CN102211914A - 公路韧性路面基层材料固结剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种公路韧性路面基层材料固结剂及其制备方法。公路韧性路面基层材料固结剂，其特征在于它由包含聚合物乳液、增粘剂、无机粘合剂、助剂和水原料混合而成，各原料所占的重量百分数为：聚合物乳液5～40%，增粘剂2～20%，无机粘合剂1～30%，助剂0.1～5%，水5～91.9%；所述聚合物乳液为苯丙乳液、聚丙烯酸乳液中的一种或二种的混合；增粘剂为乳化石油树脂、乳化沥青和沥青树脂提取物乳液中的一种、乳化松香树脂、丙烯酸盐中的一种或二种以上的混合；无机粘合剂为水溶性硅酸盐；助剂为防腐剂、润湿分散剂、消泡剂中的一种或二种以上的混合。该公路韧性路面基层材料固结剂用于公路韧性路面基层的施工中固结强度高、水稳性好、成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种公路韧性路面基层材料强化固结用的固结剂及其制备方法。
背景技术
目前，我国公路路面结构90％以上都是半刚性基层。相对于柔性基层，半刚性基层的基层强度比较高、承载、扩散荷载的性能较好。但存在以下问题：
(1)抗拉能力相对比较小，变形能力小，脆度高，在温度变化，交通荷载和湿度变化的作用下，容易产生裂缝；
(2)半刚性基层的路面在基层修建时候会产生很多干缩、温缩裂纹，这些裂纹易反射上去造成路面损害；
(3)半刚性基层到了后期强度比较大，在夏天的时候，产生上面软下面硬的倒装结构，重车行驶会象擀面一样，容易产生路面推移和车辙现象；
(4)抗疲劳性差。半刚性基层强度和回弹模量会由于干湿和冻融循环，在反复荷载的作用下因疲劳而逐渐衰减；
(5)对重载车具有更大的轴载敏感性，设计中重载车换算为标准轴载时，对柔性基层通常是按4次方换算，而对半刚性基层来说，随着基层和沥青层的模量比的增大，换算载荷很可能是12～15次方。当轴载加大一倍时，对柔性基层的换算轴次是增大16倍，而对半刚性基层可能要变为数十万次，超载车对半刚性基层路面的危害和损伤要远远大于对柔性基层的危害；
(6)半刚性基层开裂后没有愈合能力，因此基层一旦破坏，除了挖除重建别无它法，这将给维修养护带来巨大费用和困难；
(7)半刚性基层很难跨年度施工，无论直接暴露还是铺上一层沥青面层过冬，都不能避免垂直于行车方向的横向收缩裂缝的发生，从而为沥青路面埋下隐患；半刚性基层冻融损坏在季节性冰冻地区几乎难以避免。
目前，国际上发达国家已很少采用半刚性基层沥青路面，而且越是重交通量的道路采用的越少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种固结强度高、水稳性好、成本较低的公路韧性路面基层材料强化固结用的固结剂及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
公路韧性路面基层材料固结剂，其特征在于它由包含聚合物乳液、增粘剂、无机粘合剂、助剂和水原料混合而成，各原料所占的重量百分数为：
聚合物乳液 5～40％，
增粘剂 2～20％，
无机粘合剂 1～30％，
助剂 0.1～5％，
水 5～91.9％；
所述的聚合物乳液为苯丙乳液、聚丙烯酸乳液中的任意一种或二种的混合，二种混合时，为任意配比；
所述的增粘剂为乳化石油树脂、乳化沥青和沥青树脂提取物乳液中的一种、乳化松香树脂、丙烯酸盐中的任意一种或二种以上(含二种)的混合，二种以上混合时，为任意配比；
