CN105859219A - 一种半柔性路面用浆体材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半柔性路面用浆体材料，它由以下原料组成，各原料质量份比例为：水泥35～60份，特细砂8～15份，胶粉1.5～6份，水20～35份，掺合料5～15份，膨胀剂4～6份，减水剂0.1～0.5份，润湿剂1～1.5份，增渗剂1～5份。所述的半柔性路面用浆体材料的渗透性高、收缩率低，且强度可调，将其应用于灌注式半柔性路面，能够显著提高半柔性路面材料的灌注率，同时兼顾了水泥胶浆的收缩特性，可有效延长半柔性路面的使用寿命。

Description

一种半柔性路面用浆体材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种半柔性路面用浆体材料及其制备方法。
背景技术
自1988年，我国第一条高速公路建成通车以来，到2008年底，高速公路总里程已超过6万公里，其中绝大部分是沥青路面。由于复杂且恶劣的气候环境及交通量的增长和交通荷载的加大，大量高速公路在开放交通后不久就出现了车辙、水损坏、开裂等早期病害，每年投入了大量资金进行维修，不但收效甚微，而且影响了交通的通行能力和行车的舒适性，在社会上造成了不良影响。
为此，半柔性路面这种可以降低沥青路面早期病害、提高其承载能力的路面应运而生。传统意义上的路面可以分为两种：水泥混凝土路面和沥青混凝土路面，这两种路面都有自身的优缺点。水泥混凝土路面经济耐久，但与沥青混凝土路面相比维修困难、行车舒适性差。半柔性路面是一种兼具水泥混凝土路面和沥青混凝土路面优点的路面。通过在开级配大空隙基体沥青混合料中灌注水泥胶浆，半柔性路面兼具了沥青混凝土路面的柔性、无接缝与水泥混凝土路面的高承载性、耐疲劳性等优点。通过国外大量研究和工程应用发现：影响半柔性路面材料使用性能的关键因素是其所灌注水泥胶浆的性能。水泥胶浆应具有提供半柔性路面材料承载力的强度、让其灌注效果良好且尽可能地灌满大空隙沥青混合料基体连通孔隙的工作性能和避免开裂的低收缩率。但是，我国用于灌注式半柔性路面的水泥胶浆不能兼顾其渗透性与收缩特性，加之其他一些缺陷，使得半柔性路面未得到大面积推广。
因此，发明一种兼顾渗透性与收缩特性且强度可调的水泥胶浆，用于灌注式半柔性路面，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种半柔性路面用浆体材料，它具有高渗透性能和较低的收缩率，且强度可调、成本低，可灌入基体沥青混合料的最下端，显著提高半柔性路面材料的灌注率，同时可兼顾水泥胶浆的收缩特性，提高半柔性路面材料的力学性能和路用性能，延长半柔性路面的使用寿命。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种半柔性路面用浆体材料，各组分添加量按重量份数计为：水泥35～60份，特细砂8～15份，胶粉1.5～6份，水20～35份，掺合料5～15份，膨胀剂4～6份，减水剂0.1～0.5份，润湿剂1～1.5份，增渗剂1～5份。
上述方案中，所述水泥为普通硅酸盐水泥、早强型硅酸盐水泥、矿渣水泥或粉煤灰水泥，强度等级为32.5、42.5或52.5。
上述方案中，所述特细砂为黄砂、河砂或石英砂，其最大粒径为0.6mm，细度模数为1.4～0.8。
上述方案中，所述胶粉为废旧橡胶制品经粉碎加工处理而得到的粒径为30～50μm的超微细粉末状橡胶材料。本发明将胶粉掺入到水泥胶浆中，能削弱在水泥胶浆中水分蒸发产生的应力，有利于改善浆体的收缩问题，并可提高抗压强度、抗冲击与抗震等性能，同时可以大量处理废弃轮胎，减少环境污染，带来巨大的经济效益、社会效益。
