CN104927759A - 一种界面粘结材料和基于该材料的白改黑加铺结构及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种界面粘结材料和基于该材料的白改黑加铺结构及其施工工艺，其中界面粘结材料按质量份数计，包括以下组份：干粉20～60份；改性乳化沥青100份、硅橡胶乳液20～40份和聚氨酯改性环氧树脂材料10～30份；具有优异的粘结性、防水性以及极限变形能力，弹性模量适中，能够将沥青混凝土层和水泥混凝土层牢固粘结成一整体受力的复合路面结构，在沥青混凝土层受到水平推力作用时，界面粘结层的随同变形会消耗一部分能量，避免沥青混凝土层发生过度的相对滑移而导致剥离，同时，界面粘结层的弹性模量适中，介于沥青混凝土层和水泥混凝土层之间，在两层间能起到过渡作用，可均匀传递行车荷载所产生的应力，有效解决应力集中现象。

Description

一种界面粘结材料和基于该材料的白改黑加铺结构及其施工工艺

【技术领域】

本发明属于道路加铺改造领域，具体涉及一种界面粘结材料和基于该材料的白改黑加铺结构及其施工工艺。

【背景技术】

水泥混凝土路面由于强度高、稳定性好、耐久性强、养护费用低等特点而被广泛应用，2014年，在我国已铺装的路面当中，沥青混凝土路面所占公路总里程的比重为19％，水泥混凝土占比为38％，至今仍是我国公路的主要路面组成结构。然而由于车辆流量大、重载超载现象普遍存在，加之水泥混凝土脆性大、易收缩开裂等性能，造成水泥混凝土路面出现裂缝、唧泥、孔洞和错台等病害，严重影响水泥混凝土路面的使用寿命和行车舒适性、安全性。针对水泥混凝土路面日益突显的问题，采用在水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土层的方式(俗称“白改黑”)得到广泛应用，其施工简单，可有效改善水泥混凝土路面的使用性能，延长使用寿命。

加铺沥青混凝土层的水泥混凝土路面涉及刚性、柔性两种路面结构形式，水泥混凝土和沥青混凝土具有不同的弹性模量、线膨胀系数、泊松比等材料性能，当温度发生变化时，由于材料性能的差异，沥青混凝土层和旧水泥混凝土层之间的界面容易产生拉应力，当层间粘结力较低且小于拉应力的时候，两层间即会发生相对滑移，甚至导致沥青混凝土层从水泥混凝土层脱离，造成路面由原来整体受力变成两薄层受力，路面的路用性能变差，难以保持良好的工作状态；此外，由于旧水泥混凝土路面存在接缝，使得沥青混凝土层在这些位置上极易出现反射裂缝，路面积水则会通过裂缝渗入到层间，当层间界面防水性能差时，水分会进一步侵入到基层，在车辆荷载作用下，不仅会冲刷基层，产生唧浆破坏，而且还会湿软地基，使得路面的承载能力下降。

在汽车起动、急刹车或者行驶在有坡度的路上时，车轮对沥青混凝土层的水平推力较大，容易使沥青面层产生水平方向的滑动位移，而水泥混凝土路面作为刚性结构，不能同步产生滑动位移，无法和沥青面层作为一个整体性结构来抵抗水平推力，造成沥青面层单层超负荷受力，最终导致加铺后路面再次产生推移、松散和拥抱等病害。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种粘结性能好、能够整体受力，避免粘结后层间相对滑移的界面粘结材料和基于该材料的白改黑加铺结构及其施工工艺。

针对以上问题，本发明界面粘结材料采用的技术方案是：

按质量份数计，包括以下组份：干粉20～60份；改性乳化沥青100份、硅橡胶乳液20～40份和聚氨酯改性环氧树脂材料10～30份。

进一步地，所述的干粉按质量份计，包括以下原料：水泥100份，膨胀剂20～30份，破乳剂1.0～1.5份和消泡剂1.0～2.0份。

进一步地，所述的水泥为普通硅酸盐水泥和快硬硫酸盐水泥按质量比为3:1混合均匀所得；所述的膨胀剂为HEA膨胀剂、AEA膨胀剂或HEA膨胀剂和AEA膨胀剂按质量比为1:1形成的混合膨胀剂；所述的破乳剂为AR型破乳剂、SP型破乳剂或AE型破乳剂；所述的消泡剂为聚硅氧烷消泡剂或GP型消泡剂。

