CN104556906A - 一种超薄磨耗的路面表层材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超薄磨耗的路面表层材料，所述材料包括：骨料、填料、水泥和水性环氧树脂乳化沥青；所述水性环氧树脂乳化沥青包括：乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂。本发明提供的高抗滑磨耗层材料具有低VOC(挥发性有机化合物)、冷拌、高抗滑性能、高粘结性能、高韧性的技术特点。

Description

一种超薄磨耗的路面表层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及路面材料，尤其涉及一种基于水性环氧改性的高抗滑超薄磨耗表层材料及其制备方法。
背景技术
随着国民经济的飞速发展，公路道路以及城市道路等基础建设也稳步发展，车辆的日益增加(尤其是重载车的增加)、车速的提高等因素都对于当前的公路道路、城市道路材料提出了更严苛的要求。作为衡量道路安全功能性的指标，路面抗滑一直是道路材料组成设计、施工方面值得重点考虑的要素之一。但是，就目前的城市道路设计而言，城市快速路及主干路关于抗滑性能指标参数为构造深度、摆式摩擦系数、横向力摩擦系数，其他等级道路关于抗滑性能指标参数为构造深度及横向力摩擦系数。
统计沥青路面表面层(包括AC型、SMA型)抗滑指标检测数据可知：表征路面宏观、微观构造抗滑性能的构造深度及摆式摩擦系数往往不受通车时间的影响而有明显衰减。相反，真正表征路面行车过程中侧滑安全性指标横向力摩擦系数随着通车时间的延长，其数值显著降低(往往通车半年后，横向力摩擦系数便难以达到相关规范、设计文件等的要求)，这主要是由于通车后，沥青路面表面的构造棱角均被车轮磨光滑，甚至会露出集料表面，这样路面的抗滑性能仅由集料的品质决定，严重影响了道路的安全功能性。
当前国际国内关于抗滑表层的处理主要包括两个方面：一是采用具有较大微观、宏观构造的OGFC及SMA级配形式，但是国内并不像国外那般将这一层做成2-3cm的抗滑表层，而是作为路面设计的沥青上面层而已，横向力检测数据已表明这种方案仍有安全隐患。二是采用冷拌沥青混合料或环氧树脂胶结料制成的作为预防性养护使用的微表处材料，但是纯粹的乳化沥青混合料的胶结能力有限，使用寿命有限；环氧树脂胶结料本身具有高强的粘结能力，但是其存在不环保(有挥发性有害物物质)、低温易开裂、与沥青路面变形不一致易破坏、造价高等缺点。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种超薄磨耗的路面表层材料及其制备方法，该方法制备的路面材料具有低VOC(挥发性有机化合物)、冷拌、高抗滑性能、高粘结性能、高韧性的特点。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
一种超薄磨耗的路面表层材料，包括：
骨料、填料、水泥和水性环氧树脂乳化沥青；所述水性环氧树脂乳化沥青包括：乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂。
一种超薄磨耗路面表层材料的制备方法，包括：
选取乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂；
将乳化沥青加入到容器中，用盐酸调节pH为5.0～6.5，加入水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂，混合并均匀；
将剪切机定子置入混合液中，以300-500转/min的转速对混合液进行剪切，得到水性环氧树脂乳化沥青乳液；
将骨料和填料置于容器中搅拌均匀后，添加水性环氧树脂乳化沥青乳液，使水性环氧树脂乳化沥青乳液与所述骨料和填料混合溶液混合均匀，得到均匀混合液；
在所述均匀混合液中加入水泥，得到路面超薄磨耗表层材料。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
胶结材料采用水性环氧乳化沥青，既解决了单纯乳化沥青混凝土微表处作抗滑表层的粘结力不强的问题，同时解决了环氧树脂胶结料抗滑磨耗层的不环保(有挥发性有害物质)、低温易开裂、与沥青路面变形不一致易破坏、造价高等缺点；同时，采用矿粉/橡胶粉可以有效调节高抗滑磨耗层材料的韧性，使其能够与路面协同变形，不易破坏。
