进入混合料内部，水稳定性能提升，而当乳化沥青掺量进一步增加时，混合料内部含水量增多，水分散失导致孔隙大量增加，在外部环境条件作用下水分通过孔隙渗入混合料内部，影响胶结材料与集料的粘附性，导致混合料浸水残留稳定度降低。水性环氧树脂经过固化反应后稳定性优良，在浸水60℃条件下仍是固体，与集料保持高粘附性，长时间高温对混合料强度影响较小。水性环氧与水化产物和沥青形成的交联空间网络结构增强结构密实性，水分难以进入混合料内部，导致水稳定性升高。相比磷酸镁水泥冷拌沥青混合料和普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料，复合快速养护材料由于有水性环氧树脂的加入，使得浸水残留稳定度得以提升且超过了普通AC-16热拌沥青混合料。磷酸镁水泥冷拌沥青混合料和普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料中没有水性环氧树脂的加入，所以不能形成较密实的空间结构，水分容易进入材料内部，从而导致水稳定性降低。
冻融前，在不添加水性环氧树脂时，随着胶凝体系中乳化沥青掺量的增加，复合快速养护材料的劈裂强度逐渐降低；当乳化沥青的掺量为定值时，随着水性环氧树脂的掺量增加，水稳定性得到提高，复合快速养护材料的劈裂强度逐渐上升，部分配合比的复合快速养护材料的劈裂强度会大于普通AC-16热拌沥青混合料、普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料、磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的数值。冻融后，材料的强度变化规律与冻融前相似。
从混合料九个试验组冻融劈裂残留强度比可知，当乳化沥青的掺量为定值时，三个配比的复合快速养护材料的数值大于普通AC-16热拌沥青混合料、磷酸镁水泥冷拌沥青混合料、普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料。原因是复合快速养护材料的成分组成有硫铝酸盐水泥和水性环氧树脂，水泥的水化会提高抗破坏能力，水性环氧树脂组分会提高整体材料的粘结性能，这两种材料会相互促进，形成了稳定的交联结构，提高了材料的密实性，从而提高了复合快速养护材料的水稳定性能，冻融劈裂强度得以提升。磷酸镁水泥冷拌沥青混合料和普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料中由于没有水性环氧树脂的加入，导致材料本身不能形成比较密实的结构，容易受到水的入侵，低温环境下入侵材料内部的水会结冰体积膨胀，从而加剧破坏。
5.抗滑性能
首先采用AMES(激光纹理扫描仪)设备对四种混合料的构造深度进行研究，试验结果如下表11所示。
表11激光纹理扫描试验结果
从表11的试验结果可知，通过对比计算平均构造深度(MPD)、预估纹理深度(ETD)、轮廓平均宽度(RMS)、算数平均粗糙度(Ra)、均方根粗糙度(Rq)等参数，可以得出磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的平均构造深度最大，复合快速养护材料的平均构造深度低于普通AC-16热拌沥青混合料，磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的长期抗滑性能最优，复合快速养护材料的长期抗滑性能低于普通AC-16热拌沥青混合料。
参照《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450-2019)中的规定，利用指针式摆式仪对制作的300mm×300mm×50mm的混合料进行试验研究。通过试验计算每个测点5个摆值的平均值作为该测点的摆值，取整数。计算每个试验位置3个测点摆值的平均值作为该试验位置的摆值，取整数。