进一步地，所述的改性乳化沥青为SBS高聚物改性乳化沥青。

进一步地，所述的硅橡胶乳液是一种交联型的柔性防水乳液。

进一步地，所述的聚氨酯改性环氧树脂材料是E-42型聚氨酯改性环氧树脂材料。

本发明基于界面粘结材料的白改黑加铺结构的技术方案是：

包括水泥混凝土层，以及在水泥混凝土层上设置的沥青混凝土层，水泥混凝土层和沥青混凝土层之间设置有由界面粘结材料摊铺形成的界面粘结层，其中，所述的界面粘结层的弹性模量介于沥青混凝土层和水泥混凝土层之间。

进一步地，所述水泥混凝土层的上表面为凹凸状，其中的凹处填充有与界面粘结层相同的粘结材料，形成过渡层。

本发明白改黑加铺结构的施工工艺的技术方案是：

包括以下步骤：

1)首先检查水泥混凝土层的路面，进行清理；

2)对清理后的水泥混凝土层的路面进行拉毛处理；

3)按质量份数取界面粘结材料的各组份进行拌合，然后摊铺在水泥混凝土层的路面上，在水泥混凝土层上依次形成过渡层和界面粘结层，并在界面粘结层的上表面同步摊铺碾压沥青混凝土，形成沥青混凝土层，完成加铺结构的施工。

进一步地，所述的步骤3)中，拌合过程为：首先将干粉和改性乳化沥青倒入搅拌机中搅拌均匀，然后再加入聚氨酯改性环氧树脂材料和硅橡胶乳液继续搅拌直至混合均匀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明界面粘结材料包括干粉、改性乳化沥青、硅橡胶乳液和聚氨酯改性环氧树脂材料，具有优异的粘结性、防水性以及极限变形能力，常用的C40型水泥混凝土弹性模量为32500MPa，沥青混合料弹性模量为800～1600MPa，而本发明界面粘结材料弹性模量为4000～6000MPa，弹性模量适中，介于水泥混凝土和沥青混合料之间；粘结强度浸水处理后仍能达到1.57MPa，拉伸强度浸水处理保持率可达97.62％，能够应用于白改黑结构中，起到随同变形作用，有效防止沥青混凝土层和水泥混凝土层过度滑移而剥离。

本发明通过采用界面粘结材料摊铺形成界面粘结层，粘结性和变形能力强，能够将沥青混凝土层和水泥混凝土层牢固粘结成一整体受力的复合路面结构，可以使沥青混凝土层在受到水平推力作用时能够通过界面粘结层的随同变形来消耗一部分能量，降低水平力对沥青混凝土层的影响，有效避免沥青混凝土层发生过度的相对滑移而导致剥离，同时，界面粘结层的弹性模量适中，介于沥青混凝土层和水泥混凝土层之间，在两层间能起到过渡作用，可均匀传递行车荷载所产生的应力，有效解决应力集中现象，且避免刚性水泥混凝土层与柔性沥青混凝土层直接接触时由于粘结力不足、弹性模量及泊松比不同等原因产生推移、开裂等病害。

进一步，本发明通过设置过渡层，增加水泥混凝土和界面粘结材料的接触面积，能够有效提高水泥混凝土层和界面粘结层之间的粘结力，避免剥离。

本发明的加铺结构施工中通过将水泥混凝土层上表面拉毛处理，增大与界面粘结材料的接触面积，增大粘结力；再通过在由界面粘结材料形成的界面粘结层上同步摊铺沥青混凝土，形成白改黑的加铺结构，工艺简单；所用界面粘结材料可冷拌冷铺，无需加热，节约能源，施工条件不受温度和潮湿环境影响，特别是应用在多雨地区时，能够有效降低雨水对本发明结构的侵蚀。

【附图说明】

图1是本发明的结构示意图。

其中，1-沥青混凝土层；2-界面粘结层；3-过渡层；4-水泥混凝土层。

【具体实施方式】

以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明中的界面粘结材料，按质量份数计，包括以下组份：干粉20～60份；改性乳化沥青100份、硅橡胶乳液20～40份和聚氨酯改性环氧树脂材料10～30份。

