CN104193221B - 一种适于重交通公路的混凝土路面材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适于重交通公路的混凝土路面材料及其制备方法。所述材料由A、B、C三组分组成，各组分质量比为A组分:B组分:C组分＝1:(0.2-0.6):(4-8)；所述A组分按质量份计，包括环氧树脂40-80份﹑环氧活性稀释剂0-20份﹑弹性改性剂10-50份、消泡剂0.2份、分散剂0.2份；所述B组分按质量份计，包括固化剂100份﹑固化促进剂0-10份﹑偶联剂1份；所述C组分按体积份计，包括细石料100份、细砂30-300份、废旧橡胶颗粒130-800份﹑废旧橡胶粉50-100份﹑晶须10-20份。与现有技术相比，本发明具有强度高、耐久性及行车舒适性好、节能环保及施工方便等优点。

Description

一种适于重交通公路的混凝土路面材料及其制备方法

技术领域

本发明属于化学道路材料技术领域，具体来说，涉及一种适于重交通公路的混凝土路面材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国国民经济和公路交通运输事业的快速发展，公路重交通特征越来越凸显。运输车辆中重型载货汽车的比重不断增加，汽车的总载质量和轴载质量不断提高，并且越来越大型化。单轴超过10t、双轴超过18t及三轴超过22t的重载车辆已成为交通运输的重要组成部分。同时,伴随着人们生活水平的提高和环保意识的增强，对路面行车的安全性、舒适性和环保性又提出了更高的要求。

沥青混凝土路面和水泥混凝土路面是目前我国高等级公路的主要路面结构形式，各有其优缺点。沥青路面属柔性路面，其路面平整，行车舒适，但寿命较短，容易出现车辙、裂缝、坑槽、松散等病害；水泥混凝土路面属刚性路面，强度高，承载能力强，耐久性好，但行车噪声大，舒适性差，也易出现裂缝﹑断板﹑错台﹑破碎﹑脱空或空洞等病害，且其养护时间长，修复难度大。传统沥青混凝土路面和水泥混凝土路面的诸多劣势越来越明显，越来越难以满足公路建设发展的要求。

发明内容

本发明旨在克服上述传统混凝土路面的不足，提供一种兼顾水泥混凝土路面的高强度与高耐久性和沥青混凝土路面的行车舒适性好、噪声低与养护维修便利等优点的新型混凝土路面材料及其制备方法，以解决目前重交通公路路面的耐久性、舒适性和环保性难题。

本发明所述的一种适于重交通公路的混凝土路面材料，所述材料由A、B、C三组分组成，其中各组分之间质量比为A组分:B组分:C组分＝1:(0.2-0.6):(4-8)；所述A组分按质量份计，包括环氧树脂40-80份﹑环氧活性稀释剂0-20份﹑弹性改性剂10-50份、消泡剂0.2份、分散剂0.2份；所述B组分按质量份计，包括固化剂100份﹑固化促进剂0-10份﹑偶联剂1份；所述C组分按体积份计，包括细石料100份、细砂30-300份、废旧橡胶颗粒130-800份﹑废旧橡胶粉50-100份﹑晶须10-20份。

本发明所述的一种适于重交通公路的混凝土路面材料，所述A组分中，环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂和/或液态双酚F型环氧树脂；环氧活性稀释剂为丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚、聚乙二醇双缩水甘油醚、二缩水甘油醚中的一种或几种；弹性改性剂为具有主链为柔性链段和端基为环氧基团的液体聚合物；消泡剂为BYK-066N；分散剂为BYK-163。

本发明所述的一种适于重交通公路的混凝土路面材料，所述B组分中，固化剂为聚酰胺、脂肪胺、酚醛胺及其改性产物中的一种或几种；固化促进剂为苯酚、双酚A、间苯二酚、DMP-30、三氟化硼单乙胺中的一种；偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷﹑KH-550﹑KH-560﹑KH-570﹑苯胺甲基三乙氧基硅烷中的一种。