上述方案中，所述掺合料为矿粉和硅灰的一种或二者混合物，其中矿粉为粒化高炉矿渣粉。本发明采用硅灰或矿粉作为掺和料，能降低矿料的表面接触角，且二者掺量越高接触角减小越明显，从而增强增渗剂在整个体系中的作用。
上述方案中，所述膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂或氧化钙类膨胀剂，或两者混合所得的复合膨胀剂。
上述方案中，所述减水剂为聚羧酸系减水剂或萘系减水剂。
上述方案中，所述润湿剂为烷基硫酸盐阴离子表面活性剂或磺酸盐阴离子表面活性剂。本发明采用湿润剂可降低水的表面张力，使水均匀展开在物料表面上，降固体物料润湿，从而增强增渗剂的工作性能。
上述方案中，所述增渗剂由十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇硬脂酸酯和速溶硅酸钠以1:(0.07～0.61):(0.03～0.4)的质量比混合而成。
上述方案中，所述聚乙二醇硬脂酸酯的制备方法包括如下步骤：将聚乙二醇和硼酸以1:(0.01～0.05)的质量比置于四口瓶中，加热至60～70℃待聚乙二醇和硼酸完全融化后，在80～100℃油浴和2～5kPa的真空条件下，搅拌回流1～2h，然后冷却至室温，加入硬脂酸和酸性催化剂(对甲苯磺酸)，在上述条件下回流2～2.5h小时后，用无水醋酸钠中和酸性催化剂(对甲苯磺酸)，加入蒸馏水，在95～115℃的温度条件下，搅拌水解1～1.5h，最后减压至5～20kN/m2，再进行脱水即得所述的聚乙二醇硬脂酸酯，其中，硬脂酸的添加量占聚乙二醇的质量百分比为0.13～0.18％，酸性催化剂(对甲苯磺酸)的添加量占聚乙二醇的质量百分比为1～1.5％，无水醋酸钠的添加量占聚乙二醇的质量百分比为0.8～1.2％。
上述一种半柔性路面用浆体材料的制备方法，包括以下步骤：1)根据配比称取所需各原料，其中各原料所占重量份数分别为：水泥35～60份，特细砂8～15份，胶粉1.5～6份，水20～35份，掺合料5～15份，膨胀剂4～6份，减水剂0.1～0.5份，润湿剂1～1.5份，增渗剂1～5份；2)在使用前，用水润湿胶粉，有利于胶粉的活性提升，依次向水泥砂浆拌合机中加入水泥、特细砂、掺合料、膨胀剂和胶粉，干拌1～2min至混合均匀，再加入水、润湿剂、减水剂和増渗剂，搅拌得均匀浆料，即得所述的半柔性路面用浆体材料。
本发明的原理为：
本发明将膨胀剂掺入到水泥胶浆中水化后生成膨胀性晶体(钙矾石和氢氧化钙)，补偿胶浆的自收缩，降低了水泥胶浆的收缩率；同时，在水泥胶浆矿物掺合料对孔隙水表面张力、毛细孔半径影响有限的条件下，增渗剂改变了毛细孔壁的接触角θ(亲水性)，θ越大毛细孔中液相表面张力就越小，引起的毛细孔压力就越小，干缩越小，从而增加胶浆的渗透性能，同时还能改善干缩问题，提高半柔性路面材料的灌注率。同时，本发明采用硅灰或矿粉作为掺和料，能有效降低矿料的表面接触角，且二者掺量越高接触角减小越明显，从而增强增渗剂在整个体系中的作用；采用湿润剂可降低水的表面张力，使水均匀展开在物料表面上，降固体物料润湿，从而增强增渗剂的工作性能；另外本发明将胶粉掺入到水泥胶浆中，能削弱水泥胶浆中水分蒸发产生的应力，进一步改善浆体的收缩问题，并可提高抗压强度、抗冲击与抗震等性能，同时可以大量处理废弃轮胎，减少环境污染，带来巨大的经济效和社会效益。
本发明的有益效果为：
1)本发明半柔性路面用浆体材料，可提高半柔性路面材料的灌注率，降低水泥胶浆的收缩率，延长路面使用寿命，具有重要的经济效益和社会效益。
2)通过调节原料配比，制得具有不同强度的水泥胶浆，可得到不同力学性能的半柔性路面材料，满足路面不同路用性能的要求。
