CN106316218A - 一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料及其制备方法，由乳状组合物和砂混合制成，乳状组合物和砂的重量比为1：(0.25～0.44)；所述的乳状组合物，以重量分数计，由以下原料组成：SBS改性乳化沥青为35％～42％，碳纳米管为5％～6.5％，玻璃鳞片为14％～16％，苯丙乳液为11％～17.7％，水性氟碳树脂为10％～13％，偶联剂为4.8％～6％，丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂为1.2％～2.2％，余量为水，原料的重量百分数之和为100％。将本发明制备的材料应用于出现早期病害的沥青路面雾封层，可对出现早期病害的路面进行表面修复，使路面保持优良的抗滑性能。材料具有高抗渗性，耐磨耗和抗滑性能优良，可有效抑制雨水渗透到沥青路面的微裂缝中，防止路面早期结构性破坏。

Description

一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料及其制备方法

技术领域

本发属于明公路养护领域，涉及雾封层材料，具体涉及一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料及其制备方法。

背景技术

沥青路面因其具有行车舒适性好、施工方便、养护维修简单以及噪音小等优势而广泛应用于我国高等级路面的建设。然而，当沥青路面开放交通后，在复杂的自然因素及大量的行车荷载作用下，会逐步出现轻微疲劳龟裂、微裂缝、集料松散、抗渗和抗滑性能下降等病害，造成路面功能性破坏。如果不及时加以处理，路面表面的水会通过微裂缝渗入沥青路面结构层中，导致路面整体结构的降低，加速沥青路面结构性破坏。因此，不仅将大幅提高沥青路面中后期养护的难度与成本，而且会缩短沥青路面的使用寿命。鉴于以上原因，近年来预防性养护技术迅速发展，并在工程中得到广泛应用。

雾封层技术由于具有施工效率高，路表功能恢复快等优势，现已发展成为预防性养护技术中重要的一种。该技术可补充沥青混合料中被磨耗掉的沥青结合料，填充细缝，固锁骨料，还原被氧化的沥青，并推迟原有沥青的老化，恢复路面功能性，具有施工简便，养护效果明显，改善视觉效果等一系列特点。但目前普遍使用的雾封层材料存在防渗水作用不理想，抗滑性能较低，粘结力不强，耐磨耗性能较差等缺陷，在车辆荷载作用下各项功能下降明显，因此导致预养护效果的耐久性不佳，不能显著延长沥青路面的养护周期。基于此，本发明将提供一种沥青路面用耐久型高抗渗的雾封层材料，大幅提升雾封层的路用性能与养护效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料及其制备方法，该材料可对出现早期病害的路面进行表面修复，具有耐磨耗，高抗滑性能，高抗渗和抗裂性能等技术特性，可有效提高沥青路面预养护效果，延长沥青路面的养护周期和使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，由乳状组合物和砂混合制成，乳状组合物和砂的重量比为1：(0.25～0.44)；所述的乳状组合物，以重量分数计，由以下原料组成：SBS改性乳化沥青为35％～42％，碳纳米管为5％～6.5％，玻璃鳞片为14％～16％，苯丙乳液为11％～17.7％，水性氟碳树脂为10％～13％，偶联剂为4.8％～6％，丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂为1.2％～2.2％，余量为水，原料的重量百分数之和为100％。

本发明还具有如下区别技术特征：

所述的碳纳米管为羧基化双壁碳纳米管，管径为2～4nm，长度为40～50μm，羧基重量百分率为2.58％。

所述的苯丙乳液为环氧树脂改性苯丙乳液。

所述的砂为粒径0.15～0.6mm的钨矿尾砂。

所述的水性氟碳树脂为由三氟氯乙烯单体与非氟烯烃单体经乳液聚合而成的共聚乳液，氟含量为12±1％，固含量为43±2％，最低成膜温度为11±2℃。

所述的偶联剂由钛酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂按4：6的质量比配制而成。

所述的丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂为黄色透明液体，固含量大于等于85％。

一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料的制备方法，该方法采用如上所述的沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，具体包括以下步骤：

步骤一，按照原料及其质量百分比选择原料；

步骤二，将SBS改性乳化沥青加热到60℃后依次加入碳纳米管和丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂，用高速剪切乳化机在4000rpm的剪切速率下剪切30分钟得到混合物A；

步骤三，将钛酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂按4：6的质量比配制成复配的偶联剂溶液B，再将玻璃鳞片倒入溶液B中搅拌均匀然后静置2小时，烘干后得到混合物C；