结果如图21-23所示，当A/C＝1.125、E/C＝0.06时，复合快速养护材料的BPN取得最大值，磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的数值次之。当A/C＝1.125时，E/C＝0.03、E/C＝0.06的复合快速养护材料和磷酸镁水泥冷拌沥青混合料的BPN均高于普通AC-16热拌沥青混合料，普通硅酸盐水泥冷拌沥青混合料的抗滑性能低于普通AC-16热拌沥青混合料。结合指针式摆式试验和激光纹理扫描试验，复合快速养护材料的抗滑性能适中，满足使用要求。
热-氧紫外线老化对材料的作用
制备复合快速养护材料胶浆，其具体组成和制备方法如下：
乳化沥青1.125份、硫铝酸盐水泥1份、水性环氧树脂0.06份、缓凝剂0.004份、减水剂0.03125份；
制备方法为：首先将乳化沥青与水性环氧树脂混合，充分搅拌60s，然后添加硫铝酸盐水泥到混合物中，搅拌30s，再同时加入缓凝剂和减水剂搅拌30s即可。
将上述制备好的胶浆分为两组，第一组试验材料在常规状态下养护，养护时间为2d；第二组材料放在老化箱中进行养护，养护时间为28d。到达龄期后对两者进行取样，分析其微观性能，研究材料服役后的性能。
1.SEM分析
采用美国电子公司生产的设备型号为美国-FEI-NOVA NANO 230(EDS X——MAX50)的电镜，镀膜靶材：Au；分辨率：1.0nm(15kV)；放大倍数：200～200000；加速电压：1～30kV，对样品材料进行微观结构的试验。利用SEM试验可以对材料胶浆的微观结构进行分析与研究，通过试验可以分析胶浆在老化前和老化后的微观结构变化和形貌特征。
结果如图24所示，复合快速养护材料的胶凝材料在未老化环境中养护2天后，出现了少量的针片状钙矾石，大部分的水化产物被乳化沥青和水性环氧树脂混合包裹，表面光滑，并且存在一部分水化产物被乳化沥青和水性环氧树脂混合包裹较厚的情况，减缓了早期硫铝酸盐水泥水化的速度(图24中A)；随着时间的增长，胶浆材料老化28天后，硫铝酸盐水泥不断水化，阳离子乳化沥青破乳和水性环氧树脂的不断反应进一步加深，水化产物也越来越多，水性环氧树脂和乳化沥青共同形成的薄膜紧密包裹水泥的水化产物，使空隙的尺寸变小且外观更为光滑平整，在提高粘结连接效果的同时也提高了复合快速养护材料的相关性能(图24中B)。
2.XRD分析
采用布鲁克AXS有限公司生产的D8 ADVANCE型X射线衍射仪，对胶浆材料中各相组成的结晶情况进行扫描试验，扫描范围为5～80°，扫描速率8°/min，扫描研究水性环氧树脂固化反应、沥青破乳反应对胶凝材料水化反应进程及水化产物结晶的影响情况。
结果如图25所示：在两种情况下的材料均生成了钙矾石、碳酸钙、硅酸三钙、硫酸钙、氢氧化钙、C-S-H(水化硅酸钙)、铁铝酸四钙等产物。对比发现，老化前后材料的成分比较稳定，B中C-S-H的峰值要高于A，说明随着时间的增长，水化硅酸钙的数量一直在缓慢的增长，为材料内部的其他组分提供粘结力，从而提高材料的强度，而其他成分比较稳定，说明硫铝酸盐水泥在复合材料制作的早期水化速度比较快，相应的物质成分在早期已经生成，经过老化后材料依然较稳定，说明该材料的抗老化性能比较好，可以保证复合快速养护材料处于高温高湿特定情况下服役时的稳定性和抗老化耐久性。
3.FTIR分析
傅里叶变换红外光谱(FTIR)是通过产生固体、液体或气体的红外吸收光谱来检测分子中化学键的一种光谱技术，可分析样品分子结构特征。设备型号：Thermo Nicolet IS50。设备参数：样品扫描次数32次(默认)，分辨率4cm-1，检测器MCT，红外光源。
