CN105084828A

CN105084828A - 水泥基彩色微表处及其施工方法

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Publication number: CN105084828A
Application number: CN201510574665.8A
Authority: CN
Inventors: 顾兴宇; 陆力文
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2035-09-10
Also published as: CN105084828B

Abstract

本发明公开了一种水泥基彩色微表处，属于道路工程技术领域。该微表处路面包括水泥基底层，所述水泥基底层包括质量配比为100：（150~170）：50：7：10的水泥、彩色石英砂、水、防水剂、颜料，体积掺量为0.1%的聚乙烯醇纤维，以及适量改性剂；所述适量改性剂为与所述水泥的质量比为（8～12）：100的水性环氧树脂以及与水性环氧树脂的质量比为1.3：1的固化剂，或者为与所述水的质量比为3：100的羟基纤维素，或者为与所述水泥的质量比为2.5：100的水性有机硅树脂；所述彩色石英砂的颜色与所述颜料的颜色为同一色系。本发明还公开了上述水泥基彩色微表处的施工方法。本发明具有更好的防水性及抗裂、耐磨性能，且色彩区分度高，颜色持久性强，易于施工。

Description

水泥基彩色微表处及其施工方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种水泥基彩色微表处及其施工方法。

背景技术

随着目前城市道路与公路的大规模建设，交通量的持续增加以及交通网络的错综复杂，普通的沥青混凝土或水泥混凝土单一的色调会给驾驶者和行人带来旅途的审美疲劳，不利于提高驾驶者的注意力和警惕性。同时，沥青路面和水泥路面在紫外线、雨水和荷载的持续作用下，容易产生裂缝、剥落、老化等病害，而雨水经过裂缝渗入地下会破坏路基结构，严重影响了路面的使用性能和行车的舒适安全性。

鉴于上述路面存在的这些问题，目前已出现了彩色微表处技术来对路面进行封层处理。彩色薄层路面可以通过颜色的区分诱导车流，使交通管理更加的直观化，在危险路段或交叉口设置醒目的颜色以提高驾驶员的识别效果，增加道路的通行能力和交通安全；同时作为路面罩面层，能有效预防和处理路面的早期病害，增加路面耐久性。现有的路面微表处技术多采用乳化沥青添加集料、填料和外加剂组成，但乳化沥青破乳时间受施工条件影响较大，且沥青容易在高温条件下受力变形，与集料的粘附作用受水损害而降低并逐渐剥离，对路面的防护作用并不能长久稳定的维持。彩色沥青路面虽然在国内外已有铺设案例，作为警示功能车道和观光道路使用，但颜料与沥青之间的粘附性和鲜艳度较差，且沥青需经脱色处理去除内含的黑色沥青质，对沥青混合料性能产生影响。作为微表处技术的彩色路面继承了已有彩色沥青路面的优点，可作为功能型车道和园林景观道，同时水泥基材料代替沥青材料能有效降低水损害和高温变形，对原有路面起到防水、耐磨、抗裂、抗车辙作用，在一定程度上延长了道路的使用寿命，且薄层喷涂施工方便，节省原料，水泥价格也低于沥青价格，降低了铺设成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种水泥基彩色微表处及其施工方法，具有更好的防水性及抗裂、耐磨性能，且色彩区分度高，颜色持久性强，易于施工。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

本发明的水泥基彩色微表处，包括水泥基底层，所述水泥基底层包括质量配比为100：(150～170)：50：7：10的水泥、彩色石英砂、水、防水剂、颜料，体积掺量为0.1％的聚乙烯醇纤维，以及适量改性剂；所述适量改性剂为与所述水泥的质量比为(8～12)：100的水性环氧树脂以及与水性环氧树脂的质量比为1.3：1的固化剂，或者为与所述水的质量比为3：100的羟基纤维素，或者为与所述水泥的质量比为2.5：100的水性有机硅树脂；所述彩色石英砂的颜色与所述颜料的颜色为同一色系。

为了进一步提高抗滑性能，所述水泥基彩色微表处还包括固着于水泥基底层之上的抗滑碎石层，抗滑碎石层由一层粒径3～5mm的花岗岩碎石构成，所述花岗岩碎石的颜色与所述颜料的颜色为同一色系。