高抗磨耗层材料具有VOC(挥发性有机化合物)、冷拌、高抗滑性能、高粘结性能、高韧性的技术特点。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步详细的描述。
本实施例提供了一种超薄磨耗的路面表层材料，所述材料包括：骨料、填料、水泥和水性环氧树脂乳化沥青；所述水性环氧树脂乳化沥青包括：乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂。
上述骨料、填料、水泥和水性环氧树脂乳化沥青质量的配比为100:4～10:2～6:10～20；
上述乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂质量的配比为100:8～15:4～8:0.6～1.0:1～3。
所述乳化沥青为阳离子中裂乳化沥青或阳离子慢裂乳化沥青；
所述骨料为金刚砂或石英砂；
所述填料为石灰石矿粉或橡胶粉；
所述水泥为P.O32.5或P.O42.5硅酸盐水泥。
上述超薄磨耗的路面表层材料的制备方法通过以下实施例详细描述：
实施例1
水性环氧树脂乳化沥青乳液的制备
乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂按质量比为100:8:4:0.6:1，选取乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂，备用。
在容器中先加入乳化沥青，用盐酸调节pH为5.0，边人工搅拌边加入水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂及稳定剂，持续人工搅拌1min至混合液均匀。再将高速剪切机定子置入混合液当中，调节好转速(300转/分钟)，开启开关进行剪切，大约20min，得到水性环氧树脂乳化沥青乳液(配制的乳液储存时间不超过6小时)。
高抗滑超薄磨耗表层材料的制备
将骨料、填料、水泥和水性环氧树脂乳化沥青质量比为100:4:2:10，选取骨料、填料、水泥和上述制备得到的水性环氧树脂乳化沥青，备用；
先将骨料和填料在容器中搅拌1min，添加水性环氧树脂乳化沥青后再搅拌3min，最后加入水泥搅拌2min，得到超高抗滑超薄磨耗表层材料。
上述高抗滑超薄磨耗表层材料的施工
清扫路面，采用撒布机将制备好的高抗滑超薄磨耗层铺筑于路面上，控制撒布量33kg/m2，撒布完成2小时后通车。
上述的乳化沥青为阳离子中裂乳化沥青。
上述水性环氧树脂为水性环氧树脂HTW-608。
上述的水性固化剂为水性固化剂HTW-208。
上述的乳化剂为BH-Z2型乳化剂。
上述的稳定剂为聚乙烯醇。
上述水性环氧树脂乳化沥青的蒸发残留物的指标为：残留物含量55％，针入度(100g，25℃，5s)50，软化点71℃，5℃下的延度22.5cm。
上述的骨料为1.18mm～2.36mm金刚砂。
上述的填料为石灰石矿粉，粒度范围是0.15mm的通过率不小于90％，0.075通过率不小于75％。
上述的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
实施例2
水性环氧树脂乳化沥青的制备
乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂按质量比为100:12:6:0.8:3，选取乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂，备用。
在容器中先加入乳化沥青，用盐酸调节pH为6.0，边人工搅拌边加入水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂及稳定剂，持续人工搅拌2min至混合液均匀。再将高速剪切机定子置入混合液当中，调节好转速(400转/分钟)，开启开关进行剪切，大约30min，得到水性环氧树脂乳化沥青乳液(注：配制的乳液储存时间不要超过6h)。
高抗滑超薄磨耗表层材料的制备
将骨料、填料、水泥和水性环氧树脂乳化沥青质量比为100:6:4:15，选取骨料、填料、水泥和上述制备得到的水性环氧树脂乳化沥青，备用；
