CN106542777B

CN106542777B - 道路修补材料及其应用

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Publication number: CN106542777B
Application number: CN201510601785.2A
Authority: CN
Inventors: 韩先福; 衣大明; 贺伟力
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2019-05-28
Anticipated expiration: 2035-09-21
Also published as: CN106542777A

Abstract

公开了一种道路修补材料及其应用，所述道路修补材料包含尾矿、水泥、改性胶和聚丙烯纤维，其中基于该道路修补材料的总重量计，尾矿的含量为30‑60％，水泥的含量为20‑40％，改性胶的含量为5‑30％，聚丙烯纤维的含量为5‑20％。所述道路修补材料兼具有强度高和抗龟裂性好的优点。

Description

道路修补材料及其应用

技术领域

本发明涉及一种道路修补材料及其应用，尤其涉及强度高、抗龟裂的道路修补材料及其应用，其特别适合于各种机场跑道的修复。

技术背景

近几十年以来，国内水泥混凝土路面事业发展迅猛，至2013年我国水泥混凝土路面里程长度达120万公里，随着我国经济实力的快速发展，道路的交通量也在迅速增长，对水泥混凝土路面的结构质量的要求也随之要求更高。水泥混凝土路面具有沥青路面无可比拟的优点，强度高、刚度大、承载力强、稳定性好、耐久性好等优点。但是，面对日益增长的道路压力，许多道路因为不堪重负而损坏，但是也存在维修复杂、普通水泥混凝土修补凝结时间长、修补后期新旧混凝土粘附性差等缺点，同时水泥混凝土路面维修后不能立即开放交通，需要长时间的养护，一般铺筑完后需要养护14-28天才能开放交通，这对重交通地区是十分棘手的问题。

具体地，混凝土道路路面因各种因素造成经常出现坑槽、坑洞、崩边等破损性缺陷，若不及时修补，将危及行车和营运安全。

CN1970491A公开了一种沥青路面半刚性基层的快速修复水泥基材料，涉及一种快凝快硬水泥基材料的组成，其组分和含量为：快凝快硬水泥:砂子:石子:减水剂:纤维:特种添加剂:水＝15-85％:0-65％:0-50％:0-0.1％:0-2％:0-5％:5-25％重量百分比，该材料各组分的总量为100％wt。

CN101121812A公开了一种环氧树脂基快速修补材料及其制备方法，所述环氧树脂基快速修补材料由砂子、滑石粉、环氧树脂、聚酰胺和稀释剂制成，其制备方法包括：将环氧树脂与稀释剂混合均匀，加入聚酰胺搅拌均匀成环氧浆液；把砂子与滑石粉混合均匀；将环氧浆液与砂和滑石粉混合物搅拌均匀记得。

CN101230244A公开了一种自渗型混凝土裂缝修补胶及其制备方法，特征是按各成分在各自组分中所占质量比将10-50％的乙烯基聚氨酯和10-60％的乙烯基单体、10-60％的不饱和环氧树脂、0.1-10％的促进剂和0.01-1％的阻聚剂混合搅拌均匀后出料，即得主组分A；将60-90％的增塑剂和1-35％的硅烷偶联剂和1-5％的引发剂混合搅拌均匀后出料，即得副组分B；使用前将主组分A和副组分B分别包装，使用时根据需要按配比将主组分A与副组分B混合在一起。

CN101008172A公开了一种再生型道路冷补料，包括以下重量百分含量的组分：铣刨料：56-87％、冷补添加剂：0.08％-0.34％、柴油：0.87％-1.6％、其余为新石料。该再生型道路冷补料是采用高速公路路面铣刨废料、添加少量的新石料、道补液、柴油及高分子激活改性添加剂按一定配比加温拌和而成。

CN1810885A公开了一种冷补沥青添加剂，包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，树脂，溶剂，矿物油，苯乙烯，柴油，沥青。