优选地，所述颜料由相同颜色的无机颜料与有机颜料混合而成，其中有机颜料所占质量比为6％～10％，优选8％。

优选地，所述聚乙烯醇纤维的长度为3～6mm。

优选地，所述彩色石英砂为粒径为0.15～1.2mm的级配石英砂，其中，粒径为0.15～0.3mm的石英砂、粒径为0.3～0.6mm的石英砂、粒径为0.6～1.2mm的石英砂的级配质量比为20：35：45。

如上所述水泥基彩色微表处的施工方法，包括以下步骤：

步骤1、按配比称取相应的水泥、颜料、防水剂，先将水泥和颜料一起研磨，再加防水剂混合后倒入搅拌容器中；

步骤2、将所述改性剂和聚乙烯醇纤维分散于水中所形成的混合液倒入搅拌容器中继续搅拌成均匀粘稠性浆体；

步骤3、将彩色石英砂倒入搅拌容器中搅拌均匀，制成聚合物改性水泥砂浆；

步骤4、将步骤3所制得的聚合物改性水泥砂浆喷涂于路面表层；

步骤5、对喷涂后的路面进行养护，直至达到使用强度并趋于稳定。

进一步地，所述步骤4还包括：在喷涂后的路面表层加铺一层粒径3～5mm的同色系花岗岩碎石，作为抗滑碎石层。优选地，每m²路面加铺5～7kg的花岗岩碎石。

优选地，步骤4中聚合物改性水泥砂浆的喷涂量为6～8kg/m²。

相比现有的稀浆封层和彩色沥青路面，本发明具有以下有益效果：

①从色彩鲜艳度和耐久性来看，本发明采用彩色石英砂，颜色鲜艳，且不会褪色，与水泥，颜料等能均匀混合。在颜料选择方面，通过在无机颜料中掺加少量有机颜料的方法，增加无机颜料的着色力和鲜艳度。水泥粒度较小，颜色较浅，与颜料粒度相近，二者相容性较好，而沥青必须经过脱色处理且易老化，颜色耐久性差。

②从材料组成来看，本发明在水泥砂浆中添加了改性剂，能与水、水泥和集料有很好的相容性，，能在水泥的水化产物和集料之间形成交联结构，提高砂浆整体的柔韧性，减少水泥因收缩不均匀而变形开裂。所添加的聚乙烯醇纤维具有优良的弹性和延展性，能显著改善水泥砂浆的抗裂性，阻止裂缝进一步的扩大和发展。

③从耐水损害来看，沥青混合料孔隙率较大，且沥青与矿料之间的粘附性不足是导致沥青路面水损害的主要因素。当路面产生积水，积水通过裂缝或孔隙渗入沥青内部，在冻融、轮胎动荷载产生的动水压力和真空负压抽吸的反复作用下，沥青膜就会逐渐从矿料表面剥离，最终导致沥青路面结构整体性破坏。对水泥基材料而言，水泥的水化产物包裹在集料表面能阻止水分进入水泥内部，而树脂固化后，能在水泥水化产物和集料之间形成交联结构，增加了两者之间的粘附性。防水剂能进一步增加材料的整体抗渗压力，喷涂在路面上之后在路表形成一层防水层，提高了原路面的耐水损害性。

④从抗高温变形来看，水泥砂浆硬度高于沥青混合料，且属于刚性材料，高温下不易发生变形，可减少车辙的产生。

⑤从功能性和使用寿命来看，采用本发明微表处作为路面封层，同时兼具彩色路面和预防养护性封层的功能，通过对水泥材料的聚合物改性来提高水泥基材料的综合性能，这在一定程度上延长了原路面和材料自身的使用寿命。

⑥从施工便捷性和易修复性来看，本发明施工皆在常温下进行，且材料流动性较好，可采用砂浆喷涂机进行快速喷涂。材料配比及施工简单，易操作，可修复性高。

附图说明

图1为本发明水泥基彩色微表处一个优选实施例的结构示意图，从上至下依次为抗滑碎石层、水泥基底层和原路面表层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

图1显示了本发明水泥基彩色微表处一个优选实施例的结构示意图，如图所示，在路面表层上喷涂有水泥基底层，该水泥基底层包括质量配比为100：(150～170)：50：7：10的水泥、彩色石英砂、水、防水剂、颜料，体积掺量为0.1％的聚乙烯醇纤维，以及适量改性剂；所述适量改性剂为与所述水泥的质量比为(8～12)：100的水性环氧树脂以及与水性环氧树脂的质量比为1.3：1的固化剂，或者为与所述水的质量比为3：100的羟基纤维素，或者为与所述水泥的质量比为2.5：100的水性有机硅树脂；所述彩色石英砂的颜色与所述颜料的颜色为同一色系。该水泥基底层的主要功能为防护层，在修复车辙的同时对原路面进行表面养护，使路面性能在较长时间内维持稳定。在抗滑性能要求不很高的情况下，该水泥基底层即可作为本发明的水泥基彩色微表处。