本发明所述的一种适于重交通公路的混凝土路面材料，所述C组分中，细石料为3-5mm单一粒径的石料；细砂为细度模数为2.6-2.9的天然河砂；废旧橡胶颗粒为废旧卡车轮胎粉碎处理得到的1-2mm黑色橡胶颗粒；废旧橡胶粉为废旧卡车轮胎粉碎研磨处理得到的80目黑色橡胶粉；晶须为硫酸钙晶须，平均直径为1-8μm，平均长度为50-200μm。

本发明所述的一种适于重交通公路的混凝土路面材料，所述废旧橡胶颗粒和废旧橡胶粉使用前均经过预处理，预处理方法如下：先用清水浸泡2小时，然后清水反复冲洗干净，自然晾干；接着用10％的HCl溶液浸泡3小时，然后用清水反复冲洗，自然晾干后使用。

本发明所述的一种适于重交通公路的混凝土路面材料的制备方法，所述方法具体步骤如下：

1)A组分的制备：按所述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，转速300-500转/分钟，搅拌5-10分钟后即得A组分，包装储存；

2)B组分的制备：按所述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，转速300-500转/分钟，搅拌5-10分钟后即得B组分，包装储存；

3)C组分的制备：按所述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，转速100-300转/分钟，搅拌5-10分钟后即得C组分，包装储存；

4)按质量比称取各组分，首先将A组分与B组分混合，搅拌均匀，最后加入C组分，搅和均匀即得混凝土路面材料。

采用以上技术方案，本发明所述适于重交通公路的混凝土路面材料具有以下特点：

1)弹性模量可控：混凝土路面材料是由以环氧材料为连续相，石料，砂子和橡胶等材料为分散相制备而成的新型复合材料，该复合材料的弹性模量主要由连续相的弹性模量、分散相的弹性模量及两相体积含量来控制；采用具有主链为柔性链段和端基为环氧基团的液体聚合物作为弹性改性剂，改善连续相-环氧材料的弹性模量；因弹性改性剂具有环氧基团，可直接参与环氧材料固化反应，故改性效果明显而持久；通过调整弹性改性剂用量，可制备一系列弹性模量可控的环氧材料，使环氧材料由脆性材料逐渐变为弹性材料；采用废旧橡胶材料作为弹性集料，改善分散相-石料、砂子和橡胶等集料混合物的弹性模量；在集料组成中，石料和砂子属刚性集料，模量大，强度高；橡胶颗粒属弹性集料，模量小，强度低。通过调控橡胶材料在集料中的体积含量，可调配一系列弹性模量可控的集料混合物；通过调控连续相和分散相的体积含量，同时结合连续相和分散相弹性模量的可控性，可制备一系列弹性模量可控的复合材料。

2)强度高：混凝土路面材料以环氧胶粘剂为连续相，利用环氧胶粘剂优异的粘接力和力学性能赋予复合材料高强度特性；同时橡胶材料使用前经过预处理，采用强酸性溶液浸泡，既除去了橡胶材料表面的油污和杂质，又腐蚀了橡胶材料表面，使表面极性化和粗糙化，增强环氧胶粘剂与橡胶材料的界面粘接力和界面强度，进一步提高复合材料的强度。

3)抗裂和抗冲击性能好：利用弹性改性剂改善环氧材料的脆性，利用橡胶材料作为弹性集料，约束和阻断混凝土内部微裂缝和产生和发展，形成吸收应变能的变形中心，从而提高混凝土的抗裂和抗冲击性能；同时利用硫酸钙晶须作为无机纤维增强材料，该材料是形状类似于短纤维而尺寸远小于短纤维的须状单晶体，其直径极小,长径比极大,具有高度有序的原子排列结构，几乎没有通常大晶体中存在的缺陷，具有极优良的物理化学性质和优异的机械性能；与通常应用的有机短纤维相比，硫酸钙晶须与各种无机填料的相容性更好，分散性更好，基本不存在分散性的问题，基本不影响混凝土的工作性能，在混凝土中形成一种均匀乱向分布的状态，使结构应力分散，产生二级加强效果，进一步有效提高混凝土的抗折强度﹑抗裂强度和抗冲击性能。