步骤四，将混合物C和备好的苯丙乳液以及水性氟碳树脂倒入容器中，均匀搅拌10分钟，得到混合物D；

步骤五，将混合物D倒入装有混合物A的容器中，均匀搅拌15分钟，得到组合物E，E即为上述乳状组合物；

步骤六，将乳状组合物与称得的砂充分搅拌，均匀混合，即可得到沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)碳纳米管作为一种新型纳米材料，具有出色的力学性能，其抗拉强度为钢的100倍，弹性模量可达1TPa，与金刚石相当，同时材料还具有极高的韧性。将其掺加于雾封层材料中，可显著提高材料的韧性，有效改善混合料的高低温性能。另外，碳纳米管由于具有独特的多孔和空心结构，较大的比表面积，具有优异的吸附性能。本发明所采用的羧基化双壁碳纳米管与SBS改性乳化沥青有良好的亲和性，可对乳化剂和分散剂等外加剂产生稳定吸附，保证了碳纳米管在乳化沥青内的均匀分散。因此，所制备的雾封层材料在沥青路面表面可形成一层均匀的强化层，提高路面抵抗表面破坏与耐磨耗性能，整体表现为路面的功能性与耐久性显著提升。

(Ⅱ)环氧树脂改性的苯丙乳液不仅保持了苯丙乳液的耐候性、分散性好等特点，并具有强度高、耐腐蚀、附着力强等优势，可将玻璃鳞片通过强大的粘结力黏合在一起，大幅提高SBS改性乳化沥青与玻璃鳞片的粘结性能，改善其成膜作用，抑制玻璃鳞片松散现象的发生，使材料的抗渗性、耐磨耗性能大幅增强。同时，水性氟碳树脂的引入可以与苯丙乳液发生适度交联，大幅提高雾封层材料的成膜性、粘结性与机械强度，使雾封层材料与沥青路面上面层紧密粘结，使雾封层与砂不易脱落，从而提高了材料的耐磨耗性能。另外，氟碳键的引入能大幅改善SBS改性乳化沥青与苯丙乳液的抗紫外老化性能，使得雾封层材料的耐候性及耐侵蚀性得以大幅提升。

(Ⅲ)玻璃鳞片纵横比高达30～120，扁平的玻璃鳞片在材料中呈平行重叠排列的宫式结构，不仅能形成致密的防渗层结构，而且碳纳米管均匀分散于宫式结构内部，可对其形成的平行曲折结构进行加密补强，改善结构的均匀性，有效缓解固化收缩过程中粘结界面的残余应力。所以待乳化沥青破乳后可形成一层经过多层次杂化改性的强化薄膜，更进一步提高了雾封层材料的强度和抗变形能力，兼具有机和无机增韧的双重优点，使雾封层具有出色的抗渗和抗裂性能，可显著延缓沥青路面的水损害，延长沥青路面的使用寿命。

(Ⅳ)本发明经过大量的研究和实验，结果表明，将本发明制备的材料应用于出现早期病害的沥青路面雾封层，可对出现早期病害的路面进行表面修复，使路面保持优良的抗滑性能。材料具有高抗渗性，可有效抑制水渗透到沥青路面的微裂缝中，防止路面早期结构性破坏。同时，材料的耐磨耗性能突出，显著提高了沥青路面预防性养护效果，延长了沥青路面的养护周期和使用寿命。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

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。

对比例1：碳纳米管改性雾封层材料

本对比例给出一种碳纳米管改性雾封层材料，其由乳状组合物和砂均匀混合而成，其对应重量比为1：0.44。

其中，乳状组合物以质量分数计，由以下原料组成：42.0％SBS改性乳化沥青，6.5％碳纳米管，17％苯丙乳液，2％丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂，32.5％水，质量百分数之和为100％。

本对比例的性能测试结果参见表1至表3。

对比例2：玻璃鳞片改性雾封层材料

本对比例给出一种玻璃鳞片改性雾封层材料，其由乳状组合物和砂均匀混合而成，其对应重量比为1：0.44。

其中，乳状组合物以质量分数计，由以下原料组成：42.0％SBS改性乳化沥青，15.0％玻璃鳞片，15％苯丙乳液，5％偶联剂，23％水，质量百分数之和为100％。

本对比例的性能测试结果参见表1至表3。

对比例3：苯丙乳液改性雾封层材料

本对比例给出一种苯丙乳液改性雾封层材料，其由乳状组合物和砂均匀混合而成，其对应重量比为1：0.44。

其中，乳状组合物以质量分数计，由以下原料组成：42.0％SBS改性乳化沥青，15％苯丙乳液，12％水性氟碳树脂，2％丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂，29％水，质量百分数之和为100％。