CN1667045A公开了一种颗粒状的修补用沥青，其是由颗粒状搀料和包裹该搀料的包覆材料组成的，其中包覆材料是由沥青、粘结性树脂以及溶解该沥青和粘结性树脂的溶剂组成，在铺设加压时，粘结粘结性树脂，构成所希望的形状，并提供一种通过利用粘结性树脂的粘结力，可以有效安全地修补需要修补的场所的修补用沥青和使用修补用沥青的修补方法。

“浅谈稀浆封层车辙修补技术在高速公路中的应用”，李永霞等，道路工程，2012年第7期，105-107页公开了稀浆封层车辙修补技术，其中所述稀浆封层混合料原材料包括乳化沥青、矿料、水、外加剂和填料。

US2009052984A1公开了一种利用高温原地回收方法重新铺设铺砌表面的沥青混合物的方法，该方法包括：由所述铺砌表面提供颗粒尺寸已减小的铺路材料样品；向所述回收的铺路材料样品中添加沥青材料；将所述样品和所述沥青材料混合从而形成混合物；压实所述混合物从而形成至少一种测试试样，所述试样具有的空气空隙在所述铺砌表面的空气空隙的约3％以下；检测所述至少一种试样的流变性能；并且基于所述至少一种试样的所述流变性能来选择用于所述高温就地回收方法的沥青材料成分。

然而，在上述道路修补材料中，基本均难以同时兼顾强度性能和抗龟裂性能，通常为了获得高强度，需要使修补区域具有高的硬度，结果导致龟裂，因此如何开发一种能够同时兼顾强度和抗龟裂性的道路修补材料变得尤为需要。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，在现有技术的基础上，本发明人经过深入研究和大量实验，提出了如下技术方案：

在一方面，提供了一种道路修补材料，其包含尾矿、水泥、改性胶和聚丙烯纤维，其中基于该道路修补材料的总重量计，尾矿的含量为30-60％，水泥的含量为20-40％，改性胶的含量为5-30％，聚丙烯纤维的含量为5-20％。

所述水泥可以为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和高铝水泥中的一种或多种的组合，优选为两种以上的组合。

最优选地，所述水泥为硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥以1:3-3:1重量比的混合物。研究发现，通过将二者以该特定的比例进行混合，能够使二者形成有效的二元体系，其中硅酸盐水泥硬化浆体后期体积变形较大，易收缩开裂，而硫铝酸盐水泥具有旱强、高强、抗硫酸盐腐蚀、抗盐分腐蚀等特点，但是在使用期间会因其晶型转变引发结构变化，使晶体间结合力降低，导致强度倒缩，二者结合使用恰好可以充分发挥硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥各自的优点，抑制各自的缺点，使二者不仅能在性能(尤其是强度)方面取长补短，而且工艺过程简便容易。这样的效果是本领域专业技术人员所难以预料到的。

所述硅酸盐水泥优选为改性硅酸盐水泥，其可以通过如下方法进行改性：将市售硅酸盐水泥熟料与市售磷铝酸盐水泥熟料按照10:1-5:1的重量比进行混合，混合均匀后再加入以所述硅酸盐水泥孰料重量计1-8％的氯化钙，进行混磨，然后筛分，过200目筛，获得细料，即制得改性硅酸盐水泥。

经过深入研究，出乎意料地发现，在该改性硅酸盐水泥中，通过对水化放热速率和水化放热量进行分析，并结合XRD进行分析，结果表明，磷铝酸盐熟料的掺入可以加快硅酸盐水泥的水化速率，这是由于磷铝酸盐熟料自身水化较快，磷铝酸盐熟料的水化吸收了水化浆体中的OH^-，正因为如此，使水化体系的原有的水化平衡被打破，导致C₃S、C₂S的水化加速。