所述的无机粘合剂为水溶性硅酸盐；
所述的助剂为防腐剂、润湿分散剂、消泡剂中的任意一种或二种以上(含二种)的混合，二种以上混合时，为任意配比。
按上述方案，所述的乳化石油树脂为乳化C5石油树脂、乳化C9石油树脂、乳化氢化C5石油树脂或乳化氢化C9石油树脂。
按上述方案，所述的乳化沥青为乳化石油沥青。
按上述方案，所述的乳化松香树脂为乳化松香、乳化松香酚醛树脂、乳化松香脂中的任意一种或二种以上(含二种)的混合，二种以上混合时，为任意配比。
按上述方案，所述的丙烯酸盐为丙烯酸钾或丙烯酸钠。
按上述方案，所述的水溶性硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾或水玻璃。
按上述方案，所述的防腐剂为苯甲酸钠、FF-02杀菌剂或凯松CG防腐防霉杀菌剂。
按上述方案，所述的润湿分散剂为德国毕克公司生产的BYK-33润湿分散剂或常州涂料研究所生产的PK-100润湿分散剂。
按上述方案，所述的消泡剂为上海涂料研究所生产的SPA-202、美国罗门哈斯公司生产的S80或美国NOPCO公司生产的NDW。
按上述方案，所述各原料所占的重量百分数最佳为：
聚合物乳液 20％，
增粘剂 10％，
无机粘合剂 5％，
助剂 2％，
水 63％。
上述公路韧性路面基层材料固结剂的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)原料的选取：按各原料所占的重量百分数为：聚合物乳液5～40％，增粘剂2～20％，无机粘合剂1～30％，助剂0.1～5％，水5～91.9％，选取聚合物乳液、增粘剂、无机粘合剂、助剂和水，备用；
2)先将无机粘合剂加入水中，搅拌溶解，然后加入聚合物乳液、增粘剂和助剂，搅拌均匀，得到公路韧性路面基层材料固结剂。
公路韧性路面基层材料固结剂的应用方法：将公路韧性路面基层材料固结剂与路面基层材料均匀拌和，所述公路韧性路面基层材料固结剂的用量为路面基层材料重量的0.5％～3％，然后按一定厚度分层铺展在路基上面，摊平压实。
本发明通过采用聚合物乳液、无机粘合剂、增粘剂和助剂复配制备公路韧性路面基层材料固结剂，其中：聚合物乳液因自身具有很强的粘结作用和较高的柔性，可以提高固结层的抗冲击强度和路面基层的韧性；无机粘合剂可以提高路面基层的硬度和强度，同时可以降低公路韧性路面基层材料固结剂的生产成本；增粘剂具有协同效应，可以起到提高粘结力的作用，同时提高初粘强度；加入的助剂(包括防腐剂、润湿分散剂或消泡剂)可提高公路韧性路面基层材料固结剂的贮存周期，提高可施工性，改善公路韧性路面基层材料固结剂的润湿性和均匀性等性能。
本发明的有益效果：本发明采用化学固结的方法，通过将公路韧性路面基层材料固结剂与筑路用路面基层材料拌合、碾压，固结而得到公路韧性路面基层水稳性好、强度高、抗疲劳性强，属韧性好，裂缝明显少于半刚性基层沥青路面，成本低，可取代水泥稳定砂石半刚性基层或沥青混凝土柔性基层。同时将该公路韧性基层材料固结剂用于公路韧性路面基层的施工中能够克服半刚性基础路面施工过程中结合料不均、施工延时控制及污染大等缺点，从而降低工程造价，加快工程进度，提高工程质量。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