3)将本发明制备的水泥胶浆灌注到大空隙基体沥青混合料中，可使半柔性路面材料具有较低的空隙率且体积稳定，阻止表面水的渗入，可有效保护半柔性路面以下结构层。
4)本发明所述水泥胶浆的制备成本低，其价格远低于国外同类产品(如丹麦的Densit)的水泥胶浆，且可实现废旧橡胶制品的回收利用，具有重要的经济和环境效益。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中采用的水泥为武汉武钢华新水泥有限公司出售的强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；特细砂为湖南宝隆科技发展有限公司出售的河砂，其最大粒径为0.6mm，细度模数为1.4～0.8；采用的胶粉为富阳市领誉建材有限公司出售的废旧橡胶制品制备的30～50μm超微细胶粉；掺和料为河南新星矿粉有限公司出售的矿粉以及山东明蓝硅粉材料有限公司出售的硅灰，其中矿粉等级为S95，硅灰的粒径为0.1～0.2μm，比表面积约为15m～20m2/g，比重为2.2～2.5g/cm3，松散容重为200～300kg/m3；采用的膨胀剂为北京嘉信杰建材有限公司出售的硫铝酸钙类膨胀剂；采用的减水剂为东营科泰建筑科技有限公司出售的KTPCA--01聚羧酸高性能减水剂；采用的润湿剂为吴江宏达精细化工有限公司出售的十二烷基硫酸钠。
以下实施例中采用的增渗剂由十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇硬脂酸酯以及速溶硅酸钠按1:0.32:0.2的质量比混合而成。聚乙二醇硬脂酸酯的制备方法包括如下步骤：将聚乙二醇和硼酸以1:0.04的质量比置于四口瓶中，加热至70℃待聚乙二醇和硼酸完全融化后，在95℃油浴和3.5kPa的真空条件下，搅拌回流1.2h，然后冷却至室温，加入硬脂酸和对甲苯磺酸，在上述条件下回流2h后，用无水醋酸钠中和对甲苯磺酸，加入蒸馏水，在105℃的温度条件下，搅拌水解1.5h，最后减压至15kN/m2、再进行脱水即得所述的聚乙二醇硬脂酸酯，其中，硬脂酸的添加量占聚乙二醇的质量百分比为0.15％，对甲苯磺酸的添加量占聚乙二醇的质量百分比为1.5％，无水醋酸钠的添加量占聚乙二醇的质量百分比为1.2％。
实施例1～4
一种半柔性路面用浆体材料，各原料配比分别见表1，其制备方法包括以下步骤：向水泥砂浆拌合机中依次加入水泥、掺合料(矿粉和硅灰)和特细砂以及胶粉，干拌1～2min混合均匀，再加入水、膨胀剂、减水剂、润湿剂和増渗剂，搅拌得均匀浆料，即得所述的半柔性路面用浆体材料。
表1实施例1～6所述半柔性路面用浆体材料中各原料的配比(重量份数)
将实施例1～6制备的半柔性路面用浆体材料进行抗压强度、抗折强度、灌注率和干缩性能测试，结果见表2。
表2实施例1～6所述半柔性路面用浆体材料的性能测试结果
由表2可以看出，随着增渗剂掺量的增加，所得浆体材料的60d干缩率大幅度降低且60d干缩率不超过5‰，同时表现出高的灌注率，且稳定在85％以上；另外，其抗压强度及抗折强度均有大幅度上升，实现了在保证水泥胶浆具有良好工作性能的情况下强度可调，本发明制备的半柔性路面用浆体材料具有良好的渗透性能。而在其中添加硅灰，矿粉以及胶粉等材料时，在改善水泥胶浆的工作性能的同时还能够大幅度降低成本，并可大量处理废弃轮胎,减少环境污染，带来巨大的经济效益、社会效益。
除以上实施例外，在本发明各原料的配比范围内进行了大量室内试验，结果表明本发明的水泥胶浆在大空隙基体沥青混合料中灌注效果良好，灌注后的半柔性路面材料体积稳定。