优选地，所述尾矿为稀土尾矿。进一步优选地，所述尾矿为改性的稀土尾矿，其改性方法包括：将稀土尾矿与铅锌矿、萤石和镁土混合，然后球磨2-5小时，其中基于稀土尾矿的重量计，铅锌矿的重量比例为1.0-2.5％，萤石的重量比例为0.5-1.5％，镁土的重量比例为0.1-0.5％。通过本发明的所述处理方法，使稀土尾矿中的f-CaO含量进一步降低，促进C3S的形成，减少了熟料游离氧化钙的析出，从而有利于道路修补材料的强度性能和水化性能。本发明的这种稀土尾矿处理方法在现有技术中鲜有报导，不是本领域的公知常识。

所述改性胶可以为常规改性胶。然而，为实现本发明的目的，所述改性胶优选为聚氨酯、环氧树脂或其组合经过改性得到的改性胶，其通过掺混5-10重量％(基于改性胶的总重量计)的纳米二氧化硅进行改性。

所述聚丙烯纤维的长度优选为3-19cm，直径优选为35-39μm，含湿量优选小于0.15重量％。

最优选地，所述聚丙烯纤维由聚丙烯掺混物构成，所述聚丙烯掺混物包含如下成分或由如下成分构成：5-15重量％的间同立构聚丙烯，以及10-40重量％熔点为80-155℃的第一全同立构聚丙烯和30-60重量％熔点为160-168℃的第二全同立构聚丙烯，所述第一全同立构聚丙烯具有2-3.5的分散指数(D)。这种先前所未报导的新的聚丙烯纤维，由于不同类型聚丙烯之间的有机组合，具有特别良好的机械性能，例如韧性(其韧性可以是常规市售聚丙烯纤维的2倍以上)，并且具有最佳热特性，从而使道路修补材料在施用后具有非常好的强度和抗龟裂性。

为了进一步增强道路修补材料的强度，上述道路修补材料优选还包含基于该道路修补材料总重量计0.1-0.5％的其它增强纤维。

所述其它增强纤维优选为玻璃纤维。该玻璃纤维可以由E玻璃纤维短切而成，其单丝直径为10-20μm，长度为10-15mm，弹性模量为60-80GPa，密度为2.0-3.0g/cm³，优选2.58g/cm³，拉伸强度为1200-1800MPa，延伸率为2％-3.5％。经过研究发现，该增强玻璃纤维的使用，可以使3d弯曲强度相对于未添加该增强玻璃纤维的道路修补材料提高20-30％。

最优选地，可以将玻璃纤维制成织物，在通过灌注来修补道路时，可以分多层铺设在道路修补材料中。该织物可以由E玻璃纤维编织而成，其双向缝编(0°-90°)，面密度为500-520g/m²，单股粗纱2000-3000tex，理论截面积为0.90-0.95mm²，网孔尺寸10mm×10mm，弹性模量70-80GPa，粗纱承拉力1400-1500N，其施用量基于道路修补材料总重量计为0.1-0.3％。

经检测表明，玻璃纤维或纤维织物加入后，修补材料的密度有所降低，这是由于纤维质量轻，且其要占据一定的空间，在同样的压实功能下，其密度值下降，空隙率的变化趋势是随着纤维的加人有所减少。

在另一方面，本发明还提供了上文所述道路修补材料在道路修补中的应用，其包括以下步骤：

(1)预处理上文所述的道路修补材料：将上文所述道路修补材料与溶剂以10:1-1:10的重量比混合，得到预修补料，所述溶剂为水和水溶性有机溶剂的混合物；

(2)清理道路裂缝或坑洞：采用机械或人工方法清理道路裂缝或坑洞，直到露出混凝土稳固层；

(3)修补道路裂缝或坑洞：分一次或多次将上述预修补料直接灌入裂缝中，每次灌满裂缝后，待预修补料被吸收后再次灌入预修补料，直到路裂缝或坑洞不再吸收预修补料为止，其中对于深度≥1.5cm的裂缝或坑洞，向所述预修补料中加入占该预修补料重量5-30％的钢渣骨料。

