CN106700574B - 一种抗水损沥青再生疏水材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抗水损沥青再生疏水材料，包括组分A：Span60、Span80、乙醇、水和沥青冷底子油，组分B：甲基硅酸钠和甲基硅树脂。组分A中Span60、Span80、无水乙醇、去离子水与沥青冷底子油的添加量按质量比为1～2:1～2:10～15:5～10:30～40。组分B中甲基硅酸钠与甲基硅树脂添加量按质量比为2～6:34～38。本发明抗水损沥青再生疏水材料最大可使沥青路表与水接触角提高到119°，疏水效果明显，同时能显著降低沥青路面内部吸水能力，可提高沥青混凝土水稳定性。
Description
技术领域
本发明属于道路工程沥青路面修复养护技术领域，具体涉及一种能有效提高沥青路面疏水性能的有机硅沥青再生疏水涂层材料及其制备方法。
背景技术
沥青路面的早期损坏主要包括车载、裂缝、坑槽、松散等病害，而水是危害沥青路面的主要因素之一，且在一定程度上会加速路面结构损坏。沥青路面施工时由于离析会造成局部压实不足，空隙率较大，使水容易进入路面结构内部；此外，路面由于半刚性基层开裂形成的反射裂缝或面层材料低温开裂，灌缝不及时或不完全，也给水提供了进入路面结构内部的通道。进入沥青路面内部的水，对路面结构强度和整体性有很大危害。
沥青路面传统的防水措施，一般是采用热沥青对已形成的裂缝进行灌缝或对使用2-3年的沥青路面进行表面处理，如雾封层、稀浆封层和微表处等。这些工艺需要专门设备才能施工，成本较高；同时，其主要结合料仍然为沥青，而沥青的疏水效果相当有限。
表面处治技术类对沥青路表与水接触角无改善，一般小于90°，文献D“沥青路面有机硅预养护材料的性能表征与养护机理研究”(林俊涛，武汉理工大学，2011)中有机硅预养护材料与水的接触角最大只提高到93.6°。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种抗水损沥青再生疏水材料及其制备方法，显著提高接触角，降低水分在表面存留和进入沥青路面内部，提高沥青路面防水能力，延长沥青路面使用寿命。
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：
一种抗水损沥青再生疏水材料，包括组分A：Span60、Span80、乙醇、水和沥青冷底子油，组分B：甲基硅酸钠和甲基硅树脂。
优选的，组分A中Span60、Span80、无水乙醇、去离子水与沥青冷底子油的添加量按质量比为1～2:1～2:10～15:5～10:30～40。组分B中甲基硅酸钠与甲基硅树脂添加量按质量比为2～6:34～38。
更优选的，组分A中Span60、Span80、无水乙醇、去离子水与沥青冷底子油的添加量按质量比为1:1:10:5:30。组分B中甲基硅酸钠与甲基硅树脂添加量按质量比为2:38。
抗水损沥青再生疏水材料的制备方法，包括如下步骤：
将Span60、Span80、乙醇、水和沥青冷底子油混合搅拌得组分A；
将甲基硅酸钠加入甲基硅树脂中，搅拌得组分B；
将组分B逐滴加入到组分A中搅拌得到所述抗水损沥青再生疏水材料。
其中，以质量计，组分A:组分B为60～80:20～40。
优选的，以质量计，组分A:组分B为60:40。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
1)本发明抗水损沥青再生疏水材料最大可使沥青路表与水接触角提高到119°，疏水效果明显。
2)本发明抗水损沥青再生疏水材料显著降低沥青路面内部吸水能力。
3)本发明抗水损沥青再生疏水材料可提高沥青混凝土水稳定性。
附图说明
图1为使用本发明抗水损沥青再生疏水材料的疏水效果图。
具体实施方式
沥青冷底子油是用稀释剂(汽油、柴油、煤油、苯等)对沥青进行稀释的产物，为快挥发型，黏度小，具有良好的流动性，涂抹在沥青路面上，能很快深入路表微裂隙和粘附在集料上，待溶剂挥发后，可与沥青路面紧密结合，具有阻水效果。甲基硅树脂，外观为无色透明油状液体，粘度(25℃)≤20mm2/s，比重(25℃)0.98-1.10，折射率1.394-1.419，固含量100％。其具有优良的超疏水作用，并且本身是完美的粘合剂，能与沥青路面很好的粘合。甲基硅酸钠，外观为淡黄色液体，比重(25℃)1.16～1.2，固含量大于30％，具有良好的渗透结晶性，具有良好的憎水性。
甲基硅树脂和甲基硅酸钠均具有疏水性，但单一使用时较粘稠，不易施工，对路面表面构造影响很大，进而影响行车安全性；沥青冷底子油中组分沥青和有机溶剂与沥青路面沥青分子量接近，容易吸附粘着；沥青冷底子油、甲基硅树脂和甲基硅酸钠三者共同配合可起到如下作用：(1)在路表构建丰富的微凸结构；(2)溶剂挥发后，沥青、甲基硅树脂和甲基硅酸钠形成三维交联网状结构；(3)增强与基底粘附，提高耐久性；(4)沥青冷底子油中溶剂在初期软化沥青路表沥青，调整沥青组分，部分挥发变形能力；同时，也利于甲基硅树脂和甲基硅酸钠在老化沥青及裂隙中渗透和扩散。