4)养护维修便利：施工温度为10℃-40℃，适用期为50-90分钟，6-8小时即可通车。

因此，与现有技术相比，本发明所述适于重交通公路的混凝土路面材料具有如下优点：

1)强度高、耐久性好：混凝土路面材料以环氧材料为连续相，利用环氧材料优良的粘接性，稳定性，耐化学品性及力学强度，赋予复合材料高强度和高耐久性特性。同时以橡胶材料作为弹性集料，利用橡胶材料优异的弹性和抗疲劳性，赋予复合材料优异的抗裂性，减少和阻止路面病害的产生和发展，进一步提高路面材料的耐久性。

2)行车舒适性好：混凝土路面材料弹性模量可控，弹性模量介于沥青混凝土和水泥混凝土之间，路面平整无切缝，故行车舒适性好。同时以橡胶材料作为弹性集料，橡胶材料具有很好的减震、降噪和吸音作用，进一步提高形成舒适性。

3)节能环保：混凝土路面材料大量应用废旧橡胶材料，既拓宽了废橡胶的应用领域，合理地进行了资源循环利用，又解决了环境污染问题，同时采用冷施工工艺，具有显著的节能环保效益，属节能环保产品。

4)施工方便，开放交通时间短：混凝土路面材料采用冷施工工艺，通过调整环氧胶粘剂配方或采用加热养护方式，可提高路面材料早期强度增长速率，缩短开放交通时间。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明所述的适于重交通公路的混凝土路面材料及其制备方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

一种适于重交通公路的混凝土路面材料，其组成与制备方法具体如下：

1)A组分的制备：按质量份计，将NPEF-17080份﹑弹性改性剂QS-P24F10份(北京金岛奇士材料科技有限公司生产)﹑BYK-066N0.2份；BYK-1630.2份，依次加入反应釜中，转速300转/分钟，搅拌5分钟后即得A组分，包装储存；

2)B组分的制备：按质量份计，将650^﹟低分子聚酰胺100份﹑DMP-3010份﹑偶联剂KH-5501份，依次加入反应釜中，转速300转/分钟，搅拌5分钟后即得B组分，包装储存；

3)C组分的制备：按体积份计，将细石料100份、细砂30份、废旧橡胶颗粒80份﹑废旧橡胶粉50份﹑晶须10份，依次加入反应釜中，转速100转/分钟，搅拌5分钟后即得C组分，包装储存；

4)按质量配比A:B:C＝1:0.6:8称取各组分原料，然后将A组分与B组分混合，搅拌均匀，最后加入C组分，搅和均匀即得混凝土路面材料。

实施例2

一种适于重交通公路的混凝土路面材料，其组成与制备方法具体如下：

1)A组分的制备：按质量份计，将环氧树脂E-44和环氧树脂E-51的混合物(质量比为1:2)40份﹑二缩水甘油醚20份﹑弹性改性剂QS-P24F50份(北京金岛奇士材料科技有限公司生产)﹑BYK-066N0.2份；BYK-1630.2份，依次加入反应釜中，转速500转/分钟，搅拌10分钟后即得A组分，包装储存；

2)B组分的制备：按质量份计，将改性酚醛胺T5和650^﹟低分子聚酰胺的混合物(质量比为1:3)100份(改性酚醛胺T5由河南省天择实业有限责任公司生产)﹑三氟化硼单乙胺10份﹑偶联剂KH-5501份，依次加入反应釜中，转速500转/分钟，搅拌10分钟后即得B组分，包装储存；

3)C组分的制备：按体积份计，将细石料100份、细砂60份、废旧橡胶颗粒80份﹑废旧橡胶粉80份﹑晶须5份，依次加入反应釜中，转速300转/分钟，搅拌10分钟后即得C组分，包装储存；

4)按质量比A:B:C＝1:0.4:7称取各组分原料，然后将A组分与B组分混合，搅拌均匀，最后加入C组分，搅和均匀即得混凝土路面材料。

实施例3

一种适于重交通公路的混凝土路面材料，其组成与制备方法具体如下：

1)A组分的制备：按质量份计，将环氧树脂E-4470份﹑苯基缩水甘油醚10份﹑弹性改性剂QS-P24F20份(北京金岛奇士材料科技有限公司生产)﹑BYK-066N0.2份；BYK-1630.2份，依次加入反应釜中，转速400转/分钟，搅拌7分钟后即得A组分，包装储存；

