CN106007466A - 一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂及其制备方法，由以下原材料组成：聚丙烯酰胺、稻壳灰、类水滑石、水性膨胀剂、渗透剂、甲基硅醇钠、纳米碳酸钙、乙酸乙酯、聚硅氧烷和水。本发明提供的高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂具有高渗透微膨胀、早期强度高以及成膜保水效果好等优点。本发明提供的养护剂具有成膜功效，能防止半刚性基层水分蒸发流失，控制和减少基层的干缩，保证半刚性基层材料充分水化；因本发明提供的养护剂含有膨胀组分、渗透组分和早强组分等原材料，该型养护剂还能填塞半刚性基层的毛孔和微细孔，加速火山灰反应，增加半刚性基层的密实度和抗渗性能，并能大幅度提高早期强度。

Description

一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂及其制备方法

技术领域

本发明属于道路材料领域，涉及半刚性基层养护剂，具体涉及一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂及其制备方法。

背景技术

自20世纪80年代以来，半刚性基层材料就凭借其良好的板体性、较高的承载力、优异的抗疲劳破坏能力以及经济性而被广泛应用于高等级公路建设。目前，我国高等级公路中约有90％的基层均采用半刚性基层材料。但随着半刚性基层材料在全国范围的推广，在使用过程中暴露出了越来越多的问题。其中，半刚性基层路面的开裂问题尤为严重，极大的影响了沥青路面行车舒适度，缩短了沥青路面使用寿命。半刚性基层路面结构的主要缺陷是收缩明显，极易产生反射裂缝，由于半刚性基层的胶结材料为水硬性材料，其在养护期间内部会发生复杂的物理化学反应，体积收缩明显，在这期间温度变化、水分散失等原因会引起温缩应力和干缩应力，加之半刚性基层早期强度较低进而导致半刚性基层形成大量的裂缝。在交通荷载和温度应力的综合作用下，裂缝反射到沥青路面面层，形成反射裂缝。高原寒冷地区年均气温低、日温差大、气候干燥并且温度变化剧烈，在这种气候条件下半刚性基层材料极易产生温缩和干缩裂缝，因此导致沥青路面的反射裂缝现象更为严重。半刚性基层收缩开裂严重破坏了路面结构的整体性和连续性，并在一定程度上削弱了结构强度，因此如何控制和改善半刚性基层的收缩开裂现象成为道路工程界关注的热点问题。

目前，国内外学者主要通过提高材料性能和优化结构来防治半刚性基层路面反射裂缝，如，使用高质量的改性沥青、添加SMA和纤维等材料提升沥青混合料的抗裂性能；采用土工织物夹层、增加沥青面层厚度、设置应力吸收层和防裂层优化半刚性基层路面结构。但这些技术不但增加了沥青路面整体造价，而且还不能从根本上消除和减少半刚性基层的收缩开裂。研究表明，对新铺半刚性基层及时保湿养生可有效避免基层产生干燥收缩裂缝，并能使其后期强度平稳增长。目前我国对半刚性基层的养护方法主要有铺设湿麻袋、铺设保湿膜和洒水等，但此类方法耗时耗力，养护不彻底，半刚性基层匀质性得不到保证，且易延误养护时机，不能控制内部裂缝开展和保证后期强度平稳发展。

发明内容

针对以上技术现状和半刚性基层养护过程中存在的问题，亟需开发一种具有微膨胀效应填充表面开口孔隙，并且渗透能力强的高性能半刚性基层养护剂，以期减少半刚性基层早期水分蒸发，保证半刚性基层材料必需的水化条件，从而控制其干燥收缩和早期温缩，减少半刚性基层内部裂缝扩展，进而延长半刚性基层沥青路面使用寿命，减少养护费用。

本发明的目的在于提供一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂及其制备方法，该基层养护剂既具有微膨胀效应、高渗透能力，有效控制半刚性基层内部裂缝扩展，并且保证后期强度平稳发展，环境友好、经济效益良好的养护剂。本发明既实现了保湿养生的目的，又能加快材料的火山灰反应速率，控制半刚性基层干燥收缩和内部裂缝开展，经济环保，具有重要的现实意义和工程应用价值。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂，由以下原材料组成：聚丙烯酰胺、稻壳灰、类水滑石、水性膨胀剂、渗透剂、甲基硅醇钠、纳米碳酸钙、乙酸乙酯、聚硅氧烷和水。