在一个更具体方式中，在划定路面施工区域设置安全标志、标牌，其中细小裂缝和狭窄坑槽可能会需要进行人工清理，裂缝边缘松动的混凝土结构需彻底清除，直至见到混凝土稳固层为止，清扫碎渣和工程垃圾，可以用大功率吹风机彻底清除修补区域内的灰尘及杂物。在修补区域内先涂刷固含量为50％的乳化沥青，待完全破乳后再进行预修补料的直接灌入。分一次或多次将上述预修补料直接灌入裂缝中，每次灌满裂缝后，待预修补料被吸收后再次灌入预修补料，直到路裂缝或坑洞不再吸收预修补料为止，其中对于深度≥1.5cm的裂缝或坑洞，向所述预修补料中加入占该预修补料重量5-30％的钢渣骨料。用强夯机夯实完毕后，应使混合料顶面与原路面保持水平，3-50min后即可开放交通，行车碾压2-3天，使修补后的结构层进一步稳固，然后进行二次修补时，在预修补料中添加少量(例如预修补料的5-10重量％)石灰石粉，待搅拌均匀后用抹刀抹于上次修补区域之上，涂抹厚度应高于原路面1-2mm，待修补区域第二次修补2-4小时后后，放行车辆碾压1-2天，达到充分压实，从而完成道路修补。

具体实施方式：

修补道路材料性能测试方法包括：1、JTG E30～2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中T0566～2005水泥混凝土干缩性试验方法测定快速修补材料的收缩性能；2、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82-1985)；3、《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)；4、JT/C984-2005等。

实施例1

包含尾矿、水泥、改性胶和聚丙烯纤维，其中基于该道路修补材料的总重量计，尾矿的含量为30-60％，水泥的含量为20-40％，改性胶的含量为5-30％，聚丙烯纤维的含量为5-20％。

由尾矿、水泥、改性胶和聚丙烯纤维制备道路修补材料，基于该道路修补材料的总重量计，尾矿的含量为50％，水泥的含量为30％，改性胶的含量为10％，聚丙烯纤维的含量为10％。所述尾矿为稀土尾矿(得自唐钢选矿厂)，所述水泥为硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥(均得自河北唐山燕东水泥公司)以1:1重量比的混合物，并且加有占水泥总重量1.5％的氯化钙。所述改性胶为市售聚氨酯。所述聚丙烯纤维通过将聚丙烯掺混物通过常规拉丝法制得，所述聚丙烯纤维由聚丙烯掺混物构成，所述聚丙烯掺混物包含：10重量％的间同立构聚丙烯，以及40重量％熔点为80-155℃的第一全同立构聚丙烯和50重量％熔点为160-168℃的第二全同立构聚丙烯，所述第一全同立构聚丙烯具有2.8的分散指数(D)。

实施例2

(1)预处理根据实施例1制得的道路修补材料：将所述道路修补材料与溶剂以3:1的重量比混合，得到预修补料，所述溶剂为水和乙醇4:1重量比的混合物；

(2)清理道路裂缝或坑洞：采用机械或人工方法清理道路裂缝或坑洞，直到露出混凝土稳固层；其中细小裂缝和狭窄坑槽需要进行人工清理，裂缝边缘松动的混凝土结构需彻底清除，直至见到混凝土稳固层为止，清扫碎渣和工程垃圾，用大功率吹风机彻底清除修补区域内的灰尘及杂物，在修补区域内涂刷固含量为50％的乳化沥青，待完全破乳后进行下面的预修补料的直接灌入；

(3)修补道路裂缝或坑洞：分两次将上述预修补料直接灌入裂缝中，每次灌满裂缝后，待预修补料被吸收后再次灌入预修补料，直到路裂缝或坑洞不再吸收预修补料为止，其中对于深度≥1.5cm的裂缝或坑洞，向所述预修补料中加入占该预修补料重量20％的钢渣骨料；