本对比例的性能测试结果参见表1至表3。

实施例1：

本实施例给出一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，由乳状组合物和砂混合制成，乳状组合物和砂的重量比为1：0.44；所述的乳状组合物，以重量分数计，由以下原料组成：SBS改性乳化沥青为35％，碳纳米管为5％，玻璃鳞片为16.0％，苯丙乳液为17.7％，水性氟碳树脂为10％，偶联剂为6％，丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂为1.2％，水为9.1％。

其中，碳纳米管为羧基化双壁碳纳米管，管径为2～4nm，长度为40～50μm，羧基重量百分率为2.58％。

苯丙乳液为环氧树脂改性苯丙乳液。

砂为粒径0.15～0.6mm的钨矿尾砂。

水性氟碳树脂为由三氟氯乙烯单体与非氟烯烃单体经乳液聚合而成的共聚乳液，氟含量为12±1％，固含量为43±2％，最低成膜温度为11±2℃。

偶联剂由钛酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂按4：6的质量比配制而成。

丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂为黄色透明液体，固含量大于等于85％。

本实施例的沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一，按照原料及其质量百分比选择原料；

步骤二，将SBS改性乳化沥青加热到60℃后依次加入碳纳米管和丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂，用高速剪切乳化机在4000rpm的剪切速率下剪切30分钟得到混合物A；

步骤三，将钛酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂按4：6的质量比配制成复配的偶联剂溶液B，再将玻璃鳞片倒入溶液B中搅拌均匀然后静置2小时，烘干后得到混合物C；

步骤四，将混合物C和备好的苯丙乳液以及水性氟碳树脂倒入容器中，均匀搅拌10分钟，得到混合物D；

步骤五，将混合物D倒入装有混合物A的容器中，均匀搅拌15分钟，得到组合物E，E即为上述乳状组合物；

步骤六，将乳状组合物与称得的砂充分搅拌，均匀混合，即可得到沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料。

本实施例的性能测试结果参见表1至表3。

实施例2：

本实施例给出一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，由乳状组合物和砂混合制成，乳状组合物和砂的重量比为1：0.40；所述的乳状组合物，以重量分数计，由以下原料组成：SBS改性乳化沥青为38％，碳纳米管为5.6％，玻璃鳞片为15.0％，苯丙乳液为13.0％，水性氟碳树脂为13％，偶联剂为4.8％，丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂为2％，水为8.6％。

其中，本实施例中对各组分的优选要求与实施例1相同。

本实施例的沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料的制备方法与实施例1基本相同。

本实施例的性能测试结果参见表1至表3。

实施例3：

本实施例给出一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，由乳状组合物和砂混合制成，乳状组合物和砂的重量比为1：0.40；所述的乳状组合物，以重量分数计，由以下原料组成：SBS改性乳化沥青为40.0％，碳纳米管为6.0％，玻璃鳞片为14.3％，苯丙乳液为12.7％，水性氟碳树脂为11.0％，偶联剂为5.0％，丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂为2.2％，水为8.8％。

其中，本实施例中对各组分的优选要求与实施例1相同。

本实施例的沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料的制备方法与实施例1基本相同。

本实施例的性能测试结果参见表1至表3。

实施例4：

本实施例给出一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，由乳状组合物和砂混合制成，乳状组合物和砂的重量比为1：0.30；所述的乳状组合物，以重量分数计，由以下原料组成：SBS改性乳化沥青为42.0％，碳纳米管为6.5％，玻璃鳞片为14％，苯丙乳液为11％，水性氟碳树脂为12.5％，偶联剂为5.5％，丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂为1.5％，水为7.0％。

其中，本实施例中对各组分的优选要求与实施例1相同。

本实施例的沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料的制备方法与实施例1基本相同。

本实施例的性能测试结果参见表1至表3。

性能测试：

下面将对比例1～3和实施例1～4的样品进行性能测试。

(1)摩擦系数、渗透系数检测：

先根据《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008)规定的摆式摩擦系数测定仪方法对同一沥青路面路段划分出7块不同区域进行摩擦系数检测。每块区域检测6处。

将制备好的对比例1～3和实施例1～4的样品通过雾化撒布机分别均匀喷洒到经清扫的上述4块不同区域的沥青路面上。其中，撒布量为0.3～0.5kg/m²，自然干燥4h，现场环境温度为20℃。随后采用同样的方法对撒布后各区域进行摩擦系数检测，各区域检测6处。摩擦系数检测结果见表1。