先将骨料和填料在容器中搅拌2min，添加水性环氧乳化沥青后再搅拌4min，最后加入水泥搅拌3min，得到高抗滑超薄磨耗表层材料。
高抗滑超薄磨耗表层材料的施工
清扫路面，采用撒布机将制备好的高抗滑超薄磨耗层铺筑于路面上，控制洒布量4kg/m2，撒布完成2h以后通车。
上述乳化沥青为阳离子慢裂乳化沥青。
上述水性环氧树脂为水性环氧树脂HTW-609。
上述水性固化剂为水性固化剂HTW-208。
上述乳化剂为BH-MM型乳化剂。
上述稳定剂为纤维素。
上述水性环氧树脂乳化沥青的蒸发残留物的指标为：残留物含量60％，针入度(100g，25℃，5s)48，软化点70℃，5℃下的延度23.0cm。
上述骨料为1.18～2.36mm石英砂。
上述填料为60目橡胶粉。
上述水泥为P.O32.5普通硅酸盐水泥。
实施例3
水性环氧树脂乳化沥青的制备
乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂按质量比为100:12:7:0.9:2，选取乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂，备用。
在容器中先加入乳化沥青，用盐酸调节pH为6.0，边人工搅拌边加入水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂及稳定剂，持续人工搅拌2min至混合液均匀。再将高速剪切机定子置入混合液当中，调节好转速(450转/分钟)，开启开关进行剪切，大约30min，得到水性环氧树脂乳化沥青乳液(注：配制的乳液储存时间不要超过6h)。
高抗滑超薄磨耗表层材料的制备
将骨料、填料、水泥和水性环氧树脂乳化沥青质量比为100:8:5:17，选取骨料、填料、水泥和上述制备得到的水性环氧树脂乳化沥青，备用；
先将骨料和填料在容器中搅拌2min，添加水性环氧乳化沥青后再搅拌5min，最后加入水泥搅拌3min，得到高抗滑超薄磨耗表层材料。
高抗滑超薄磨耗表层材料的施工
清扫路面，采用撒布机将制备好的高抗滑超薄磨耗层铺筑于路面上，控制洒布量4kg/m2，撒布完成2h以后通车。
上述乳化沥青为阳离子中裂乳化沥青。
上述水性环氧树脂为水性环氧树脂GEM02。
上述水性固化剂为水性固化剂GCA02。
上述乳化剂为BH-MM型乳化剂。
上述稳定剂为聚乙烯醇。
上述水性环氧树脂乳化沥青的蒸发残留物的指标为：残留物含量60％，针入度(100g，25℃，5s)46，软化点70℃，5℃下的延度23.4cm。
上述骨料为1.18～2.36mm石英砂。
上述填料为石灰石矿粉(粒度范围是0.15mm的通过率不小于90％，0.075mm通过率不小于75％)。
上述水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
实施例4
水性环氧树脂乳化沥青的制备
乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂按质量比为100:15:8:1:3，选取乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂，备用。
在容器中先加入乳化沥青，用盐酸调节pH为6.5，边人工搅拌边加入水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂及稳定剂，持续人工搅拌3min至混合液均匀。再将高速剪切机定子置入混合液当中，调节好转速(500转/分钟)，开启开关进行剪切，大约35min，得到水性环氧树脂乳化沥青乳液(注：配制的乳液储存时间不要超过6h)。
高抗滑超薄磨耗表层材料的制备
将骨料、填料、水泥和水性环氧树脂乳化沥青质量比为100:10:6:20，选取骨料、填料、水泥和上述制备得到的水性环氧树脂乳化沥青，备用；
先将骨料和填料在容器中搅拌3min，添加水性环氧乳化沥青后再搅拌4min，最后加入水泥搅拌3min，得到高抗滑超薄磨耗表层材料。
高抗滑超薄磨耗表层材料的施工
清扫路面，采用撒布机将制备好的高抗滑超薄磨耗层铺筑于路面上，控制洒布量3～5kg/m2，撒布完成2h以后通车。
上述乳化沥青为阳离子慢裂乳化沥青。
上述水性环氧树脂为水性环氧树脂GEM03。
上述水性固化剂为水性固化剂GCA01。
上述乳化剂为BH-MM型乳化剂。
上述稳定剂为聚乙烯醇、纤维素、乙二醇。
