CN103570334A

CN103570334A - 一种沥青路面快速冷补修复方法及其应用

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Publication number: CN103570334A
Application number: CN201310416817.2A
Authority: CN
Inventors: 李九苏; 徐国栋; 陈永真; 张文勃; 叶康
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-09-13
Also published as: CN103570334B

Abstract

本发明公开了一种沥青路面冷补快速修复材料及其应用，所述的材料由以下重量份的各个组分制备而成：磷酸镁水泥20～80重量份、细砂5～20重量份、中砂0～20重量份、5-20mm粒径碎石0～50重量份、乳化沥青0~10重量份、水溶性聚氨酯0～10重量份、橡胶粉0～10重量份、引气剂0～1重量份。将上重量份的材料在拌料机中搅拌（1.5-2min）均匀后，浇筑到清理好的沥青路面损坏部分，再经抹面、整形，完成修补，养护2～3小时即可开放交通。本发明在实际应用中以拌制、浇筑方式成型，无需加热，施工方便，养护时间短，对交通影响小，力学性能和耐久性能均满足应用要求，尤其适合于沥青路面坑槽，裂缝类病害的快速修复。本发明不仅在沥青路面病害修补方面效果显著，并且还能扩展其用途至水泥混凝土工程领域，以及用于房屋建筑和古建筑破损修复等领域。

Description

一种沥青路面快速冷补修复方法及其应用

技术领域

本发明涉及道路修补材料技术领域，尤其涉及一种新型沥青路面快速冷补材料，以及该修补材料修复沥青路面的方法及其应用。

背景技术

沥青路面以其行车舒适、噪音小及养护维修简便等优点，已成为世界上最常见的一种路面形式。但是在通车后，因行车荷载作用、气候条件影响以及设计、施工过程中存在的不足，沥青路面会出现裂缝、坑槽、车辙等多种路面病害，严重影响行车舒适性甚至造成结构承载力逐渐丧失的问题。

目前，热拌沥青混合料是修补沥青路面损坏的主流材料。但是热拌沥青混合料修补路面时，其施工受气候条件影响较大，在北方地区或寒冷季节，因气温较低而不易压实，进行沥青路面修复的有效施工季节受到严重缩短。此外，热拌沥青混合料还具有成本高、能耗高、污染大等缺陷。

除热拌沥青混合料外，近年来沥青路面修补中应用较多的是冷补沥青混合料，如乳化沥青混合料。但是国内外研制的冷补沥青混合料普遍存在初始强度低、强度增长慢、温度敏感性大等问题。修补路面时，由于要等到冷补沥青混合料中的溶剂完全挥发后才能达到较高的强度，因此冷补沥青混合料初始强度较低，从而导致其强度增长所需时间较长，难以满足高等级路面尽快通车的要求；修补后的路面强度较低，抗水损害能力较差，因而降低了修补后道路的通行能力、缩短了使用寿命。

与传统沥青路面修补材料相比，本发明具有显著优势，采用此新型沥青路面快速冷补材料修补沥青路面，可降低成本、节约能源、减少污染，并可以快速开放交通。修补材料与原路面粘结性能良好，具有良好的防水抗渗功能，可有效防止二次损害的发生，具有良好的社会、经济效益和广阔的工程应用前景。

发明内容

本发明的目的在于解决传统沥青路面修补材料和技术上的缺陷，提供一种不需要加热就可以用于施工且速凝、早强的快速冷补材料，这种材料的应用不受气候条件制约，可调整性强，与原路面有好的粘结性和耐久性，且具有良好的防水抗渗功能。以使用新的修补材料为基础，发明了一种便于施工、设备简易、操作规范并能充分发挥修补材料性能的施工方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

发明的材料由以下重量份的各个组分制备而成：磷酸镁水泥20～80重量份、细砂5～20重量份、中砂0～20重量份、5-20 mm粒径碎石0～50重量份、乳化沥青0~10重量份、水溶性聚氨酯0～10重量份、橡胶粉0～10重量份、引气剂0～1重量份。

本发明提供的沥青路面冷补快速修复材料的制备方法为：1）根据路面不同病害类型，选取不同材料配比，按重量分数称取磷酸镁水泥、细砂、中砂、5-20 mm粒径碎石、乳化沥青、水溶性聚氨酯、橡胶粉和引气剂；2）将上述重量份的材料在拌料机中搅拌（1.5-2 min）均匀后即可。将该冷补材料浇筑到清理好的沥青路面损坏部分，再经抹面、整形、完成修补，养护2～3小时即可开放交通。