本发明还具有如下区别技术特征：

以重量分数计，由以下原材料组成：0.2％～0.8％的聚丙烯酰胺，17％～25％的稻壳灰，6％～8％的类水滑石，2％～3％的水性膨胀剂，1％～1.5％的渗透剂，2％～5％的甲基硅醇钠，1％～4％的纳米碳酸钙，3％～5％的乙酸乙酯，1.5％～3％聚硅氧烷，余量为水，原料的重量百分数之和为100％。

聚丙烯酰胺为白色粉末状水溶性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力，目数为80目，密度1.302g/cm³。

稻壳灰为经过球磨机研磨处理并通过0.075mm的筛孔，密度为2.28g/cm³，SiO₂含量≥80％。

类水滑石为白色微粉末状阴离子层状化合物，具有阴离子交换特性，颗粒大小为2～5μm，镁铝物质的质量比为3.5～5.0，密度为2.5g/cm³。

水性膨胀剂为水性多功能涂料助剂，形态为白色粉末，其中高纯改性蒙脱石含量不低于88％，含碱量不高于0.35％，自应力值为0.2～0.8MPa。

渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，由聚乙二醇与脂肪醇缩合而成，是一种非离子表面活性剂，活性物含量≥99％，25℃时为无色透明液体，相对分子质量为300～330，pH值为6～8，HLB值为8。

甲基硅醇钠为无毒、无刺激性气味的浅黄色透明液体，固含量≥30％，游离碱含量＜2％。

纳米碳酸钙又名超细碳酸钙，粒度为0.01～0.1μm，比表面积为5m²/g，吸油值为60～90ml/100g。

乙酸乙酯为无色透明液体，相对密度为0.902，折光率(20℃)1.3719，闪点(开杯)7.2℃。

聚硅氧烷分子量为162.38，密度0.963，折射率1.405，闪点300℃，难溶于水。

水为普通饮用水。

一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂的制备方法，其特征在于：该方法采用权利要求1或2所述的高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂的配方，该方法包括以下步骤：

步骤一，按质量称取上述各原材料；

步骤二，将纳米碳酸钙、甲基硅醇钠和渗透剂在容器中混合，并强制搅拌均匀，得到混合物A；

将聚丙烯酰胺和50％配方用量的水在容器中搅拌混合均匀，得到混合物B；

将聚硅氧烷和乙酸乙酯混溶，搅拌均匀，得到混合物C；

步骤三，用湿布润湿水泥净浆搅拌机的搅拌锅和搅拌叶；

步骤四，将稻壳灰、类水滑石和水性膨胀剂依次加入到搅拌锅中，开动搅拌机，低速搅拌180s，高速搅拌60s；

其中在第120s～130s时，加入剩余50％配方用量的水，此次搅拌停止时，将搅拌叶上的混合物用洁净的刮刀刮下；

步骤五，将预先配制的混合物A在5s内加入搅拌锅中，并继续低速搅拌60s，使混合物充分混合；

步骤六，将预先配制的混合物B在5s内加入搅拌锅中，并继续低速搅拌30s，高速搅拌60s，使聚丙烯酰胺分布均匀，充分发挥其吸水和絮凝作用，搅拌停止时，将搅拌锅壁内和搅拌叶上的混合物用润湿的洁净刮刀刮下；

步骤七，将预先配制的混合物C在5s内缓慢加入搅拌锅中，并继续低速搅拌120s，既得到高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)本发明提供的高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂具有高渗透微膨胀、早期强度高以及成膜保水效果好等优点。本发明提供的养护剂具有成膜功效，能防止半刚性基层水分蒸发流失，控制和减少基层的干缩，保证半刚性基层材料充分水化；因本发明提供的养护剂含有膨胀组分、渗透组分和早强组分等原材料，该型养护剂还能填塞半刚性基层的毛孔和微细孔，加速火山灰反应，增加半刚性基层的密实度和抗渗性能，提高其抗压和抗弯拉性能，并能大幅度提升早期强度；同时，该养护剂的微膨胀作用还能减缓半刚性基层内部裂缝的产生和扩展，保证其后期强度平稳发展，提高半刚性基层路面的使用寿命。此外，该型养护剂还具有成本低、使用方便和储存稳定性好等优点，具有广阔的应用前景。