为了增加构造深度和抗磨耗，本实施例中的水泥基底层之上还设置有抗滑碎石层，抗滑碎石层由一层粒径3～5mm的花岗岩碎石构成，所述花岗岩碎石的颜色与所述颜料的颜色为同一色系。

为了增加颜料的着色力和鲜艳度，本实施例中所使用的颜料由相同颜色的无机颜料与有机颜料混合而成，其中有机颜料所占质量比为6％～10％，优选8％。以下为几种常用颜色的颜料配比，红色：氧化铁红9.2份，硫靛红0.8份；蓝色：群青蓝9.2份，酞菁蓝0.8份；绿色：氧化铁绿9.2份，酞菁绿0.8份；其他颜色类似采用9.2份无机颜料和0.8份有机颜料混合使用。

聚乙烯醇纤维的长度优选为3～6mm。

上述水泥基彩色微表处的施工方法包括以下步骤：

步骤4、将步骤3所制得的聚合物改性水泥砂浆喷涂于路面表层；并在喷涂后的路面表层加铺一层粒径3～5mm的同色系花岗岩碎石，作为抗滑碎石层；

本发明水泥基彩色微表处不仅具有鲜明的颜色区分度，同时还要求满足路面微表处的预防性养护要求和路用性能。作为彩色路面，要保证颜色的鲜艳性和耐久性并符合相关的力学强度指标，作为路面微表处材料，则要具有防水性、抗裂性、耐磨性和抗滑性等要求。为此，按照《聚合物改性水泥砂浆试验规程》(DL/T5126-2001)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)规定的试验方法，进行了砂浆抗折强度和抗压强度试验、砂浆抗渗性试验、砂浆抗裂性试验、稀浆混合料湿轮磨耗试验(T0752-2011)、表面构造深度试验(T0731-2000)、剪切试验，分别测量彩色路面微表处薄层材料的抗折和抗压强度(MPa)，抗渗压力(MPa)，24h裂缝条数、磨耗值(WTAT)、构造深度(TD)、层间抗剪强度。通过与常规稀浆封层做对比，本发明所用材料的耐水损害、抗裂性、耐磨性和施工便捷性均优于稀浆封层，说明本发明可以作为路面磨耗层，用于新建路面和旧路面的改建。

为了便于公众理解，下面分别以三个具体实施例来对本法发明技术方案进行进一步详细说明。

实施例一：

水泥基底层的材料组成：水泥100份，红色石英砂150份，水50份，水性有机硅树脂2.5份，3mm聚乙烯醇纤维体积掺量0.1％，防水剂7份，氧化铁红9.2份，硫靛红0.8份。

砂浆制备过程：

①称取水泥100份、氧化铁红粉末9.2份，硫靛红粉末0.8份，放入研磨机中研磨1小时左右取出，加入防水剂7份混合均匀；

防水剂型号为ZL205，由深圳市晋元建筑科技开发有限公司提供，防水剂可有效提高水泥砂浆的抗渗防水性能，提高其耐久性，且为粉剂，可与水泥混合使用，利于施工。

②用量筒量取水50份，称取水性有机硅树脂2.5份，每2kg砂浆中掺加聚乙烯醇纤维0.3g，(3mm聚乙烯醇纤维体积掺量为0.1％，聚乙烯醇纤维的密度为0.2-0.48g/cm³,2kg砂浆的体积约为1L，因此每2kg砂浆聚乙烯醇纤维的掺加量约为0.2g-0.48g。)将水、水性有机硅树脂混合成均匀分散液，聚乙烯醇纤维均匀撒在①中水泥混合料中。

③将水泥混合料和②中混合液倒入搅拌锅中搅拌2-3分钟，使颜色均匀，纤维分散在胶浆中，没有团聚现象。

④将150份级配红色石英砂倒入搅拌锅中继续搅拌3分钟左右，制成红色水泥基砂浆。

本发明所用石英砂规格为0.15～1.2mm，其中粒径为0.15～0.3mm的石英砂、粒径为0.3～0.6mm的石英砂、粒径为0.6～1.2mm的石英砂的级配质量比为20：35：45，细度模数为2.1。此石英砂为人工彩砂，彩砂颜色经由化学键烧结于石英砂上，色彩牢固不易褪色，并进行筛分处理和粒度配比，优化粒度级配，增大堆积密度，使配置的砂浆流动性好，不容易泌水和离析，强度高，性能稳定。