所述的磷酸镁水泥由氧化镁、磷酸氢二铵、硼砂按物质的量比1:（0.2～0.25）:（0.05～0.06）配制而成，最佳水胶比为0.2~0.25之间可调。

在制备磷酸镁水泥时，建议将磷酸氢二铵和硼砂分别用干燥设施处理12小时左右，温度为60℃左右；将干燥过的磷酸氢二铵和硼砂用150μm方孔筛过筛，筛余量不宜超过20%；然后将磷酸氢二铵和硼砂用球磨机粉磨2小时左右，再在 75μm方孔筛上过筛，其筛余量不宜超过20%。将处理过的磷酸氢二铵和硼砂在密封、干燥的条件下单独存放，需要使用时将各组分按适当比例搭配混合即可制备成磷酸镁水泥。

所述的乳化沥青为阳离子乳化沥青，与水泥结合性能较好，能改变材料刚度，增强与沥青路面的粘结性能。

所述的水溶性聚氨酯为单组分水溶性聚氨酯，掺加后可以提高本材料的防水抗渗能力，进而提高其耐久性。

所述的橡胶粉细度为80～120目，本发明通过掺加不同分量的橡胶粉，改变本材料外观颜色使其与原路面颜色相容，并使其成为一个既富有刚性又有柔性的整体。

本发明提供的沥青路面冷补快速修复方法为：在对沥青路面破损修补前，应将破损处用铣刨机或切割机开槽成型。首先确定路面破损部分的深度和边界，划出大致与路面中心线（即行车方向）垂直或平行的修补轮廓线并沿划好的修补轮廓线开挖破损处。然后采用压缩空气或热空气吹、手动工具清扫等方法清理干净所需修补处。

施工时将一定量的修补材料投入搅拌机械中，根据维修路段病害实际情况确定是否需要添加砂或细石配制成砂浆或混凝土，并掺加不同分量的乳化沥青、水溶性聚氨酯、橡胶粉等成分，改变其外观颜色使其与原路面颜色相容。根据需要的水胶比加入适量的水，开动搅拌机械，搅拌时间宜为1.5-2 min；将搅拌充分的修补材料迅速从搅拌机械中取出，并立即应用于路面待修补区域，搅拌充分的修补材料呈较好的流动状，此过程应在往修补材料中加水开始搅拌后8 min之内完成；从修补材料投入机器、加水、开始搅拌到全部应用于待修补区域，再经抹面、整形、完成修补，整个过程宜控制在12 min之内。

材料应用时必须现场拌制，现拌现用，且搅拌位置距离待修补区域5 m范围内为佳；每次修补材料搅拌完毕，应立即用水对搅拌机具进行浸泡、用钢丝刷进行清洗，施工结束后要及时对所有其它施工机械进行清洗；搅拌过程若遇到突然断电或搅拌机出现故障，应根据现场情况立即采取相应的措施排除故障，若故障于1~2 min之内无法解除，则需往搅拌机中加水将混合料稀释，并尽快将修补材料从搅拌机中清理出来，并清洗搅拌机具，切记要避免修补材料在搅拌机中硬化和凝固。

采用上述技术方案制备的沥青路面快速修复冷补材料，其水化及强度形成机理为：磷酸氢二铵溶于水电离出少量OH^-显弱碱性，氧化镁微溶于水时电离出OH^-显碱性，这导致磷酸氢二铵和氧化镁在水中混合时，磷酸氢根离子电离平衡向产生H⁺方向进行，因而磷酸镁水泥的水化反应从本质上来看是磷酸氢二铵和氧化镁在水中电离平衡破坏后再达到稳定状态的酸碱中和反应。当修补材料加水拌合后，氧化镁微溶于水电离出OH^-，促使磷酸镁水泥中的磷酸氢二铵电离平衡迅速向产H⁺，NH⁴⁺和PO₄ ^3-方向进行。其中MgO微溶于水后溶解产生的OH^-和H⁺反应生成了水，而MgO在水中电离产生的另一产物Mg²⁺迅速扩散到溶液中与NH⁴⁺、PO₄ ^3-和H₂O相互作用生成无定形的镁-磷酸铵盐络合物水化凝胶，即水化产物Mg(NH₄)PO₄ ^.6H₂O。反应不断地进行，水化产物表面逐渐地会有晶体析出。析出的晶体将MgO包裹，晶体发挥出的粘结作用使得过剩的MgO紧密地结合。伴随着反应的进行，更多的NH⁴⁺和PO₄ ^3-渗透覆盖在MgO颗粒表面，形成更多的水化产物，反应放出的大量热量加速了该过程的进行。结晶过程使得参加反应的材料相互紧密结合，结晶后的水化产物产生体积膨胀导致包裹在MgO表面的膜产生破裂现象。MgO重新暴露于溶液中，水化反应因而又可以继续进行，水化产物持续大量生成。水化产物之间相互粘结和连续反应使得冷补材料浆体成为一个以MgO颗粒为框架、以磷酸镁水泥水化产物为主要粘结剂的晶体网状结构。

