CN103288392B - 一种纤维增韧水泥乳化沥青基混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及公路沥青路面材料制备领域，特别涉及一种纤维增韧水泥乳化沥青基混合料及其制备方法。其配料比例按份数称量，包括：水镁石矿物纤维0.1-0.6份；水泥1-5份；乳化沥青1-10份；双酚A型环氧树脂0.5-2.0份；二乙烯三胺0.2-0.6份；集料81.4-95.0份。在室温条件下，将水镁石矿物纤维加入集料中干拌后，加入适量水再次拌和，然后依次加入乳化沥青、双酚A型环氧树脂和二乙烯三胺进行拌和，最后加入水泥并拌和均匀后，即制得纤维增韧水泥乳化沥青基混合料。该纤维增韧水泥乳化沥青基混合料能够提高水泥乳化沥青混合料的拉伸变形能力、低温抗裂能力和抗疲劳破坏能力，延长路面的使用寿命；并且施工过程操作简单、经济环保。

Description

一种纤维增韧水泥乳化沥青基混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及公路沥青路面材料制备领域，特别涉及一种纤维增韧水泥乳化沥青基混合料及其制备方法。

背景技术

近年来，研究人员普遍认为，我国高速公路沥青路面使用寿命短、路面结构耐久性差，与我国千篇一律地使用半刚性基层沥青路面结构具有一定的关系。分析可知，半刚性基层沥青路面具有不少问题，有些问题甚至是无法解决的。例如，半刚性基层易产生收缩开裂，进而导致沥青面层产生反射裂缝；半刚性基层抗冲刷能力很弱，易产生唧泥；半刚性基层损坏后没有愈合能力，且难以修补；半刚性基层沥青路面易产生失稳型车辙，特别在高温季节，在重载作用下路面将产生严重的辙槽。正是考虑到半刚性基层沥青路面的这些显著缺点，发达国家很少采用半刚性基层沥青路面结构，重交通道路不得采用半刚性基层沥青路面，只是在低等级、交通量低的道路中采用。结合国内实际情况并借鉴国外先进经验，国内学者提出柔性或半柔性基层沥青路面的设计思路，并开始在国内推广应用。其中，水泥乳化沥青混合料作为一种可充分利用水泥和乳化沥青相互作用、相互改善而制备的一种具有半柔性特征的基层材料，具备温度敏感性低、抗变形和冲刷能力强等优点，成为新时期道路铺面材料发展热点方向之一。

此外，在大力倡导资源节约型、环境友好型交通建设的时代背景下，水泥乳化沥青混合料由于可以避免消耗加热过程所需的大量能源，并且不会排放出大量的粉尘和废气，环保效益显著等优势而逐步引起重视。同时，在偏远寒冷地区，由于运距长、气温低等客观因素，热拌沥青混合料的可施工性明显不足，但水泥乳化沥青混合料却能体现出其常温拌和、常温施工的优势。此外，国内外在沥青路面养护维修过程中越来越注重沥青路面再生技术的推广和使用，水泥乳化沥青混合料作为冷拌再生技术的重要实现措施，能充分利用旧集料，具有巨大的经济和环保效益。

然而，目前所使用的水泥乳化沥青混合料，虽然利用了水泥的水化反应加速乳化沥青的破乳过程来提高其早期强度，但并没有注重有机、无机两种胶结料之间的桥接增强作用，仅依靠水泥和乳化沥青的自身反应来提供粘结力，没有充分发挥材料的复合效应，因此常规水泥乳化沥青混合料的使用性能和耐久性存在不足。另一方面，水泥的加入虽然加快了乳化沥青混合料早期强度的发展速度，但同时使混合料的模量有了很大程度的提高，增大了水泥乳化沥青混凝土脆性开裂的风险，同时其韧性和变形性能出现了一定程度的降低，这对于提高路面使用寿命也是十分不利的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种成本低、常温条件下施工性好并且具有良好韧性和耐久性的纤维增韧水泥乳化沥青基混合料及其制备方法，该纤维增韧水泥乳化沥青基混合料能够同时提高水泥乳化沥青混合料的拉伸变形能力、低温抗裂能力和抗疲劳破坏能力，延长路面的使用寿命；并且施工过程操作简单、经济环保。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

（1）一种纤维增韧水泥乳化沥青基混合料，其特征在于，包括：水镁石矿物纤维0.1-0.6份；水泥1-5份；乳化沥青1-10份；双酚A型环氧树脂0.5-2.0份；二乙烯三胺0.2-0.6份；集料81.4-95.0份。

优选地，包括：乳化沥青4-8份；集料83.4-94.0份。

优选地，所述水镁石矿物纤维的参数为：（a）化学成分为：1%-3%的SiO₂，61%-65%的MgO，0.2%-1%的Al₂O₃，0.6%-1.9%的Fe₂O₃，2%-6%的FeO，0.1%-1%的CaO，25%-30%的H₂O；（b）物理性质：比重2.35-2.50，密度2.35g/cm³-2.45g/cm³，抗拉强度890Mpa-1285Mpa，导热系数0.12w/(m·k)-0.23w/(m·k)，脱水温度为400℃-500℃。