施工过程：

①选取一现有路段作为摊铺段，对路面进行清扫，对于车辙或破损严重的路段，应事先进行车辙填补或预处理；

②将路面润湿，但不要有积水。将制备好的红色水泥基砂浆装入砂浆喷涂机中，控制好喷涂速度，按每平方米7kg的用量均匀喷涂在路面表层，形成3-4mm的均匀薄层。同时将红色花岗岩碎石按每平方米约6kg的用量均匀摊铺在薄层表面，待固化后清除掉多余碎石。

③喷水养护至达到早期强度后开放交通，开放交通后继续喷水养护使其后期强度进一步提高。

本实施例中所用水性有机硅树脂能在水的作用下发生缩聚反应而固化，在水泥的水化产物和石英砂之间形成交联结构，增加机械强度。水性有机硅树脂为低分子量树脂，渗透力强，固化后强度分布均匀，且水泥的水化产物和石英砂皆为含硅化合物，因此与有机硅树脂具有很好的相容性。其他树脂大多为高分子类聚合物，固化后强度分布不均匀，且成膜固化及养护需在水分减少的干燥过程中进行，因此将其他水性树脂加入水泥砂浆中不利于水泥成型后养护，使水泥自身力学强度有所损失。水性有机硅树脂的固化和水泥的水化作用都是在水的作用下进行，二者的化学反应条件具有协同性，可采用水养法，使水泥自身强度和树脂固化强度同时得到提高。此水性有机硅树脂型号为SAP-5，由常州市格佳化工有限公司提供。

根据《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行了相关测试，所得性能指标如表1所示：

表1

试验项目	测试结果	表征特性
			流动度(跳桌实验)	>180mm	工作性
抗压强度(28d)	>40MPa	力学性能
			抗折强度(28d)	>10MPa	力学性能
24h后裂缝条数(抗裂试验)	无	抗裂性
			抗渗压力(7d)	1.1MPa	抗渗性

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行了湿轮磨耗试验，表面构造深度试验和剪切试验，分别测得1h水浴磨耗值(WTAT)为238g/m²、构造深度(TD)0.92mm、层间抗剪强度1.56MPa。根据《微表处和稀浆封层技术指南》中所述要求，湿轮磨耗损失浸水1h不大于540g/m²,构造深度不小于0.45mm，所测结果皆能满足技术指标，因此可作为路面微表处材料。

实施例二：

水泥基底层的材料组成：水泥100份，红色石英砂160份，水50份，水性环氧树脂10份，相应的固化剂13份，6mm聚乙烯醇纤维体积掺量0.1％，防水剂7份，氧化铁红9.2份，硫靛红0.8份。

砂浆制备过程：

②用量筒量取水50份，称取水性环氧树脂10份，相应的固化剂13份(水性环氧树脂及固化剂由上海汉中化工有限公司提供)，每2kg砂浆中掺加聚乙烯醇纤维0.3g，(6mm聚乙烯醇纤维体积掺量为0.1％，聚乙烯醇纤维的密度为0.2-0.48g/cm³,2kg砂浆的体积约为1L，因此每2kg砂浆聚乙烯醇纤维的掺加量约为0.2g-0.48g。)将水、水性环氧树脂和固化剂混合成均匀分散液，聚乙烯醇纤维均匀撒在①中水泥混合料中。

③将①中混合料和②中混合液倒入搅拌锅中搅拌2-3分钟，使颜色均匀，纤维分散在胶浆中，没有团聚现象。

④将160份级配红色石英砂倒入搅拌锅中继续搅拌3分钟左右，制成红色水泥基砂浆。

施工过程：

③自然状态下养护至达到早期强度后开放交通。根据《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行了相关测试，所得性能指标如表2所示：

表2

试验项目	测试结果	表征特性
			流动度(跳桌实验)	>200mm	工作性
抗压强度(28d)	>40MPa	力学性能
			抗折强度(28d)	>10MPa	力学性能
24h后裂缝条数(抗裂试验)	无	抗裂性

抗渗压力(7d)

