CN105777000A - 一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆及其制备、应用方法 - Google Patents

一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆及其制备、应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆，其原料包括水泥、砂、水、固化剂、环氧树脂水溶性乳液，各原料按质量百分比计为水泥4‑8％、砂75‑85％、水4‑6％、固化剂0.3‑0.8％、环氧树脂水溶性乳液6‑10％。本发明制备的超薄抗滑磨耗层可以快速用于沥青路面、水泥路面和桥面的特殊路段，增加路面的抗滑性能，提高交通安全性。

Description

一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆及其制备、应用方法
技术领域
本发明涉及一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆及其制备、应用方法，属于建筑工程领域。
背景技术
为了经济快捷地延长沥青和水泥路面的使用寿命，在近期没有改扩建计划的高速路段，常使用路面薄层加铺处理技术。路面超薄抗滑磨耗层泛指层厚较薄的加铺层。路面超薄抗滑磨耗层加铺技术，是一种行之有效，快速修复路面路用功能性、显著提升抗滑性能的处治方法。同时，路面磨耗层加铺技术不仅是一种经济适用的路面修补技术，也可用于新建的路面表面的抗滑磨耗层，从而提高路面行车安全。
从施工工艺角度来区分，目前国内外常用的超薄抗滑磨耗层可以分为两种：一种是根据路面病害破坏程度先洒铺粘层油(如乳化沥青等)，后铺砂的一种薄层铺筑工艺，这种加铺薄层厚度为0.5厘米到1厘米之间；另一种是加铺细级配沥青混合料薄层，多用于病害较为严重的区域(如填补车辙、坑槽等)，加铺薄层厚度通常为1厘米至4厘米。这类加铺方法，施工时间较长，对交通顺畅影响大。因此，设计一种科学有效，简单易操作，方便快捷的路面超薄抗滑磨耗层施工工艺和技术，具有极大的指导意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆及其制备、应用方法，能够可快速施工，迅速解决目标处理路段抗滑性能差、路表微病害严重等问题。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆，其原料包括水泥、砂、水、固化剂、环氧树脂水溶性乳液，各原料按质量百分比计为水泥4-8％、砂75.2-85％、水4-6％、固化剂0.3-0.8％、环氧树脂水溶性乳液6-10％。
按上述方案，所述水泥为复合硅酸盐水泥PC42.5，其3天抗折强度不低于3.5MPa，28天强度不低于6.5MPa。
按上述方案，所述砂为抗磨性能和抗滑性能良好的集料，其粒径范围为0-2.5mm，优选地，其粒径范围为1.18-2.36mm。更优选地，所述砂的粒径级配范围为：0.075mm通过率小于10％，0.15mm通过率15-22％，0.3mm通过率25-65％，0.6mm通过率60-80％，1.18mm通过率80-85％，2.36mm通过率100％。
按上述方案，所述固化剂为水性三乙烯四胺固化剂(例如：广州佰祺化工科技有限公司，型号DETA)。在水泥水化而硬化过程中，水性胺固化剂能够使环氧树脂在室温条件下迅速固化。
按上述方案，所述环氧树脂水溶性乳液是通过向双酚A型环氧树脂中加入高效表面活性剂混合制成树脂的水乳液，其中各组分的量按质量份数计分别为双酚A型环氧树脂40-60份、高效表面活性剂6-10份、水25-35份。其中，高效表面活性剂优选为氨基苯甲酸与环氧树脂反应制备得到的反应性乳化剂。
上述用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆的制备方法是：将以上原料按配比计量之后，使用时将各原料按照上述比例混合均匀，即可得到用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆。
上述用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆的应用方法是：将本发明所述用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆摊铺于路面上，固化成型后，得到路面超薄抗滑磨耗层。也就是说，该基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，其是由环氧树脂基高性能水泥砂浆经摊铺、固化成型得到的。