公路韧性路面基层材料固结剂，它由聚合物乳液、增粘剂、无机粘合剂、助剂和水原料混合而成，所述的聚合物乳液为聚丙烯酸乳液；所述的增粘剂为乳化沥青；无机粘合剂为硅酸钠；助剂为防腐剂：FF-02杀菌剂、润湿分散剂：毕克公司生产的BYK-33、消泡剂：上海涂料研究所的SPA-202；
各原料所占重量百分数为：
聚丙烯酸乳液 20％，
乳化沥青 10％，
硅酸钠 5％，
助剂 2％，
其中：FF-02 0.5％
BYK-33 0.5％
SPA-202 1％
水 63％。
上述公路韧性路面基层材料固结剂的制备方法为：将计量的硅酸钠加入计量的水中，搅拌溶解后，加入计量的助剂，搅拌均匀，再依次加入聚丙烯酸乳液和乳化沥青，搅拌均匀后计量包装。
将上述得到的公路韧性路面基层材料固结剂产品(简称“固结剂”)在高速公路上进行应用试验。具体的应用方法为：按重量配合比为粉土∶砂∶碎石∶固结剂＝3∶1∶2∶0.015，选取物料，所述粉土的塑性指数为6.7％，干容重为1.66g/cm3，所述的砂为中粗河砂，2～4cm级配碎石，拌合，摊平，在最佳含水量14.2％，按98％密实度压实，经测试，其30d龄期无侧限抗压强度2.57Mpa，CBR值为166％。
实施例2
公路韧性路面基层材料固结剂，它由聚合物乳液、增粘剂、无机粘合剂、助剂和水原料混合而成，所述的聚合物乳液为苯丙乳液；所述的增粘剂为乳化C5石油树脂；无机粘合剂为水玻璃；助剂为防腐剂：凯松CG防腐防霉杀菌剂、润湿分散剂：毕克公司生产的BYK-33、消泡剂：上海涂料研究所生产的SPA-202；
各原料所占的重量百分数为：
苯丙乳液 7％，
乳化C5石油树脂 2.5％，
水玻璃 1.5％，
助剂 0.5％，
其中：凯松CG防腐防霉杀菌剂 0.1％
BYK-33 0.2％
SPA-202 0.2％
水 88.5％。
上述公路路面韧性基础固结剂的制备方法，将计量的水玻璃加入计量的水中，搅拌均匀后，加入计量的助剂，搅拌均匀，再依次加入苯丙乳液和乳化C5石油树脂，搅拌均匀后计量包装。
将本发明所述的公路路面韧性基础固结剂在高速公路上进行应用试验。具体应用方法为：将制备好的公路韧性路面基层材料固结剂(简称“固结剂”)与砂石拌合后摊铺在路基上进行碾压，所述的砂石粗细骨料的粒径规格分别是：石屑0～4.75mm、碎石19～37.5mm、碎石9.5～19mm、碎石4.75～9.5mm。集料筛分及压碎指标见表1、表2，所述固结剂的添加量按压实后实方计算，每1立方米实方所需的固结剂为10升。
表1试验段集料颗粒筛分结果表
表2试验段碎石材料压碎值试验结果
| 试验项目 | 技术要求 | 实测值 | 结论 |
| 压碎值 | ＜26％ | 19.6％ | 符合要求 |
依据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)进行级配碎石击实试验，测得最佳含水率为5.2％，最大干密度为2.287g/cm3。在最佳含水率，按照级配碎石的最大干密度，分别成型了压实度为96％、98％及100％的CBR试件，然后将CBR试件带模置于烘箱中30℃烘烤10天，再带模浸水4昼夜，参照《公路土工试验规程》(JTG E40-2007 T0134-1993)进行贯入试验，测定CBR值，试验结果见表3。
表3固结剂稳定级配碎石CBR试验结果
| 压实度(％) | 96 | 98 | 100 |
| CBR值(％) | 229.2 | 361.3 | 437.8 |
实施例3