1.1MPa

抗渗性

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行了湿轮磨耗试验，表面构造深度试验和剪切试验，分别测得1h水浴磨耗值(WTAT)为24g/m²、构造深度(TD)0.90mm、层间抗剪强度1.64MPa。根据《微表处和稀浆封层技术指南》中所述要求，湿轮磨耗损失浸水1h不大于540g/m²,构造深度不小于0.45mm，所测结果皆能满足技术指标，因此可作为路面微表处材料。

实施例三：

水泥基底层的材料组成：水泥100份，红色石英砂170份，水50份，羟基纤维素3份，3mm聚乙烯醇纤维体积掺量0.1％，防水剂7份，氧化铁红9.2份，硫靛红0.8份。

砂浆制备过程：

②用量筒量取水50份，称取羟基纤维素3份，每2kg砂浆中掺加聚乙烯醇纤维0.3g，(3mm聚乙烯醇纤维体积掺量为0.1％，聚乙烯醇纤维的密度为0.2-0.48g/cm³,2kg砂浆的体积约为1L，因此每2kg砂浆聚乙烯醇纤维的掺加量约为0.2g-0.48g。)将水、羟基纤维素加热至80℃以上持续搅拌成均匀分散液，聚乙烯醇纤维均匀撒在①中水泥混合料中。

④将170份级配红色石英砂倒入搅拌锅中继续搅拌3分钟左右，制成红色水泥基砂浆。

施工过程：

③适量喷水养护至达到早期强度后开放交通。根据《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行了相关测试，所得性能指标如表3所示：

表3

试验项目	测试结果	表征特性
			流动度(跳桌实验)	160mm	工作性
抗压强度(28d)	>30MPa	力学性能
			抗折强度(28d)	>8MPa	力学性能
24h后裂缝条数(抗裂试验)	无	抗裂性
			抗渗压力(7d)	1.0MPa	抗渗性

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行了湿轮磨耗试验，表面构造深度试验和剪切试验，分别测得1h水浴磨耗值(WTAT)为257g/m²、构造深度(TD)0.88mm、层间抗剪强度1.63MPa。根据《微表处和稀浆封层技术指南》中所述要求，湿轮磨耗损失浸水1h不大于540g/m²,构造深度不小于0.45mm，所测结果皆能满足技术指标，因此可作为路面微表处材料。

Claims

1.水泥基彩色微表处，其特征在于，包括水泥基底层，所述水泥基底层包括质量配比为100：（150~170）：50：7：10的水泥、彩色石英砂、水、防水剂、颜料，体积掺量为0.1%的聚乙烯醇纤维，以及适量改性剂；所述适量改性剂为与所述水泥的质量比为（8～12）：100的水性环氧树脂以及与水性环氧树脂的质量比为1.3：1的固化剂，或者为与所述水的质量比为3：100的羟基纤维素，或者为与所述水泥的质量比为2.5：100的水性有机硅树脂；所述彩色石英砂的颜色与所述颜料的颜色为同一色系。

2.如权利要求1所述水泥基彩色微表处，其特征在于，还包括固着于水泥基底层之上的抗滑碎石层，抗滑碎石层由一层粒径3～5mm的花岗岩碎石构成，所述花岗岩碎石的颜色与所述颜料的颜色为同一色系。

3.如权利要求1或2所述水泥基彩色微表处，其特征在于，所述颜料由相同颜色的无机颜料与有机颜料混合而成，其中有机颜料所占质量比为6%～10%。

4.如权利要求3所述水泥基彩色微表处，其特征在于，有机颜料所占质量比为8%。

5.如权利要求1或2所述水泥基彩色微表处，其特征在于，所述聚乙烯醇纤维的长度为3~6mm。

6.如权利要求1或2所述水泥基彩色微表处，其特征在于，所述彩色石英砂为粒径为0.15~1.2mm的级配石英砂，其中，粒径为0.15～0.3mm的石英砂、粒径为0.3～0.6mm的石英砂、粒径为0.6～1.2mm的石英砂的级配质量比为20：35：45。

7.如权利要求1所述水泥基彩色微表处的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述施工方法，其特征在于，所述步骤4还包括：在喷涂后的路面表层加铺一层粒径3～5mm的同色系花岗岩碎石，作为抗滑碎石层。

9.如权利要求8所述施工方法，其特征在于，每m²路面加铺5～7kg的花岗岩碎石。

10.如权利要求7所述施工方法，其特征在于，步骤4中聚合物改性水泥砂浆的喷涂量为6～8kg/m²。