干粉按质量份计，包括以下原料：水泥100份；膨胀剂20～30份；破乳剂1.0～1.5份；消泡剂1.0～2.0份。水泥为普通硅酸盐水泥和快硬硫酸盐水泥按质量比为3:1混合均匀所得的复合水泥；膨胀剂为HEA膨胀剂、AEA膨胀剂或HEA膨胀剂和AEA膨胀剂按质量比为1:1的混合物；破乳剂为AR型破乳剂、SP型破乳剂或AE型破乳剂；消泡剂为聚硅氧烷消泡剂或GP型消泡剂。

改性乳化沥青为SBS高聚物改性乳化沥青；硅橡胶乳液是一种交联型的柔性防水乳液；聚氨酯改性环氧树脂材料是E-42型聚氨酯改性环氧树脂材料。

本发明中的界面粘结材料包括干粉、改性乳化沥青、硅橡胶乳液和聚氨酯改性环氧树脂材料，具有优异的粘结性、防水性以及极限变形能力，弹性模量适中，介于水泥混凝土和沥青混合料之间。

通过使用上述界面粘结材料，形成本发明的白改黑加铺结构，包括从下往上依次设置的水泥混凝土层4、过渡层3、界面粘结层2和沥青混凝土层1；其中，水泥混凝土层4是旧路面，如常用的C40型水泥混凝土，界面粘结层2是由界面粘结材料在水泥混凝土层4上摊铺形成的，沥青混凝土层1所用材料为AC-16型沥青混凝土。具体的施工工艺包括以下步骤：

1)首先检查水泥混凝土层4的路面破坏情况，对旧路面出现的病害应及时修补，清除路面杂物，摊铺界面粘结材料前旧路面应保持干净；

2)对清理后的水泥混凝土层4的路面进行拉毛处理，使其上表面形成凹凸状；

3)按质量份数，取干粉和改性乳化沥青倒入搅拌机中搅拌均匀，一般将搅拌器的搅拌时间设定为60s，然后加入聚氨酯改性环氧树脂材料和硅橡胶乳液继续搅拌，直至混合均匀，一般设置搅拌时间为90s，进行现场拌合界面粘结材料，然后将该界面粘结材料摊铺在水泥混凝土层4的路面上，则水泥混凝土层4的上表面凹处填充界面粘结材料，水泥混凝土和界面粘结材料交错形成过渡层3，在过渡层3上方形成界面粘结层2，界面粘结层2的厚度在5cm以下，可根据情况再调整，本发明中优选控制在1～2cm，过渡层3的厚度远小于界面粘结层2的厚度；在摊铺界面粘结材料形成界面粘结层2时，即可同时在界面粘结层2的上表面同步摊铺碾压沥青混凝土，形成沥青混凝土层1，控制沥青混凝土层1的厚度为5～10cm，空隙率为4～6％。

本发明中过渡层3能够有效增加粘结力；通过在水泥混凝土层4的上方设置沥青混凝土层1作为加铺层，并在两者之间设置具有优异粘结性、防水性及极限变形能力的界面粘结层2，界面粘结层2的厚度控制在1～2cm，界面粘结层2将水泥混凝土层4和沥青混凝土层1牢固粘结成一整体受力的复合路面结构；界面粘结层2优异的粘结性、变形能力可以使沥青混凝土层1在受到水平推力作用时能够通过界面粘结层2的随同变形来消耗一部分能量，降低水平力对沥青混凝土层1的影响，避免沥青混凝土层1发生过度的相对滑移而导致剥离，同时，所用界面粘结层2模量适中，介于沥青混凝土层1和水泥混凝土层4之间，在沥青混凝土层1和水泥混凝土层4之间能起到过渡作用，避免刚性水泥混凝土层与柔性沥青混凝土层直接接触时由于粘结力不足、弹性模量及泊松比不同等原因产生推移、开裂等病害，且可均匀传递行车荷载所产生的应力，有效解决接缝处产生的应力集中现象；本发明的界面粘结层2防水性强，能够防止水分的侵蚀，提高加铺结构的抗水损害能力。