优选地，所述水泥的参数为：初凝时间≥45min，终凝时间≤600min。

优选地，所述乳化沥青为慢裂快凝型阳离子乳化沥青，其参数为：固含量大于50%；1.18mm筛上剩余量小于等于0.1%；1d的贮存稳定性小于等于1%；5d的贮存稳定性小于等于5%。

优选地，所述双酚A型环氧树脂的参数为：环氧值为0.48eq/100g-0.54eq/100g，有机氯为0.02eq/100g，无机氯为0.001eq/100g，挥发物含量为1%。

优选地，所述二乙烯三胺的参数为：熔点为-35℃，沸点为207℃，20℃相对水的密度为0.9586。

（2）一种制备上述纤维增韧水泥乳化沥青基混合料的方法，包括如下步骤：

首先，按配料比例称取水镁石矿物纤维、水泥、乳化沥青、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、集料，备用；然后在室温条件下，将水镁石矿物纤维加入集料中干拌后，加入适量水拌和，再依次加入乳化沥青、双酚A型环氧树脂和二乙烯三胺进行拌和，最后加入水泥并拌和均匀后，即制得纤维增韧水泥乳化沥青基混合料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

将水镁石矿物纤维掺入水泥乳化沥青混合料中，并加入适量的双酚A型环氧树脂和二乙烯三胺固化剂。一方面利用水泥的水化加速乳化沥青的破乳过程，使其迅速具备粘结能力；同时，双酚A型环氧树脂和二乙烯三胺固化剂可在常温下较快地固化，从而使沥青具备更大的粘度，有效解决常规水泥乳化沥青混合料粘结性不足的问题。另一方面，通过扫描电镜观察发现，双酚A型环氧树脂和二乙烯三胺固化剂形成的环氧树脂固化物，以及水泥、乳化沥青，在空间内形成立体三维网络，并且网络之间两两相互贯穿，相互依托，再加上纤维的桥接作用，组成立体互穿网络结构，增强了材料的复合效应。通过上述作用，使得纤维增韧水泥乳化沥青基混合料在拉伸性能、低温抗裂性、抗疲劳性和耐久性等方面有了明显的增强；此外，水镁石矿物纤维资源丰富、价格适中，而且该纤维分散性好，具有良好的施工性能。

具体实施方式

为了更好地阐述本发明，下面结合实施例进一步叙述本发明的内容，但本发明并不仅仅局限于下面的优选实施例。

在下述优选实施例中，水镁石矿物纤维的参数为：（a）化学成分为：1%-3%的SiO₂，61%-65%的MgO，0.2%-1%的Al₂O₃，0.6%-1.9%的Fe₂O₃，2%-6%的FeO，0.1%-1%的CaO，25%-30%的H2O；（b）物理性质：比重为2.35-2.50，密度为2.35g/cm³-2.45g/cm³，抗拉强度为890Mpa-1285Mpa，导热系数为0.12w/(m·k)-0.23w/(m·k)，脱水温度为400℃-500℃。

水泥的参数为：初凝时间≥45min，终凝时间≤600min。

乳化沥青为慢裂快凝型阳离子乳化沥青，其参数为：固含量＞50%；1.18mm筛上剩余量小于等于0.1%；1d的贮存稳定性应小于等于1%；5d的贮存稳定性应小于等于5%。

双酚A型环氧树脂的参数为：环氧值为0.48eq/100g-0.54eq/100g，有机氯为0.02eq/100g，无机氯为0.001eq/100g，挥发物含量为1%。

二乙烯三胺的参数为：熔点-35℃，沸点207℃，20℃相对水的密度为0.9586。

对照例：

集料级配类型：AC-13

水泥：乳化沥青：集料=3.0份：7.0份：90.0份

首先，在室温条件下，将称量好的集料按照预先计算的比例加入到拌合缸内并加入适量水，低速搅拌30s，然后加入称量好的乳化沥青拌和90s，再加入水泥拌和90s完成。

实施例1：

集料级配类型：AC-13

水镁石矿物纤维：水泥：乳化沥青：双酚A型环氧树脂：二乙烯三胺：集料=0.2份：2.8份：7.0份：1.3份：0.4份：88.3份。

首先，按配料比例称取水镁石矿物纤维、水泥、乳化沥青、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、集料，备用；然后在室温条件下，将水镁石矿物纤维加入集料中干拌后加入适量水再次拌和，再依次加入乳化沥青、双酚A型环氧树脂和二乙烯三胺进行拌和，最后加入水泥并拌和均匀后，即制得纤维增韧水泥乳化沥青基混合料。