(4)用强夯机夯实完毕后，使混合料顶面与原路面保持水平，30分钟后即可开放交通，行车碾压2天，使修补后的结构层进一步稳固，然后进行二次修补时，在预修补料中添加少量石灰石粉，待搅拌均匀后用抹刀抹于上次修补区域之上，涂抹厚度应高于原路面1.5mm，待修补区域第二次修补3小时后，放行车辆碾压1天，达到充分压实，从而完成道路修补。

根据上述方法对修补后的修补区域的强度(抗折/抗压强度)和抗裂性进行测试，测试方法如下：按照CECS13:2009《纤维混凝土试验方法标准》，“早龄期抗裂性对比试验”要求制作加工试验装置和试件。试件浇筑、振实、抹平后立即在温度20±5℃、相对湿度不大于60％的室内开始风吹试验，每个试件分别用1台电风扇吹风，风向与试件表面平行，试件中部上表面风速控制为5m/s～6m/s；从加水开始24小时后观测裂缝数量、宽度和长度。裂缝观测以肉眼可见裂缝为准，用钢尺测量长度，可近似取裂缝两端直线距离为裂缝长度。

测试结果如下表所示：

表1

对比例1

与实施例2的区别之处仅在于聚丙烯纤维为市售聚丙烯纤维(得自深圳市恒悦达建筑材料有限公司，产品型号为KLW-02JBX)。测试结果如下表所示：

表2

由上述对比清楚地可以看出，本发明的道路修补材料兼具有高的强度和抗龟裂性，这样的效果是先前所不曾预料到的，使得本发明的道路修补材料具有非常大的应用价值和应用范围，并且能够产生非常大的经济效益。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例旨在处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。

Claims

1.一种道路修补材料，其包含尾矿、水泥、改性胶和聚丙烯纤维，其中基于该道路修补材料的总重量计，尾矿的含量为30-60％，水泥的含量为20-40％，改性胶的含量为5-30％，聚丙烯纤维的含量为5-20％；

所述水泥为硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥以1:3-3:1重量比的混合物；

所述尾矿为改性的稀土尾矿，其改性方法包括：将稀土尾矿与铅锌矿、萤石和镁土混合，然后球磨2-5小时，其中基于稀土尾矿的重量计，铅锌矿的重量比例为1.0-2.5％，萤石的重量比例为0.5-1.5％，镁土的重量比例为0.1-0.5％；

所述改性胶为聚氨酯、环氧树脂或其组合经过改性得到的改性胶，其通过掺混基于改性胶的总重量计5-10重量％的纳米二氧化硅进行改性；

所述聚丙烯纤维由聚丙烯掺混物构成，所述聚丙烯掺混物由如下成分构成：5-15重量％的间同立构聚丙烯，以及10-40重量％熔点为80-155℃的第一全同立构聚丙烯和30-60重量％熔点为160-168℃的第二全同立构聚丙烯，所述第一全同立构聚丙烯具有2-3.5的分散指数(D)。

2.根据权利要求1的道路修补材料，其中该道路修补材料还包含基于该道路修补材料总重量计0.1-0.5％的其它增强纤维，所述其它增强纤维为玻璃纤维，该玻璃纤维可以由E玻璃纤维短切而成，其单丝直径为10-20μm，长度为10-15mm，弹性模量为60-80GPa，密度为2.0-3.0g/cm³，拉伸强度为1200-1800MPa，延伸率为2％-3.5％。

3.根据权利要求1或2的道路修补材料在道路修补中的应用，其包括以下步骤：

(1)预处理根据权利要求1或2的道路修补材料：将所述道路修补材料与溶剂以10:1-1:10的重量比混合，得到预修补料，所述溶剂为水和水溶性有机溶剂的混合物；

(3)修补道路裂缝或坑洞：分多次将上述预修补料直接灌入裂缝中，每次灌满裂缝后，待预修补料被吸收后再次灌入预修补料，直到路裂缝或坑洞不再吸收预修补料为止，其中对于深度≥1.5cm的裂缝或坑洞，向所述预修补料中加入占该预修补料重量5-30％的钢渣骨料。

4.根据权利要求3的应用，其中所述道路为混凝土道路。