本产品具有如下优点：

（1）本发明的沥青路面冷修补材料需要施工设备简单，施工工艺简便，十分节省材料。施工时现制现用，无需加热，在常温和雨雪天气下都可以进行施工，受气候条件影响较小；所需施工机械和施工人员较少，施工速度较快，节约设备投资和节省人工费用；施工时根据具体部位和具体病害情况配制修补材料，不会造成材料的浪费，经济实用。

（2）本发明的沥青路面冷修补材料可使修复路面在短时间内得到较高强度。本材料所用的胶凝材料以磷酸镁水泥为基材，复配水溶性聚氨酯、橡胶粉、乳化沥青等组分，所制备的复合材料具有良好的工作性、柔韧性以及较高的抗压、抗折强度和界面粘结强度；施工结束后，修补材料在较短时间内即可得到较高的强度，无需洒水养护，2～3小时之后即可开放交通。

（3）本发明的沥青路面冷修补材料所适用的沥青路面病害种类广，还可用于修补其他工程项目，可调整性强。针对路面的不同病害种类，可采用净浆、砂浆或混凝土对其进行修复：当路面破损面积较小时，可以采用净浆或砂浆进行快速修复；当路面破损面积较大时，可以选用合适的材料配比拌制成砂浆或混凝土进行快速修复；当病害区域为深度较大的裂缝时，则可采用压浆机压浆进行快速修复。本发明不仅在沥青路面损坏修补方面效果显著，在水泥混凝土工程领域也可以发挥作用，通过调整材料各组分比例，按照工程要求改变外观、调整凝结时间进行应用。

（4）本发明的沥青路面冷修补材料修补路面耐久性好。利用材料本身性质或通过掺加外加剂等方式，改善其刚度及孔隙结构，提高了本材料配制混凝土的耐磨性能和抗渗性能，以及与原沥青混合料之间的界面粘结性能。

具体实施方式

以下列举具体实例以进一步阐述本发明，实例并非用于限制本发明的保护范围。

实施例1：

所用的磷酸镁水泥由氧化镁、磷酸氢二铵、硼砂按物质的量比1:0.2:0.05配制而成。磷酸氢二铵、硼砂和氧化镁的摩尔用量之间的关系宜用硼砂与氧化镁的摩尔比、磷酸二氢钾与氧化镁的摩尔比表示，即B/M和P/M。