实施例2：

集料级配类型：AC-13

水镁石矿物纤维：水泥：乳化沥青：双酚A型环氧树脂：二乙烯三胺：集料=0.4份：2.0份：8.0份：1.5份：0.5份：87.6份。

按照实施例1的操作步骤即可制得纤维增韧水泥乳化沥青基混合料。

实施例3：

集料级配类型：AC-13

水镁石矿物纤维：水泥：乳化沥青：双酚A型环氧树脂：二乙烯三胺：集料=0.5份：2.5份：6.0份：1.9份：0.6份：88.5份。

按照实施例1的操作步骤即可制得纤维增韧水泥乳化沥青基混合料。

实施例4：

集料级配类型：Superpave12.5

水镁石矿物纤维：水泥：乳化沥青：双酚A型环氧树脂：二乙烯三胺：集料=0.2份：3.0份：8.0份：1.5份：0.5份：86.8份。

按照实施例1的操作步骤即可制得纤维增韧水泥乳化沥青基混合料。

实施例5：

集料级配类型：Superpave12.5

水镁石矿物纤维：水泥：乳化沥青：双酚A型环氧树脂：二乙烯三胺：集料=0.5份：2.0份：8.0份：1.5份：0.5份：87.5份。

按照实施例1的操作步骤即可制得纤维增韧水泥乳化沥青基混合料。

下面为本发明的实施例试件与对照例试件的性能对比，并且实施例和对照例中得到的混合料按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011》中下列标准测试：抗压强度（T0713）、低温劈裂强度（T0716）和疲劳性能（T0739）。需说明的是，马歇尔试件击实时上下两面击实，分两次进行，第一次在混合料拌制入模时进行，第二次在水泥初凝时击实。养生时首先置于60℃烘箱中1d，然后转入温度为20±5℃，相对湿度为90%以上的标准环境中养生至7d、28d龄期。

表1是本发明实施例试件与对照例试件的抗压强度、低温劈裂强度、拉伸强度和疲劳寿命的试验结果比较。对照例样品是未掺入水镁石矿物纤维、

双酚A型环氧树脂和二乙烯三胺的普通水泥乳化沥青混合料。

表1：

注：（1）抗压强度在20℃条件下测试所得。

（2）低温劈裂强度在-10℃条件下测试所得。

（3）拉伸强度为20℃条件下养护28d后的的小梁试件（50×50×300mm）在SANS万能试验机上测试所得。

（4）疲劳寿命在15℃条件下，采用四点弯曲试验方法测试，所用试件为养护28d后的试件。

从表1可以看出，本发明的纤维增韧水泥乳化沥青基混合料的抗压强度、低温劈裂强度、拉伸强度和疲劳寿命等指标均得到了提高，从以上阐述可以看出，水泥乳化沥青基混合料的力学性能和路用性能明显优于普通水泥乳化沥青混合料，而且施工方便、经济环保效益显著。

尽管以上对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (5)

1.一种纤维增韧水泥乳化沥青基混合料，其特征在于，包括：水镁石矿物纤维0.1-0.6份；水泥1-5份；乳化沥青1-10份；双酚A型环氧树脂0.5-2.0份；二乙烯三胺0.2-0.6份；集料81.4-95.0份；

所述乳化沥青为慢裂快凝型阳离子乳化沥青，其参数为：固含量大于50％；1.18mm筛上剩余量小于等于0.1％；1d的贮存稳定性小于等于1％；5d的贮存稳定性小于等于5％；

所述水镁石矿物纤维的参数为：(a)化学成分为：1％-3％的SiO₂，61％-65％的MgO，0.2％-1％的Al₂O₃，0.6％-1.9％的Fe₂O₃，2％-6％的FeO，0.1％-1％的CaO，25％-30％的H₂O；(b)物理性质：比重2.35-2.50，密度2.35g/cm³-2.45g/cm³，抗拉强度890MPa-1285MPa，导热系数0.12w/(m·k)-0.23w/(m·k)，脱水温度为400℃-500℃；

所述双酚A型环氧树脂的参数为：环氧值为0.48eq/100g-0.54eq/100g，有机氯为0.02eq/100g，无机氯为0.001eq/100g，挥发物含量为1％。

2.根据权利要求1所述的一种纤维增韧水泥乳化沥青基混合料，其特征在于，所述乳化沥青4-8份；集料83.4-94.0份。

3.根据权利要求1所述的一种纤维增韧水泥乳化沥青基混合料，其特征在于，所述水泥的参数为：初凝时间≥45min，终凝时间≤600min。

4.根据权利要求1所述的一种纤维增韧水泥乳化沥青基混合料，其特征在于，所述二乙烯三胺的参数为：熔点为-35℃，沸点为207℃，20℃相对水的密度为0.9586。

5.一种制备权利要求1所述的纤维增韧水泥乳化沥青基混合料的方法，其特征在于包括如下步骤：

首先，按配料比例称取水镁石矿物纤维、水泥、乳化沥青、双酚A型环氧树脂、二乙烯三胺、集料，备用；然后在室温条件下，将水镁石矿物纤维加入集料中干拌后，加入适量水拌和，再依次加入乳化沥青、双酚A型环氧树脂和二乙烯三胺进行拌和，最后加入水泥并拌和均匀后，即制得纤维增韧水泥乳化沥青基混合料。