以上所述仅为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，做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种半柔性路面用浆体材料，其特征在于，各组分添加量按重量份数计为：水泥35～60份，特细砂8～15份，胶粉1.5～6份，水20～35份，掺合料5～15份，膨胀剂4～6份，减水剂0.1～0.5份，润湿剂1～1.5份，增渗剂1～5份。
2.根据权利要求1所述的半柔性路面用浆体材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥、早强型硅酸盐水泥、矿渣水泥或粉煤灰水泥，强度等级为32.5、42.5或52.5。
3.根据权利要求1所述的半柔性路面用浆体材料，其特征在于，所述特细砂为黄砂、河砂或石英砂，其最大粒径为0.6mm，细度模数为1.4～0.8。
4.根据权利要求1所述的半柔性路面用浆体材料，其特征在于，所述胶粉为废旧橡胶制品经粉碎加工处理而得到的超微细粉末状橡胶材料，其粒径为30～50μm。
5.根据权利要求1所述的半柔性路面用浆体材料，其特征在于，所述掺合料为矿粉和硅灰的一种或二者混合物，其中矿粉为粒化高炉矿渣粉。
6.根据权利要求1所述的半柔性路面用浆体材料，其特征在于，所述膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂或氧化钙类膨胀剂，或两者混合所得的复合膨胀剂；所述减水剂为聚羧酸系减水剂或萘系减水剂。
7.根据权利要求1所述的半柔性路面用浆体材料，其特征在于，所述润湿剂为烷基硫酸盐阴离子表面活性剂或磺酸盐阴离子表面活性剂。
8.根据权利要求1所述的半柔性路面用浆体材料，其特征在于，所述增渗剂由十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇硬脂酸酯和速溶硅酸钠以1:(0.07～0.61):(0.03～0.4)的质量比混合而成。
9.根据权利要求1所述的半柔性路面用浆体材料，其特征在于，所述聚乙二醇硬脂酸酯的制备方法包括如下步骤：将聚乙二醇和硼酸以1:(0.01～0.05)的质量比置于四口瓶中，加热至60～70℃待聚乙二醇和硼酸完全融化后，在80～100℃油浴和2～5kPa的真空条件下，搅拌回流1～2h，然后冷却至室温，加入硬脂酸和对甲苯磺酸，在上述条件下回流2～2.5h小时后，用无水醋酸钠中和对甲苯磺酸，加入蒸馏水，在95～115℃的温度条件下，搅拌水解1～1.5h，最后减压至5～20kN/m2，再进行脱水即得所述的聚乙二醇硬脂酸酯，其中，硬脂酸的添加量占聚乙二醇的质量百分比为0.13～0.18％，对甲苯磺酸的添加量占聚乙二醇的质量百分比为1～1.5％，无水醋酸钠的添加量占聚乙二醇的质量百分比为0.8～1.2％。
10.权利要求1～9任一项所述半柔性路面用浆体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据配比称取所需各原料，其中各原料所占重量份数分别为：水泥35～60份，特细砂8～15份，胶粉1.5～6份，水20～35份，掺合料5～15份，膨胀剂4～6份，减水剂0.1～0.5份，润湿剂1～1.5份，增渗剂1～5份；
在使用前，用水润湿胶粉，依次向水泥砂浆拌合机中加入水泥、特细砂、掺合料、膨胀剂和胶粉，干拌1～2min至混合均匀，再加入水、润湿剂、减水剂和増渗剂，搅拌得均匀浆料，即得所述的半柔性路面用浆体材料。
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