(Ⅱ)本发明提供的高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂的制备条件和制备工艺较为简单，仅在水泥净浆搅拌机中搅拌混合即可，不需专门技术人员操作，施工技术人员或试验人员按照本发明叙述的操作配制即可。本发明提出多种原料复配组合，最大限度提升半刚性基层材料的性能，充分发挥其优点。本发明方法提出先将稻壳灰、类水滑石和水性膨胀剂拌合均匀，因稻壳灰用量较多，这保证了类水滑石和水性膨胀剂能够充分分散均匀，使制得的养护剂更均匀；本发明方法提出分别将纳米碳酸钙、甲基硅醇钠和渗透剂混合得到A，因甲基硅醇钠和渗透剂都具有提高半刚性基层的致密性和改善抗渗性能的作用，而纳米碳酸钙具有分散作用，三者混合能相互促进，有助于发挥甲基硅醇钠的成膜作用，提升半刚性基层的致密性；聚丙烯酰胺和50％的水混合得到B，这能使聚丙烯酰胺预吸水达到絮凝状态，加入液体混合物中，能充分发挥其增稠增容作用，防止各组分之间的离析；乙酸乙酯和聚硅氧烷混合得到C，因乙酸乙酯是有机溶剂，两者能充分混溶，提高聚硅氧烷的乳化效果和养护剂的成膜效果。此制备方法充分利用了各种原材料的优点，使制备的高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂达到最佳使用效果。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

本实施例给出一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂，以重量分数计，由以下原料组成：0.2％的聚丙烯酰胺，25％稻壳灰，6％类水滑石，3％水性膨胀剂，1％渗透剂，5％甲基硅醇钠，1％纳米碳酸钙，3％乙酸乙酯，3％聚硅氧烷，余量为52.8％的水。渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

上述高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一，按质量称取上述各原材料；

步骤二，将纳米碳酸钙、甲基硅醇钠和渗透剂在烧杯中混合，并用玻璃棒搅拌均匀，得到混合物A；将聚丙烯酰胺和50％配方用量的水在烧杯中搅拌混合均匀，得到混合物B；将聚硅氧烷和乙酸乙酯混溶，搅拌均匀，得到混合物C；

步骤三，用湿布润湿水泥净浆搅拌机搅拌锅和搅拌叶(搅拌机符合JC/T729的要求)；

步骤四，将上述所述的稻壳灰、类水滑石和水性膨胀剂依次加入到搅拌锅中，开动搅拌机，低速搅拌180s，高速搅拌60s。其中在第120s～130s时，缓慢加入剩余50％配方用量的水，此次搅拌停止时，将搅拌锅壁内和搅拌叶上的混合物用润湿的洁净刮刀刮下；

步骤五，将预先配制的混合物A在5s内缓慢加入搅拌锅中，并继续低速搅拌60s；

步骤六，将预先配制的混合物B在5s内缓慢加入搅拌锅中，并继续低速搅拌30s，高速搅拌60s，搅拌停止时，将搅拌锅壁内和搅拌叶上的混合物用润湿的洁净刮刀刮下；

步骤七，将预先配制的混合物C在5s内缓慢加入搅拌锅中，并继续低速搅拌120s即可。

参照JC901-2002《水泥混凝土养护剂》、JT/T522-2004《公路工程混凝土养护剂》以及JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》的要求进行养护剂有效保水率和半刚性基层无侧限抗压强度的试验。其中，养护剂的喷涂(涂抹)量200g/m²。经测试，养护剂保水率为90％，半刚性基层7d无侧限抗压强度为基准强度的118％，28d无侧限抗压强度为基准强度的125％。

实施例2：

本实施例给出一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂，以重量分数计，由以下原料组成：0.8％聚丙烯酰胺，17％稻壳灰，8％类水滑石，2％水性膨胀剂，1.5％渗透剂，2％甲基硅醇钠，4％纳米碳酸钙，5％乙酸乙酯，1.5％聚硅氧烷，余量为58.2％的水。渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

本实施例的养护剂的制备方法与实施例1的步骤相同。

参照JC901-2002《水泥混凝土养护剂》、JT/T522-2004《公路工程混凝土养护剂》以及JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》的要求进行养护剂有效保水率和半刚性基层无侧限抗压强度的试验。其中，养护剂的喷涂(涂抹)量200g/m²。经测试，养护剂保水率为92％，半刚性基层7d无侧限抗压强度为基准强度的110％，28d无侧限抗压强度为基准强度的119％。