上述水性环氧树脂乳化沥青的蒸发残留物的指标为：残留物含量65％，针入度(100g，25℃，5s)45，软化点75℃，5℃下的延度22.3cm。
上述骨料为1.18～2.36mm金刚砂。
上述填料为40目橡胶粉。
上述水泥为P.O32.5普通硅酸盐水泥。
实施例1至实施例4所制备得到的基于水性环氧改性的高抗滑超薄磨耗表层材料的各参数的性能测试参考以下标准，参数值见表1：
1、与路面粘结强度试验，通过测试层间抗剪强度及位移的夹具进行试验，试验温度控制25±0.5℃，原有路面为SMA-13级配形式。
2、构造深度采用公路路基路面现场测试规程测试，测点分为三处(共9点)，取平均值表达。
3、摆式摩擦系数采用公路路基路面现场测试规程测试，测点分为三处(共9点)，换算为20℃下测值，取平均值表达。
4、横向力摩擦系数采用公路路基路面现场测试规程测试，选取300m路段长度，以5m区间长度为间隔统计数据，换算为20℃下测值，最终以区间代表值表达。
表1
性能参数 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
粘结抗剪强度(MPa) 0.89 1.03 0.96 1.12
构造深度(mm) 1.12 1.04 1.21 1.18
摆式摩擦系数(BPN) 75 78 81 80
横向力摩擦系数 78.2 80.4 82.0 79.4
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种超薄磨耗的路面表层材料，其特征在于，所述材料包括：骨料、填料、水泥和水性环氧树脂乳化沥青；所述水性环氧树脂乳化沥青包括：乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂。
2.如权利要求1所述的超薄磨耗的路面表层材料，其特征在于，
所述骨料、填料、水泥和水性环氧树脂乳化沥青质量配比为100:4～10:2～6:10～20；
所述乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂质量配比为100:8～15:4～8:0.6～1.0:1～3。
3.如权利要求1所述的超薄磨耗的路面表层材料，其特征在于，
所述乳化沥青为阳离子中裂乳化沥青或阳离子慢裂乳化沥青；
所述骨料为金刚砂或石英砂；
所述填料为石灰石矿粉或橡胶粉；
所述水泥为P.O32.5或P.O42.5硅酸盐水泥；
所述稳定剂为聚乙烯醇、纤维素、乙二醇中的一种或多种。
4.一种超薄磨耗路面表层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
选取乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂；
将乳化沥青加入到容器中，用盐酸调节pH为5.0～6.5，加入水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂，混合并均匀；
将剪切机定子置入混合液中，以300-500转/min的转速对混合液进行剪切，得到水性环氧树脂乳化沥青乳液；
将骨料和填料置于容器中搅拌均匀后，添加水性环氧树脂乳化沥青乳液，使水性环氧树脂乳化沥青乳液与所述骨料和填料混合溶液混合均匀，得到均匀混合液；
在所述均匀混合液中加入水泥，得到路面超薄磨耗表层材料。
5.如权利要求4所述的超薄磨耗路面表层材料的制备方法，其特征在于，
所述骨料、填料、水泥和水性环氧树脂乳化沥青质量的配比为100:4～10:2～6:10～20；
所述乳化沥青、水性环氧树脂、水性固化剂、乳化剂和稳定剂质量的配比为100:8～15:4～8:0.6～1.0:1～3。
6.如权利要求4所述的超薄磨耗路面表层材料的制备方法，其特征在于，
所述乳化沥青为阳离子中裂乳化沥青或阳离子慢裂乳化沥青；
所述骨料为金刚砂或石英砂；
所述填料为石灰石矿粉或橡胶粉；
所述水泥为P.O32.5或P.O42.5硅酸盐水泥；
所述稳定剂为聚乙烯醇、纤维素、乙二醇中的一种或多种。
7.如权利要求4所述的超薄磨耗路面表层材料的制备方法，其特征在于，所述制备的路面表层材料为基于水性环氧改性的高抗滑超薄磨耗表层材料。
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