渗水系数检测采用渗水仪，根据《公路路基路面现场测试规程》(JTGE60-2008)规定的沥青路面渗水系数测定方法，对撒布后的区域进行试验，每块区域各检测6次，渗水系数检测结果见表2。

(2)马歇尔稳定度测试：

按沥青：矿粉：碎石重量比为4.2：8.3：87.5的配比，混合料级配类型为AC-13，用马歇尔击实仪成型24个马歇尔试件，平均分为8组。其中一组为基准组，其余7组各自分别用对比例1～3和实施例1～4的雾封层材料喷涂其全表面积，喷涂量为0.3～0.5kg/m²，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)对各组试件的稳定度进行测试，试验结果见表3。

如表1所示，本发明雾封层材料实施例1～4应用于沥青路面雾封层养护，可大幅提高路面的抗滑性能，确保行车安全性，虽然对比例1～3也能提高路面的摩擦系数，但是相比于实施例来讲幅度较小。如表2所示，实施例1～4的抗渗性能突出，基本是不渗水的，可有效抑制水分渗透到沥青路面结构中，防止沥青路面早期的水损害导致的结构性破坏；对于对比例来讲，对比例2的抗渗性能最好，但相比于实施例1～4来讲抗渗性能仍略有不足。如表3所示，均匀喷洒实施例1～4的雾封层材料后，马歇尔试件的稳定度都有明显上升，说明其对沥青混合料表面有增强作用，因此可提高沥青路面的抗裂性能；而喷洒对比例1～3后，稳定度提升幅度很小。总体来看，对比例1～3虽然也能一定程度的恢复路表功能，但是效果一般，而本发明提供的实施例1～4在碳纳米管、玻璃鳞片、苯丙乳液和水性氟碳树脂的协同作用下，大幅度提高了沥青路面养护效果，可明显延长沥青的养护周期和使用寿命，充分体现了其优越性。

表1样品撒布前后路面摩擦系数测试结果

表2样品撒布后渗水系数检测结果

表3喷洒样品前后马歇尔试件稳定度测试结果

Claims (8)

1.一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，其特征在于：由乳状组合物和砂混合制成，乳状组合物和砂的重量比为1：(0.25～0.44)；所述的乳状组合物，以重量分数计，由以下原料组成：SBS改性乳化沥青为35％～42％，碳纳米管为5％～6.5％，玻璃鳞片为14％～16％，苯丙乳液为11％～17.7％，水性氟碳树脂为10％～13％，偶联剂为4.8％～6％，丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂为1.2％～2.2％，余量为水，原料的重量百分数之和为100％。

2.如权利要求1所述的沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，其特征在于：所述的碳纳米管为羧基化双壁碳纳米管，管径为2～4nm，长度为40～50μm，羧基重量百分率为2.58％。

3.如权利要求1所述的沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，其特征在于：所述的苯丙乳液为环氧树脂改性苯丙乳液。

4.如权利要求1所述的沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，其特征在于：所述的砂为粒径0.15～0.6mm的钨矿尾砂。

5.如权利要求1所述的沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，其特征在于：所述的水性氟碳树脂为由三氟氯乙烯单体与非氟烯烃单体经乳液聚合而成的共聚乳液，氟含量为12±1％，固含量为43±2％，最低成膜温度为11±2℃。

6.如权利要求1所述的沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，其特征在于：所述的偶联剂由钛酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂按4：6的质量比配制而成。

7.如权利要求1所述的沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，其特征在于：所述的丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂为黄色透明液体，固含量大于等于85％。

8.一种沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料的制备方法，其特征在于，该方法采用如权利要求6所述的沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料，具体包括以下步骤：

步骤一，按照原料及其质量百分比选择原料；

步骤二，将SBS改性乳化沥青加热到60℃后依次加入碳纳米管和丙烯酸酯嵌段聚合物分散剂，用高速剪切乳化机在4000rpm的剪切速率下剪切30分钟得到混合物A；

步骤三，将钛酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂按4：6的质量比配制成复配的偶联剂溶液B，再将玻璃鳞片倒入溶液B中搅拌均匀然后静置2小时，烘干后得到混合物C；

步骤四，将混合物C和备好的苯丙乳液以及水性氟碳树脂倒入容器中，均匀搅拌10分钟，得到混合物D；

步骤五，将混合物D倒入装有混合物A的容器中，均匀搅拌15分钟，得到组合物E，E即为上述乳状组合物；

步骤六，将乳状组合物与称得的砂充分搅拌，均匀混合，即可得到沥青路面用耐久型高抗渗雾封层材料。