本发明的复合路面结构施工工艺简单，所用界面粘结材料可冷拌冷铺，无需加热，节约能源，施工条件不受温度和潮湿环境影响，特别是应用在多雨地区时，能够有效降低雨水对新型复合路面结构的侵蚀。

以下结合具体实施例对本发明做详细说明。

实施例1

检查水泥混凝土层4的路面破坏情况，修补旧路面出现的病害，清除路面杂物，保持干净；对水泥混凝土层4的路面进行拉毛处理；现场拌合界面粘结材料，界面粘结材料配比如下：干粉20份，改性乳化沥青100份，硅橡胶乳液20份，聚氨酯改性环氧树脂材料10份，其中，干粉由以下质量份的材料混合搅拌而成：复合水泥100份，AEA膨胀剂20份，SP型破乳剂1.0份，聚硅氧烷消泡剂1.0份；现场将干粉、改性乳化沥青倒入搅拌机中搅拌60s，然后加入聚氨酯改性环氧树脂材料和硅橡胶乳液继续搅拌90s即可；将拌和好的界面粘结材料摊铺于水泥混凝土层4的路面上，摊铺厚度控制在1cm，在摊铺界面粘结材料形成过渡层3和界面粘结层2时，即可在其上面同步摊铺碾压5cm的AC-16沥青混凝土层1；之后再开挖明沟等方式以解决路面排水问题。

实施例2

检查水泥混凝土层4的路面破坏情况，修补旧路面出现的病害，清除路面杂物，保持干净；对水泥混凝土层4的路面进行拉毛处理；现场拌合界面粘结材料，界面粘结材料配比如下：干粉35份，改性乳化沥青100份，硅橡胶乳液30份，聚氨酯改性环氧树脂材料20份，其中，干粉由以下质量份的材料混合搅拌而成：复合水泥100份，HEA膨胀剂25份，AR型破乳剂1.3份，聚硅氧烷消泡剂1.5份；现场将干粉、改性乳化沥青倒入搅拌机中搅拌60s，然后加入聚氨酯改性环氧树脂材料和硅橡胶乳液继续搅拌90s即可；将拌和好的界面粘结材料摊铺于水泥混凝土层4的路面上，摊铺厚度控制在1.5cm，在摊铺界面粘结材料形成过渡层3和界面粘结层2时，即可在其上面同步摊铺碾压5cm的AC-16沥青混凝土层1；之后再开挖明沟以解决路面排水问题。

实施例3

检查水泥混凝土层4的路面破坏情况，修补旧路面出现的病害，清除路面杂物，保持干净；对水泥混凝土层4的路面进行拉毛处理；现场拌合界面粘结材料，界面粘结材料配比如下：干粉50份，改性乳化沥青100份，硅橡胶乳液40份，聚氨酯改性环氧树脂材料30份，其中，干粉由以下质量份的材料混合搅拌而成：复合水泥100份，HEA膨胀剂30份，AE型破乳剂1.5份，GP型消泡剂2.0份；现场将干粉、改性乳化沥青倒入搅拌机中搅拌60s，然后加入聚氨酯改性环氧树脂材料和硅橡胶乳液继续搅拌90s即可；将拌和好的界面粘结材料摊铺于水泥混凝土层4的路面上，摊铺厚度控制在2cm，在摊铺界面粘结材料形成过渡层3和界面粘结层2时，即可在其上面同步摊铺碾压10cm的AC-16沥青混凝土层1；之后再开挖明沟以解决路面排水问题。

室内依据GB/T23445-2009《聚合物水泥防水涂料》对以上三个实施例所制得的界面粘结材料性能进行测试，测试结果如表1：

表1性能测试结果

由测试结果可知，实施例2制得的界面材料性能最优，其既有良好的粘结性能、变形性能，又有较好的防水性能，在车辆多次荷载作用后，界面粘结层2能够消耗部分能量并能恢复原有的状态，避免沥青混凝土层1薄层受力，使本发明形成整体受力的新型复合路面结构。本发明界面粘结材料弹性模量为4000～6000MPa，而常用的C40型水泥混凝土弹性模量为32500MPa，沥青混合料弹性模量为800～1600MPa，所以，本发明中的界面粘结材料弹性模量介于水泥混凝土和沥青混合料之间，弹性模量适中，有效解决应力集中现象。