按上述方案，为提升磨耗层的抗滑性能及其稳定性，在未完全固化成型前采用压槽工艺，于路面超薄抗滑磨耗层表面形成防滑槽。按上述方案所述防滑槽呈规则分布，优选地，其深度约2-3mm，宽度约3-5mm，相邻的槽间距约13-18mm。
按上述方案，所述摊铺的厚度为5-7mm，即所述路面超薄抗滑磨耗层的厚度为5-7mm。
按上述方案，所述摊铺为一次摊铺。
按上述方案，所述固化时间为3.5-5小时，该路面超薄抗滑磨耗层可用于快速施工。本发明所述用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆摊铺于路面后，经自然固化过程而强度逐渐增加，通常情况下经4小时候能够达到最大固化强度并能够满足开放交通的要求。
按上述方案，所述路面超薄抗滑磨耗层干燥状态下的摩擦系数大于0.5，润湿状态下的摩擦系数大于0.35。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的基于环氧树脂基高性能水泥砂浆用于路面超薄抗滑磨耗层，能够快速施工，解决了路面维护和小修过程中对施工时间的局限性，迅速解决目标处理路段抗滑性能差、路表微病害严重等问题。
2、实验室测试结果和试验段跟踪监测均显示，本发明所述的环氧树脂基高性能水泥砂浆制备的超薄抗滑磨耗层能够长期稳定地维持较好的抗滑性能，为行车安全提供有效的保障，不仅能够应用于路面抗滑性能的快速提升，还能用于修补路用性能下降或者微病害集中出现的路面。
总之，本发明可以快速用于沥青路面、水泥路面和桥面的特殊路段，修补路面，增加路面的抗滑性能，提高交通安全性。
附图说明
图1为本发明路面水泥基超薄抗滑磨耗层表面纹理结构图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实验室研究时，首先车辙碾压成型合格的板状沥青混合料试件并用作超薄抗滑磨耗层摊铺时的原始路面承接层；板状沥青混合料试件所用沥青种类、沥青含量、集料级配以及试件孔隙率与沥青路面材料组成和结构相符。实际应用时，可在施工现场的沥青路面或水泥路面进行基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层处理和施工，经固化成型。
实施例1
一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆，其原料包括水泥、砂、水、固化剂、环氧树脂水溶性乳液，各原料按质量百分比计为水泥5％、砂83％、水4％、固化剂0.5％、环氧树脂水溶性乳液7.5％。其中，所述水泥为复合硅酸盐水泥PC42.5，其3天抗折强度不低于3.5MPa，28天强度不低于6.5MPa；所述砂的粒径级配范围为：0.075mm通过率小于10％，0.15mm通过率15-22％，0.3mm通过率25-65％，0.6mm通过率60-80％，1.18mm通过率80-85％，2.36mm通过率100％；所述固化剂为水性三乙烯四胺固化剂；所述环氧树脂水溶性乳液是通过向双酚A型环氧树脂中加入高效表面活性剂混合制成树脂的水乳液，其中各组分按质量份数计分别为双酚A型环氧树脂50份、高效表面活性剂6份、水30份。高效表面活性剂为氨基苯甲酸与环氧树脂反应制备得到的反应性乳化剂。
上述用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆的制备方法是：将以上原料按配比计量之后，使用时将各原料按照上述比例混合均匀，即可得到用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆。
基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，其是由上述环氧树脂基高性能水泥砂浆经一次摊铺、固化成型得到的，固化时间为4小时，在未完全固化成型前采用压槽工艺，于路面超薄抗滑磨耗层表面形成防滑槽。其中，所述防滑槽呈规则分布，其深度约3mm，宽度约4mm，相邻的槽间距约15-16mm；；所述路面超薄抗滑磨耗层的厚度为5-7mm。
性能测试：
1、图1所示为本实施例在实验室成型的基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层试件，该磨耗层固化、成型在沥青混合料层上。从图1中可以清晰地看出：规则分布的防滑槽，以及表面的粗砂颗粒，这些结构为抗滑性能提供了有效的保障。
2、采用标准手提式摆式摩擦系数测定仪，通过摆值BPN评价并评价环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层的抗滑性能。如表1所示，BPN值均是在面层不同点测试后得到的平均值，可知本发明提供的基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，能够提供比SMA抗滑层更优秀的抗滑性能。