结果如图26所示：3630cm﹣1附近处的很强吸收带是属于O-H的伸缩振动，3397cm﹣1附近处强吸收带是属于OH-、NHCO的顺式振动，此处可以判断氢氧化钙的形成速度和过程，2922cm﹣1处是-CH3的伸缩振动，2852cm﹣1处是-CH2的伸缩振动，1660cm﹣1附近处是-C＝N双键伸缩振动，1454cm﹣1处是苯环骨架，1415cm﹣1处是-C-H-弯曲振动，1100cm﹣1处是属于[SO4]的不对称伸缩振动，873cm﹣1处和845cm﹣1处是C-H面外弯曲振动。
将复合快速养护材料胶浆与普通硅酸盐水泥胶浆、磷酸镁水泥胶浆的未老化和老化后的傅里叶变换红外光谱对比如图27所示。
其中，普通硅酸盐水泥胶浆的组成为：乳化沥青1.125份、硅酸盐水泥1份、减水剂0.00315份；制备方法为：首先将乳化沥青与硅酸盐水泥进行混合，搅拌60s，然后加入减水剂，充分搅拌30s即可。
磷酸镁水泥胶浆的组成为：乳化沥青1.125份、磷酸镁水泥1份、减水剂0.00315份；制备方法为：首先将乳化沥青与磷酸镁水泥进行混合，搅拌60s，然后加入减水剂，充分搅拌30s即可。
由图27可知，复合快速养护材料胶浆在老化前后均没有出现915cm﹣1处所对应的环氧基弯曲振动特征峰，复合材料中的水性环氧树脂未能完全固化，并没有其他新的特征峰出现，说明所添加的材料仅仅是简单的物理相容，并没有生成新的物质。普通硅酸盐水泥胶浆中，通过老化前后对比可知，没有出现明显的新峰，故后期没有新物质生成。磷酸镁水泥胶浆的1100cm﹣1处没出现特征峰，970cm﹣1处出现特征峰，老化后在1088cm﹣1处出现特征峰，是由于在C-S-H的形成过程中，硅酸盐Si-O振动峰逐渐向970cm-1移动，同样没有新物质的生成。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种沥青路面复合快速养护材料，其特征在于，由以下组分按重量份数组成：
水泥0.4-0.8份、乳化沥青0.9份、水性环氧树脂0.024-0.072份、细集料0.9-1.3份、粗集料5.06份、减水剂0.025份、膨胀剂0.0025份、纤维0.003份、消泡剂0.0004-0.0008份、缓凝剂0.004-0.008份。
2.根据权利要求1所述沥青路面复合快速养护材料，其特征在于，所述的粗集料为粒径范围为4.75mm～9.5mm的粗集料2.83份、粒径范围为9.5mm～16mm的粗集料2.23份。
3.根据权利要求1所述沥青路面复合快速养护材料，其特征在于，所述的纤维为玄武岩纤维0.0015份、聚乙烯醇纤维0.0015份。
4.根据权利要求1所述沥青路面复合快速养护材料，其特征在于，所述水泥为早强快硬型水泥，优选的为硫铝酸盐水泥。
5.根据权利要求1所述沥青路面复合快速养护材料，其特征在于，所述的乳化沥青为阳离子乳化沥青。
6.根据权利要求1所述沥青路面复合快速养护材料，其特征在于，所述的细集料为河砂；所述的粗集料为石灰岩。
7.根据权利要求1所述沥青路面复合快速养护材料，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述缓凝剂为柠檬酸缓凝剂。
8.根据权利要求1-7任一项所述沥青路面复合快速养护材料，其特征在于，由以下组分按重量份数组成：
水泥0.8份、乳化沥青0.9份、水性环氧树脂0.072份、细集料0.9份、粗集料5.06份、减水剂0.025份、膨胀剂0.0025份、纤维0.003份、消泡剂0.0008份、缓凝剂0.008份。
9.权利要求8所述沥青路面复合快速养护材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
向将粗集料中加入纤维混合搅拌90s，然后加入乳化沥青和水性环氧树脂继续搅拌90s，加入细集料后搅拌30s，然后加入水泥、减水剂、消泡剂、膨胀剂、缓凝剂后继续搅拌90s，即得沥青路面复合快速养护材料。
10.权利要求9所述方法制备的沥青路面复合快速养护材料在沥青路面修复养护中的应用。
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