实施例4

检查水泥混凝土层4的路面破坏情况，修补旧路面出现的病害，清除路面杂物，保持干净；对水泥混凝土层4的路面进行拉毛处理；现场拌合界面粘结材料，界面粘结材料配比如下：干粉60份，改性乳化沥青100份，硅橡胶乳液25份，聚氨酯改性环氧树脂材料25份，其中，干粉由以下质量份的材料混合搅拌而成：复合水泥100份，HEA膨胀剂和AEA膨胀剂按质量比为1:1形成的混合膨胀剂28份，AR型破乳剂1.2份，聚硅氧烷消泡剂1.6份；现场将干粉、改性乳化沥青倒入搅拌机中搅拌60s，然后加入聚氨酯改性环氧树脂材料和硅橡胶乳液继续搅拌90s即可；将拌和好的界面粘结材料摊铺于水泥混凝土层4的路面上，摊铺厚度控制在5cm，在摊铺界面粘结材料形成过渡层3和界面粘结层2时，即可在其上面同步摊铺碾压8cm的AC-16沥青混凝土层1；之后再开挖明沟以解决路面排水问题。

Claims (10)

1.一种界面粘结材料，其特征在于：按质量份数计，包括以下组份：干粉20～60份；改性乳化沥青100份、硅橡胶乳液20～40份和聚氨酯改性环氧树脂材料10～30份。

2.根据权利要求1所述的一种界面粘结材料，其特征在于：所述的干粉按质量份计，包括以下原料：水泥100份，膨胀剂20～30份，破乳剂1.0～1.5份和消泡剂1.0～2.0份。

3.根据权利要求2所述的一种界面粘结材料，其特征在于：所述的水泥为普通硅酸盐水泥和快硬硫酸盐水泥按质量比为3:1混合均匀所得；所述的膨胀剂为HEA膨胀剂、AEA膨胀剂或HEA膨胀剂和AEA膨胀剂按质量比为1:1形成的混合膨胀剂；所述的破乳剂为AR型破乳剂、SP型破乳剂或AE型破乳剂；所述的消泡剂为聚硅氧烷消泡剂或GP型消泡剂。

4.根据权利要求1所述的一种界面粘结材料，其特征在于：所述的改性乳化沥青为SBS高聚物改性乳化沥青。

5.根据权利要求1所述的一种界面粘结材料，其特征在于：所述的硅橡胶乳液是一种交联型的柔性防水乳液。

6.根据权利要求1所述的一种界面粘结材料，其特征在于：所述的聚氨酯改性环氧树脂材料是E-42型聚氨酯改性环氧树脂材料。

7.一种基于权利要求1所述界面粘结材料进行的白改黑加铺结构，其特征在于：包括水泥混凝土层(4)，以及在水泥混凝土层(4)上设置的沥青混凝土层(1)，水泥混凝土层(4)和沥青混凝土层(1)之间设置有由界面粘结材料摊铺形成的界面粘结层(2)，其中，所述的界面粘结层(2)的弹性模量介于沥青混凝土层(1)和水泥混凝土层(4)之间。

8.根据权利要求7所述的一种白改黑加铺结构，其特征在于：所述水泥混凝土层(4)的上表面为凹凸状，其中的凹处填充有与界面粘结层(2)相同的粘结材料，形成过渡层(3)。

9.一种基于权利要求1所述界面粘结材料进行的白改黑加铺结构的施工工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1)首先检查水泥混凝土层(4)的路面，进行清理；

2)对清理后的水泥混凝土层(4)的路面进行拉毛处理；

3)按质量份数取界面粘结材料的各组份进行拌合，然后摊铺在水泥混凝土层(4)的路面上，在水泥混凝土层(4)上依次形成过渡层(3)和界面粘结层(2)，并在界面粘结层(2)的上表面同步摊铺碾压沥青混凝土，形成沥青混凝土层(1)，完成加铺结构的施工。

10.根据权利要求9所述的一种白改黑加铺结构的施工工艺，其特征在于：所述的步骤3)中，拌合过程为：首先将干粉和改性乳化沥青倒入搅拌机中搅拌均匀，然后再加入聚氨酯改性环氧树脂材料和硅橡胶乳液继续搅拌直至混合均匀。