表1多种路面结构的摆值结果对比
路面结构类型 BPN值
环氧树脂水泥基超薄抗滑磨耗层 75.1
SMA-16面层 71.6
AC-16面层 58.2
OGFC-16面层 68.7
3、选用AC-11级配，集料为玄武岩碎石和石屑，填料为石灰岩矿粉，沥青选用SBS改性沥青，制备沥青混合料板状试件。然后在该试件表面铺筑本实施例制备的基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，薄层厚度约6mm，通过层间剪切测试装置测试层间抗剪强度，加载速度为50mm/min。结果如表2所示。
表2为路面超薄抗滑磨耗层与沥青面层的层间抗剪性能分析结果。相比沥青路面中沥青混合料层间的抗剪性能，可以发现本发明所述的超薄抗滑磨耗层能够与沥青层形成具有良好层间抗剪性能的层间粘结结构，从而能够获得可观的磨耗层结构稳定性。
表2层间抗剪性能测试结果
实施例2
一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆，其原料包括水泥、砂、水、固化剂、环氧树脂水溶性乳液，各原料按质量百分比计为水泥4.5％、砂84.5％、水3.8％、固化剂0.45％、环氧树脂水溶性乳液6.75％。其中，所述水泥为复合硅酸盐水泥PC42.5，其3天抗折强度不低于3.5MPa，28天强度不低于6.5MPa；所述砂的粒径级配范围为：0.075mm通过率小于10％，0.15mm通过率15-22％，0.3mm通过率25-65％，0.6mm通过率60-80％，1.18mm通过率80-85％，2.36mm通过率100％；所述固化剂为水性三乙烯四胺固化剂；所述环氧树脂水溶性乳液是通过向双酚A型环氧树脂中加入高效表面活性剂混合制成树脂的水乳液，其中各组分按质量份数计分别为双酚A型环氧树脂40份、高效表面活性剂10份、水35份。高效表面活性剂为氨基苯甲酸与环氧树脂反应制备得到的反应性乳化剂(可参考：张肇英等.对-氨基苯甲酸改性环氧树脂的性能表征及乳化性质[J].高等学校化学学报,2002(23):974-978)
上述用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆的制备方法是：将以上原料按配比计量之后，使用时将各原料按照上述比例混合均匀，即可得到用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆。
基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，其是由上述环氧树脂基高性能水泥砂浆经一次摊铺到武汉某市政沥青道路路面、固化成型得到的，晴天，环境温度为35.8℃，固化时间为3.8小时，在未完全固化成型前采用压槽工艺，于路面超薄抗滑磨耗层表面形成防滑槽。其中，所述防滑槽呈规则分布，其深度约3.2mm，宽度约4mm，相邻的槽间距约15mm；所述路面超薄抗滑磨耗层的厚度为5.5-7mm。
采用标准手提式摆式摩擦系数测定仪，通过摆值BPN对铺筑到市政沥青路面的环氧树脂基高性能水泥砂浆超薄抗滑磨耗层的抗滑性能随使用时间的变化情况进行研究。如表3所示，BPN值均是在磨耗层不同点测试后得到的平均值。可知本发明提供的基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，抗滑耐久性能非常优秀，在交通荷载的反复作用下，其摩擦性能几乎没有下降。
表3环氧树脂基高性能水泥砂浆磨耗层抗滑性能随使用时间的变化趋势
服役时间 1天 10天 20天 30天 3个月 6个月 9个月 12个月
BPN值 74.3 74.8 74.2 75.3 73.2 74.7 73.9 74.1
实施例3
一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆，其原料包括水泥、砂、水、固化剂、环氧树脂水溶性乳液，各原料按质量百分比计为水泥5.2％、砂81.9％、水4.1％、固化剂0.55％、环氧树脂水溶性乳液8.25％。其中，所述水泥为复合硅酸盐水泥PC42.5，其3天抗折强度不低于3.5MPa，28天强度不低于6.5MPa；所述砂的粒径级配范围为：0.075mm通过率小于10％，0.15mm通过率15-22％，0.3mm通过率25-65％，0.6mm通过率60-80％，1.18mm通过率80-85％，2.36mm通过率100％；所述固化剂为水性三乙烯四胺固化剂；所述环氧树脂水溶性乳液是通过向双酚A型环氧树脂中加入高效表面活性剂混合制成树脂的水乳液，其中各组分的量按质量份数计分别为双酚A型环氧树脂60份、高效表面活性剂8份、水25份。高效表面活性剂为氨基苯甲酸与环氧树脂反应制备得到的反应性乳化剂。