公路韧性路面基层材料固结剂，它由聚合物乳液、增粘剂、无机粘合剂、助剂和水原料混合而成，所述的聚合物乳液为聚丙烯酸乳液；所述的增粘剂为乳化沥青和丙烯酸；无机粘合剂为硅酸钾；助剂为防腐剂：FF-02、润湿分散剂：常州涂料研究所生产的PK-100、消泡剂：美国罗门哈斯公司生产的S80；
各原料所占重量百分数为：
聚丙烯酸乳液 35％，
增粘剂 15％，
其中：乳化沥青 10％
丙烯酸钠 5％
硅酸钾 5％，
助剂 2.5％，
其中：FF-02 0.3％
PK-100 1.5％
S80 0.7％
水 42.5％。
上述公路韧性路面基层材料固结剂的制备方法为：将计量的硅酸钾加入计量的水中，搅拌溶解后，加入计量的助剂，搅拌均匀，再依次加入聚丙烯酸乳液和乳化沥青，搅拌均匀后加入丙烯酸钠，搅拌均匀计量包装。
本发明公路韧性路面基层材料固结剂在安徽淮北6311路段上进行应用试验，具体的使用方法：将级配碎石(或级配砾石)按预定比例在料场干混，然后添加公路韧性路面基层材料固结剂，固结剂的添加量为级配碎石重量的0.5％，再加入石屑和矿粉，调正水分，搅拌，静置闷料，得压实度为98.2％的CBR试件，经21d取样实验测试，CBR值为314％。
路面基层所用的公路韧性路面基层材料固结剂稳定级配碎石结合料颗粒组成见表4。
表4公路韧性路面基层材料固结剂稳定级配碎石结合料的颗粒组成范围
实施例4
公路韧性路面基层材料固结剂，它由聚合物乳液、增粘剂、无机粘合剂、助剂和水原料混合而成，所述的聚合物乳液为聚丙烯酸乳液；所述的增粘剂为乳化沥青、乳化松香和丙烯酸钠；无机粘合剂为硅酸钠；助剂为防腐剂：苯甲酸钠、润湿分散剂：德国毕克公司生产的BYK-33、消泡剂：上海涂料研究所生产的SPA-202；
各原料所占重量百分数为：
聚丙烯酸乳液 15％，
增粘剂 20％，
其中：乳化沥青 15％
乳化松香 2％
丙烯酸钠 3％
硅酸钠 3％，
助剂 1％，
其中：苯甲酸钠 0.1％
BYK-33 0.5％
SPA-202 0.4％
水 61％。
上述公路韧性路面基层材料固结剂的制备方法为：将计量的硅酸钠加入计量的水中，搅拌溶解后，加入计量的助剂，搅拌均匀，依次加入聚丙烯酸乳液、乳化沥青和乳化松香，搅拌均匀后加入丙烯酸钠，搅拌均匀计量包装。
实施例5
公路韧性路面基层材料固结剂，它由聚合物乳液、增粘剂、无机粘合剂、助剂和水原料混合而成，所述的聚合物乳液为苯丙乳液；所述的增粘剂为乳化氢化C9石油树脂和乳化松香酯；无机粘合剂为硅酸钠；助剂为防腐剂：FF-02杀菌剂、润湿分散剂：德国毕克公司生产的BYK-33、消泡剂：上海涂料研究所生产的SPA-202；
各原料所占重量百分数为：
苯丙乳液 30％，
增粘剂 20％，
其中：乳化氢化C9石油树脂 10％
乳化松香酯 10％
硅酸钠 7％，
助剂 1％，
其中：FF-02 0.1％
BYK-33 0.5％
SPA-202 0.4％
水 42％。
上述公路韧性路面基层材料固结剂的制备方法为：将计量的硅酸钠加入计量的水中，搅拌溶解后，加入计量的助剂，搅拌均匀，再依次加入苯丙乳液、乳化氢化C9石油树脂和乳化松香酯，搅拌均匀后计量包装。
实施例6
公路韧性路面基层材料固结剂，它由聚合物乳液、增粘剂、无机粘合剂、助剂和水原料混合而成，所述的聚合物乳液为苯丙乳液；所述的增粘剂为乳化氢化C5石油树脂和乳化松香酚醛树酯；无机粘合剂为硅酸钠；助剂为防腐剂：苯甲酸钠、润湿分散剂：德国毕克公司生产的BYK-33、消泡剂：美国罗门哈斯公司生产的S80；
各原料所占重量百分数为：
苯丙乳液 35％，
增粘剂 20％，
其中：乳化氢化C9石油树脂 10％