2)B组分的制备：按质量份计，将改性脂肪胺1622T100份(北京清大奇士新材料技术有限公司生产)﹑偶联剂KH-5501份，依次加入反应釜中，转速400转/分钟，搅拌7分钟后即得B组分，包装储存；

3)C组分的制备：按体积份计，将细石料100份、细砂100份、废旧橡胶颗粒200份﹑废旧橡胶粉50份﹑晶须10份，依次加入反应釜中，转速400转/分钟，搅拌7分钟后即得C组分，包装储存；

4)按质量比A:B:C＝1:0.2:6称取各组分原料，然后将A组分与B组分混合，搅拌均匀，最后加入C组分，搅和均匀即得混凝土路面材料。

实施例4

一种适于重交通公路的混凝土路面材料，其组成与制备方法具体如下：

1)A组分的制备：按质量份计，将环氧树脂E-5160份﹑正丁基缩水甘油醚15份﹑弹性改性剂QS-P24F30份(北京金岛奇士材料科技有限公司生产)﹑BYK-066N0.2份；BYK-1630.2份，依次加入反应釜中，转速450转/分钟，搅拌8分钟后即得A组分，包装储存；

2)B组分的制备：按质量份计，将改性酚醛胺T5100份(河南省天择实业有限责任公司生产)﹑间苯二酚4份﹑偶联剂KH-5501份，依次加入反应釜中，转速450转/分钟，搅拌8分钟后即得B组分，包装储存；

3)C组分的制备：按体积份计，将细石料100份、细砂200份、废旧橡胶颗粒400份﹑废旧橡胶粉85份﹑晶须15份，依次加入反应釜中，转速450转/分钟，搅拌8分钟后即得C组分，包装储存；

4)按质量比A:B:C＝1:0.3:5称取各组分原料，然后将A组分与B组分混合，搅拌均匀，最后加入C组分，搅和均匀即得混凝土路面材料。

实施例5

一种适于重交通公路的混凝土路面材料，其组成与制备方法具体如下：

1)A组分的制备：按质量份计，将环氧树脂E-44和双酚F环氧树脂NPEF-170的混合物(质量比为1:1)50份﹑聚乙二醇双缩水甘油醚18份﹑弹性改性剂QS-P24F40份(北京金岛奇士材料科技有限公司生产)﹑BYK-066N0.2份；BYK-1630.2份，依次加入反应釜中，转速450转/分钟，搅拌7分钟后即得A组分，包装储存；

2)B组分的制备：按质量份计，将改性酚醛胺T5和改性脂肪胺1622T的混合物(质量比为1:2)100份(改性酚醛胺T5由河南省天择实业有限责任公司生产，改性脂肪胺1622T由北京清大奇士新材料技术有限公司生产)﹑三氟化硼单乙胺6份﹑偶联剂KH-5501份，依次加入反应釜中，转速450转/分钟，搅拌7分钟后即得B组分，包装储存；

3)C组分的制备：按体积份计，将细石料100份、细砂300份、废旧橡胶颗粒400份﹑废旧橡胶粉100份﹑晶须20份，依次加入反应釜中，转速450转/分钟，搅拌7分钟后即得C组分，包装储存；

4)按质量比A:B:C＝1:0.3:4称取各组分原料，然后将A组分与B组分混合，搅拌均匀，最后加入C组分，搅和均匀即得混凝土路面材料。

上述实施例1-5中，所述细石料为3-5mm单一粒径的石料；细砂为细度模数为2.6-2.9的天然河砂；废旧橡胶颗粒为废旧卡车轮胎粉碎处理得到的1-2mm黑色橡胶颗粒；废旧橡胶粉为废旧卡车轮胎粉碎研磨处理得到的80目黑色橡胶粉；晶须为硫酸钙晶须，平均直径为3-6μm，平均长度为100-150μm。所述废旧橡胶颗粒和废旧橡胶粉使用前均经过预处理，预处理方法如下：先用清水浸泡2小时，然后清水反复冲洗干净，自然晾干；接着用10％的HCl溶液浸泡3小时，然后用清水反复冲洗，自然晾干后使用。