实施例3：

本实施例给出一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂，以重量分数计，由以下原料组成：0.5％聚丙烯酰胺，20％稻壳灰，7％类水滑石，2.5％水性膨胀剂，1.3％渗透剂，3％甲基硅醇钠，2％纳米碳酸钙，4％乙酸乙酯，2.5％聚硅氧烷，余量为57.2％的水。渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

本实施例的养护剂的制备方法与实施例1的步骤相同。

参照JC901-2002《水泥混凝土养护剂》、JT/T522-2004《公路工程混凝土养护剂》以及JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》的要求进行养护剂有效保水率和半刚性基层无侧限抗压强度的试验。其中，养护剂的喷涂(涂抹)量200g/m²。经测试，养护剂保水率为96％，半刚性基层7d无侧限抗压强度为基准强度的115％，28d无侧限抗压强度为基准强度的127％。

实施例4：

本实施例给出一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂，以重量分数计，由以下原料组成：0.4％聚丙烯酰胺，21％稻壳灰，6.6％类水滑石，2.4％水性膨胀剂，1.2％渗透剂，4％甲基硅醇钠，3％纳米碳酸钙，3.7％乙酸乙酯，2.7％聚硅氧烷，余量为55％的水。渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

本实施例的养护剂的制备方法与实施例1的步骤相同。

参照JC901-2002《水泥混凝土养护剂》、JT/T522-2004《公路工程混凝土养护剂》以及JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》的要求进行养护剂有效保水率和半刚性基层无侧限抗压强度的试验。其中，养护剂的喷涂(涂抹)量200g/m²。经测试，养护剂保水率为95％，半刚性基层7d无侧限抗压强度为基准强度的116％，28d无侧限抗压强度为基准强度的130％。

从以上实施例可以看出，该型高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂具有良好的保水效果，四组实施例中保水率均大于90％，而且该型养护剂使半刚性基层的7d和28d无侧限抗压强度大幅度提升，说明在早期强度提高的基础上后期强度仍持续增长。因此，本发明的高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂具有良好的适用性，能有效解决当前半刚性基层养护问题，保证半刚性基层沥青路面的工程质量，具有广阔的应用前景。

Claims (5)

1.一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂，其特征在于：由以下原材料组成：聚丙烯酰胺、稻壳灰、类水滑石、水性膨胀剂、渗透剂、甲基硅醇钠、纳米碳酸钙、乙酸乙酯、聚硅氧烷和水。

2.如权利要求1所述的高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂，其特征在于：以重量分数计，由以下原材料组成：0.2％～0.8％的聚丙烯酰胺，17％～25％的稻壳灰，6％～8％的类水滑石，2％～3％的水性膨胀剂，1％～1.5％的渗透剂，2％～5％的甲基硅醇钠，1％～4％的纳米碳酸钙，3％～5％的乙酸乙酯，1.5％～3％聚硅氧烷，余量为水，原料的重量百分数之和为100％。

3.如权利要求1所述的高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂，其特征在于：所述的渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

4.如权利要求2所述的高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂，其特征在于：所述的渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。

5.一种高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂的制备方法，其特征在于：该方法采用权利要求1、2、3或4所述的高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂的配方，该方法包括以下步骤：

步骤一，按质量称取上述各原材料；

步骤二，将纳米碳酸钙、甲基硅醇钠和渗透剂在容器中混合，并强制搅拌均匀，得到混合物A；

将聚丙烯酰胺和50％配方用量的水在容器中搅拌混合均匀，得到混合物B；

将聚硅氧烷和乙酸乙酯混溶，搅拌均匀，得到混合物C；

步骤三，用湿布润湿水泥净浆搅拌机的搅拌锅和搅拌叶；

步骤四，将稻壳灰、类水滑石和水性膨胀剂依次加入到搅拌锅中，开动搅拌机，低速搅拌180s，高速搅拌60s；

其中在第120s～130s时，加入剩余50％配方用量的水，此次搅拌停止时，将搅拌叶上的混合物用洁净的刮刀刮下；

步骤五，将预先配制的混合物A在5s内加入搅拌锅中，并继续低速搅拌60s，使混合物充分混合；

步骤六，将预先配制的混合物B在5s内加入搅拌锅中，并继续低速搅拌30s，高速搅拌60s，搅拌停止时，将搅拌锅壁内和搅拌叶上的混合物用润湿的洁净刮刀刮下；

步骤七，将预先配制的混合物C在5s内缓慢加入搅拌锅中，并继续低速搅拌120s，既得到高渗透微膨胀型半刚性基层养护剂。