乳化松香酚醛树酯 10％
硅酸钠 30％，
助剂 1％，
其中：FF-02 0.1％
BYK-33 0.5％
SPA-202 0.4％
水 14％。
上述公路韧性路面基层材料固结剂的制备方法为：将计量的硅酸钠加入计量的水中，搅拌溶解后，加入计量的助剂，搅拌均匀，再依次加入苯丙乳液、乳化氢化C9石油树脂和乳化松香酚醛树酯，搅拌均匀后计量包装。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
Claims (9)
1.公路韧性路面基层材料固结剂，其特征在于：它由包含聚合物乳液、增粘剂、无机粘合剂、助剂和水原料混合而成，各原料所占的重量百分数为：
聚合物乳液
5〜40%，
增粘剂
2〜20%，
无机粘合剂
1〜30%，
助剂
0.1〜5%，
水
5〜91.9%；
所述的聚合物乳液为苯丙乳液、聚丙烯酸乳液中的任意一种或二种的混合，二种混合时，为任意配比；
所述的增粘剂为乳化石油树脂、乳化沥青和沥青树脂提取物乳液中的一种、乳化松香树脂、丙烯酸盐中的任意一种或二种以上的混合，二种以上混合时，为任意配比；
所述的无机粘合剂为水溶性硅酸盐；
所述的助剂为防腐剂、润湿分散剂、消泡剂中的任意一种或二种以上的混合，二种以上混合时，为任意配比。
2.根据权利要求1所述的公路韧性路面基层材料固结剂，其特征在于：所述的乳化石油树脂为乳化C5石油树脂、乳化C9石油树脂、乳化氢化C5石油树脂或乳化氢化C9石油树脂。
3.根据权利要求1所述的公路韧性路面基层材料固结剂，其特征在于：所述的乳化沥青为乳化石油沥青。
4.根据权利要求1所述的公路韧性路面基层材料固结剂，其特征在于：所述的乳化松香树脂为乳化松香、乳化松香酚醛树脂、乳化松香脂中的任意一种或二种以上的混合，二种以上混合时，为任意配比。
5.根据权利要求1所述的公路韧性路面基层材料固结剂，其特征在于：所述的丙烯酸盐为丙烯酸钾或丙烯酸钠。
6.根据权利要求1所述的公路韧性路面基层材料固结剂，其特征在于：所述的水溶性硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾或水玻璃。
7.根据权利要求1所述的公路韧性路面基层材料固结剂，其特征在于：所述的防腐剂为苯甲酸钠、FF-02杀菌剂或凯松CG防腐防霉杀菌剂；所述的润湿分散剂为德国毕克公司生产的BYK-33润湿分散剂或常州涂料研究所生产的PK-100润湿分散剂；所述的消泡剂为上海涂料研究所生产的SPA-202、美国罗门哈斯公司生产的S80或美国NOPCO公司生产的NDW。
8.根据权利要求1所述的公路韧性路面基层材料固结剂，其特征在于：所述各原料所占的重量百分数为：
聚合物乳液
20%，
增粘剂
10%，
无机粘合剂
5%，
助剂
2%，
水
63%。
9.根据权利要求1所述的公路韧性路面基层材料固结剂的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤:
1)原料的选取：按各原料所占的重量百分数为：聚合物乳液5〜40%，增粘剂 2〜20%，无机粘合剂1〜30%，助剂 0.1〜5%，水 5〜91.9%，选取聚合物乳液、增粘剂、无机粘合剂、助剂和水，备用；
2）先将无机粘合剂加入水中，搅拌溶解，然后加入聚合物乳液、增粘剂和助剂，搅拌均匀，得到公路韧性路面基层材料固结剂。
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