表1：实施例1-5制得的新型混凝土路面材料性能测试结果

因此，与现有技术相比，本发明所述适于重交通公路的混凝土路面材料具有如下优点：

1)强度高、耐久性好：混凝土路面材料以环氧材料为连续相，利用环氧材料优良的粘接性，稳定性，耐化学品性及力学强度，赋予复合材料高强度和高耐久性特性。同时，以橡胶材料作为弹性集料，利用橡胶材料优异的弹性和抗疲劳性，赋予复合材料优异的抗裂性，减少和阻止路面病害的产生和发展，进一步提高路面材料的耐久性。

2)行车舒适性好：混凝土路面材料弹性模量可控，弹性模量介于沥青混凝土和水泥混凝土之间，路面平整无切缝，故行车舒适性好。同时，以橡胶材料作为弹性集料，橡胶材料具有很好的减震、降噪和吸音作用，进一步提高形成舒适性。

3)节能环保：混凝土路面材料大量应用废旧橡胶材料，既拓宽了废橡胶的应用领域，合理地进行了资源循环利用，又解决了环境污染问题，同时，采用冷施工工艺，具有显著的节能环保效益，属节能环保产品。

4)施工方便，开放交通时间短：混凝土路面材料采用冷施工工艺，通过调整环氧胶粘剂配方或采用加热养护方式，可提高路面材料早期强度增长速率，缩短开放交通时间。

Claims (2)

1.一种适于重交通公路的混凝土路面材料，其特征在于，所述材料由A、B、C三组分组成，其中各组分质量比为A组分:B组分:C组分＝1:(0.2-0.6):(4-8)；所述A组分按质量份计，包括环氧树脂40-80份﹑环氧活性稀释剂0-20份﹑弹性改性剂10-50份、消泡剂0.2份、分散剂0.2份；所述B组分按质量份计，包括固化剂100份﹑固化促进剂0-10份﹑偶联剂1份；所述C组分按体积份计，包括细石料100份、细砂30-300份、废旧橡胶颗粒130-800份﹑废旧橡胶粉50-100份﹑晶须10-20份；

所述A组分中，环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂和/或液态双酚F型环氧树脂；环氧活性稀释剂为丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚、聚乙二醇双缩水甘油醚、二缩水甘油醚中的一种或几种；弹性改性剂为具有主链为柔性链段和端基为环氧基团的液体聚合物；消泡剂为BYK-066N；分散剂为BYK-163；

所述B组分中，固化剂为聚酰胺、脂肪胺、酚醛胺及其改性产物中的一种或几种；固化促进剂为苯酚、双酚A、间苯二酚、DMP-30、三氟化硼单乙胺中的一种；偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷﹑KH-550﹑KH-560﹑KH-570﹑苯胺甲基三乙氧基硅烷中的一种；

所述C组分中，细石料为3-5mm单一粒径的石料；细砂为细度模数为2.6-2.9的天然河砂；废旧橡胶颗粒为废旧卡车轮胎粉碎处理得到的1-2mm黑色橡胶颗粒；废旧橡胶粉为废旧卡车轮胎粉碎研磨处理得到的80目黑色橡胶粉；晶须为硫酸钙晶须，平均直径为1-8μm，平均长度为50-200μm；

所述废旧橡胶颗粒和废旧橡胶粉均经过预处理，预处理方法如下：先用清水浸泡2小时，然后清水反复冲洗干净，自然晾干；接着用10％的HCl溶液浸泡3小时，然后用清水反复冲洗，自然晾干后使用。

2.根据权利要求1所述的一种适于重交通公路的混凝土路面材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下：

1)A组分的制备：按所述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，转速300-500转/分钟，搅拌5-10分钟后即得A组分，包装储存；

2)B组分的制备：按所述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，转速300-500转/分钟，搅拌5-10分钟后即得B组分，包装储存；

3)C组分的制备：按所述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，转速100-300转/分钟，搅拌5-10分钟后即得C组分，包装储存；

4)按质量比称取各组分，首先将A组分与B组分混合，搅拌均匀，最后加入C组分，搅和均匀即得混凝土路面材料。