新配制好的磷酸镁水泥30份；另外，细砂10份、中砂5份、5-20 mm粒径碎石10份、水溶性聚氨酯4份、橡胶粉3份、引气剂0份。

本发明提供的沥青路面冷补快速修复材料技术指标：24小时抗压强度 32.5 MPa，24小时抗折强度5.8 MPa，初凝时间为11.5 min。

实施例2：

所用磷酸镁水泥由由氧化镁、磷酸氢二铵、硼砂按物质的量比1:0.2:0.06配制而成。

新配制好的磷酸镁水泥50份；另外，细砂15份、中砂10份、5-20 mm粒径碎石15份、水溶性聚氨酯5份、橡胶粉6份、引气剂0.3份。

本发明提供的沥青路面冷补快速修复材料技术指标：24小时抗压强度 30.5 MPa，24小时抗折强度5.6 MPa，初凝时间为12 min。

实施例3：

所用的磷酸镁水泥由由氧化镁、磷酸氢二铵、硼砂按物质的量比1:0.25:0.05配制而成。

新配制好的磷酸镁水泥30份；另外，细砂10份、中砂5份、5-20 mm粒径碎石10份、乳化沥青4份、橡胶粉3份、引气剂0份。

本发明提供的沥青路面冷补快速修复材料技术指标：24小时抗压强度31.4 MPa，24小时抗折强度5.5 MPa，初凝时间为13.5 min。

实施例4：

所用磷酸镁水泥由由氧化镁、磷酸氢二铵、硼砂按物质的量比1:0.25:0.06配制而成。

新配制好的磷酸镁水泥50份；另外，细砂15份、中砂10份、5-20 mm粒径碎石15份、乳化沥青6份、橡胶粉4份、引气剂0.3份。

本发明提供的沥青路面冷补快速修复材料技术指标：24小时抗压强度30.0 MPa，24小时抗折强度5.3 MPa，初凝时间为15 min。

Claims

1.一种沥青路面冷补快速修复方法及其应用，其特征在于：采用材料由以下组分及质量份数制成：磷酸镁水泥20～80份、细砂5～20份、中砂0～20份、5-20 mm粒径碎石0～50份、乳化沥青0~10份、水溶性聚氨酯0～10份、橡胶粉0～10份、引气剂0～1份。

2.将上述磷质量份的材料在拌料机中搅拌（1.5-2 min）均匀后，浇筑到清理好的沥青路面坑槽中，捣实铺平后，养护2～3小时即可开放交通。

3.根据权利要求1所述的沥青路面冷补快速修复方法及其应用，其特征在于，所述的磷酸镁水泥由氧化镁、磷酸氢二铵、硼砂按物质的量比1:（0.2～0.25）:（0.05～0.06）配制而成。

4.根据权利要求1所述的沥青路面冷补快速修复方法及其应用，其特征在于，磷酸镁水泥通常由氧化镁、磷酸氢二铵、硼砂根据工程要求，调整组分比例配制而成。

5.在制备磷酸镁水泥时，建议将磷酸氢二铵和硼砂用干燥设备处理12h左右，温度为60℃左右；将干燥过的磷酸氢二铵和硼砂用150μm方孔筛过筛，筛余量不宜超过20%；然后将磷酸氢二铵和硼砂用球磨机粉磨2h左右，再在75μm方孔筛上过筛，其筛余量不宜超过20%。

6.将处理过的磷酸氢二铵和硼砂在密封、干燥的条件下单独存放，需要使用时将各组分按适当比例搭配混合即可制备成磷酸镁水泥。

7.根据权利要求1所述的沥青路面冷补快速修复方法及其应用，其特征在于，所述的水溶性聚氨酯为单组分水溶性聚氨酯。

8.根据权利要求1所述的沥青路面冷补快速修复方法及其应用，其特征在于，所述的橡胶粉细度为80～120目。

9.施工时将一定量的修补材料投入搅拌机械中，根据维修路段病害实际情况确定是否需要添加砂或细石配制成砂浆或混凝土，并掺加不同分量的乳化沥青、水溶性聚氨酯、橡胶粉等成分，改变其外观颜色使其与原路面颜色相容。

10.根据需要的水胶比加入适量的水，开动搅拌机械，搅拌时间宜为1.5-2 min；将搅拌充分的修补材料迅速从搅拌机械中取出，并立即应用于路面待修补区域，搅拌充分的修补材料呈较好的流动状，此过程应在往修补材料中加水开始搅拌后8 min之内完成；从修补材料投入机器、加水、开始搅拌到全部应用于待修补区域，再经抹面、整形、完成修补，整个过程宜控制在12 min之内。

11.根据权利要求1所述的沥青路面冷补快速修复方法及其应用，其特征在于，应用时必须现场拌制，现拌现用，且搅拌位置距离待修补区域5 m范围内为佳；每次修补材料搅拌完毕，应立即用水对搅拌机具进行浸泡、用钢丝刷进行清洗，施工结束后要及时对所有其它施工机械进行清洗；搅拌过程若遇到突然断电或搅拌机出现故障，应根据现场情况立即采取相应的措施排除故障，若故障于1~2 min之内无法解除，则需往搅拌机中加水将混合料稀释，并尽快将修补材料从搅拌机中清理出来，并清洗搅拌机具，切记要避免修补材料在搅拌机中硬化和固结。

12.根据权利要求1所述的沥青路面冷补快速修复方法及其应用，其特征在于，施工完成后养护2～3小时即可通车。