上述用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆的制备方法是：将以上原料按配比计量之后，使用时将各原料按照上述比例混合均匀，即可得到用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆。
基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，其是由上述环氧树脂基高性能水泥砂浆经一次摊铺到武汉三环高架某匝道水泥混凝土路面、固化成型得到的。环境温度为35.3℃，固化时间为3.5小时，在未完全固化成型前采用压槽工艺，于路面超薄抗滑磨耗层表面形成防滑槽。其中，所述防滑槽呈规则分布，其深度约3mm，宽度约4mm，相邻的槽间距平均为16.2mm；；所述路面超薄抗滑磨耗层的厚度约为6mm。
采用标准手提式摆式摩擦系数测定仪，通过摆值BPN对该位于匝道的环氧树脂基高性能水泥砂浆超薄抗滑磨耗层的抗滑性能进行研究。如表4所示，BPN值均是在磨耗层不同点测试后得到的平均值。可知本发明提供的基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，抗滑耐久性能非常优秀，在交通荷载的反复作用下，其摩擦性能几乎没有下降。
表4环氧树脂基高性能水泥砂浆磨耗层抗滑性能随使用时间的变化趋势
服役时间 1天 20天 30天 3个月 5个月 9个月 13个月 15个月
BPN值 72.6 73.8 71.9 72.7 72.2 71.8 71.9 72.0
表5为路面超薄抗滑磨耗层与沥青面层的层间抗拉性能分析结果。可以发现本发明所述的超薄抗滑磨耗层能够与水泥道面形成良好粘结结构，具有较高的层间抗拉性能，从而能够获得可观的磨耗层结构稳定性。
表5层间抗剪性能测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆，其特征在于它包括水泥、砂、水、固化剂、环氧树脂水溶性乳液，按质量百分比计为水泥4-8％、砂75.2-85％、水4-6％、固化剂0.3-0.8％、环氧树脂水溶性乳液6-10％。
2.根据权利要求1所述的一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆，其特征在于所述砂的粒径范围为0-2.5mm。
3.根据权利要求2所述的一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆，其特征在于所述砂的粒径范围为1.18-2.36mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆，其特征在于所述固化剂为水性三乙烯四胺固化剂。
5.根据权利要求1所述的一种用于路面超薄抗滑磨耗层的环氧树脂基高性能水泥砂浆，其特征在于所述环氧树脂水溶性乳液是通过向双酚A型环氧树脂中加入表面活性剂混合制成树脂的水乳液，其中各组分的量按质量份数计为双酚A型环氧树脂40-60份、表面活性剂6-10份、水25-35份。
6.一种基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，其特征在于按各原料的质量百分比计为水泥4-8％、砂75.2-85％、水4-6％、固化剂0.3-0.8％、环氧树脂水溶性乳液6-10％，将以上原料按配比计量混合均匀后摊铺于路面上，固化成型即得到路面超薄抗滑磨耗层。
7.根据权利要求6所述的一种基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，其特征在于在未完全固化成型前还包括压槽工艺，在表面形成防滑槽。
8.根据权利要求6所述的一种基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，其特征在于所述防滑槽呈规则分布，所述防滑槽深度为2-3mm，宽度为3-5mm，相邻的槽间距为13-18mm。
9.根据权利要求6所述的一种基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，其特征在于所述路面超薄抗滑磨耗层的厚度为5-7mm。
10.根据权利要求6所述的一种基于环氧树脂基高性能水泥砂浆的路面超薄抗滑磨耗层，其特征在于所述路面超薄抗滑磨耗层干燥状态下的摩擦系数大于0.5，润湿状态下的摩擦系数大于0.35。
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