使用本发明的一种抗水损沥青再生疏水材料，将其喷涂到沥青路面表面，涂层材料通过渗透和扩散作用，进入路表孔隙、微裂缝中，随着溶剂挥发，甲基硅酸纳、甲基硅树脂与沥青留存下来，并形成交联结构，覆盖和堵塞孔隙及微裂隙，甲基硅酸钠、甲基硅树脂和沥青均具有良好的粘附性和疏水性，可以显著提高原路面疏水性，降低水浸润沥青-集料界面可能性，从而实现提高沥青路面水损性；同时，沥青可以修复部分磨损沥青膜，因而对原有路面具有一定再生作用。
组分A/组分B为60～80/20～40，这个比例主要考虑成膜性和经济性。疏水成膜主要依赖组分B，原理上组分B越多成膜效果越好，膜层也越厚，但成本也会更高；从实用角度，只需要在路表形成几个分子层厚度的薄膜即可，此时即可提升原有路面疏水效果；此外，不加组分A的话，混合溶液粘稠，不易喷洒，还容易造成路面构造大幅衰减，影响行车安全。本发明组分A/组分B比例60～80/20～40是经试验反复多次试验确定的一个综合疏水、成本和施工的较佳比例。
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。
实施例1
本实施例给出一种抗水损沥青再生疏水材料，由A、B两组分组成，其中，B组分由甲基硅酸钠与甲基硅树脂添加量按质量比为2:38，A组分由Span60、Span80、无水乙醇、去离子水与沥青冷底子油的添加量按质量比为1:1:10:5:30，B组分与A组分混合比例为20:80。
基于本实施例的原料配方，本实施例抗水损沥青再生疏水材料的具体制备过程如下所述：
步骤一，将甲基硅酸酸20ml加入到380ml甲基硅树脂中，低速搅拌均匀；
步骤二，将10g Span60与10g Span80混合均匀，然后加入100ml无水乙醇与50ml去离子水中进行稀释，再滴入30ml沥青冷底子油，低速搅拌均匀；
步骤三，将步骤一制得的混合溶液按A：B＝20:80比例逐滴缓慢加入步骤二制得的混合溶液中，低速恒温搅拌均匀，制成抗水损沥青再生疏水材料。
对实施例1制备的抗水损沥青再生疏水材料进行与水接触角试验：
接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θe，是润湿程度的量度。因此接触角的大小是评价疏水性能好坏的重要指标。在沥青路面表面喷涂疏水涂层材料，待表面干燥后，用滴管在涂层干燥后的表面滴2ml水形成一个水滴，用数码相机微距模式平行车辙板拍摄水滴；后期对拍摄的水滴用图像处理软件进行处理，标定水滴-车辙板界面线，过水滴-车辙板-空气交汇点作水滴切线，并用软件测量接触角。试验结果如表1所示。
对实施例1制备的抗水损沥青再生疏水材料进行浸渍试件吸水率试验：
一般材料疏水性能越好，其孔隙吸收和留存水分能力越弱，可以采用吸水率试验简介评价材料疏水性能。针对上述实施例制备的疏水涂层材料浸渍制备的AC-13沥青混凝土马歇尔试件(其中沥青使用90号A级道路石油沥青，各项指标均满足规范要求，集料采用玄武岩，矿粉采用石灰岩磨制矿粉，级配采用工程典型级配)。室内成型的标准马歇尔试件除去表面的浮粒，再把试件分成2组，一组为对照组，另一组试件全部浸渍在制备的疏水涂层材料中30min，然后取出置于阴凉透风处风干48h；称取2组干燥试件的空中质量(ma)。将溢流水箱水温保持在25℃±5℃。挂上网篮，浸入溢流水箱中，调节水位，将电子秤调零，把试件置于网篮中，浸水3-5min，称取试件水中质量(mw)。从水中取出试件用洁净柔软的拧干湿毛巾轻轻的擦去试件的表面水，称取试件的表干质量(mf)。
按下式计算试件的吸水率
式中：Sa——试件吸水率(％)
ma——干燥试件的空中质量(g)
mw——试件的水中质量(g)
mf——试件的表干质量(g)
测定吸水率结果列于表2。
对实施例1制备的一种抗水损沥青再生疏水材料进行水稳定性试验：
沥青混合料一般以浸水马歇尔残留稳定度和劈裂强度比值来判断沥青混合料抗水损能力。马歇尔残留稳定度实验方法为用马歇尔击实仪成型试件，双面各击实75次，成型后试件的直径为101.6±0.25mm，试件高度在63.5±1.5mm,共16个试件，分成2组，一组为对照组，另一组试件全部浸渍在制备的疏水涂层材料中30min，然后取出置于阴凉通风处风干48h。每组试件再分成2小组，各4个试件，分别置于60℃水浴中恒温30min和48h。再测定所有试件稳定度，计算出残留稳定度，结果列于表3。
冻融劈裂实验用马歇尔击实仪成型试件，双面各击实50次，成型后试件的直径为101.6±0.25mm，试件高度在63.5±1.5mm,共16个试件，分成2组，一组为对照组，另一组试件全部浸渍在制备的疏水涂层材料中30min，然后取出置于阴凉通风处风干48h。从2组中分别随机抽取4个试件在25℃浸水、0.09Mpa真空下饱水约15分钟，取出试件后用塑料包裹单个试件，每个塑料袋中加入10ml水分使试件没过，再将试件移入-18℃环境中冷冻16h，试件取出后立即放入60℃恒温水浴中，撤去塑料袋，保温24h；然后，再将所有试件浸入温度为25℃的恒温水浴中2h。再分别对试件进行劈裂试验，结果列于表2。
实施例2
本实施例给出一种一种抗水损沥青再生疏水材料，由A、B两组分组成，其中，B组分由甲基硅酸钠与甲基硅树脂添加量按质量比为6:34，A组分由Span60、Span80、无水乙醇、去离子水与沥青冷底子油的添加量按质量比为2:2:15:10:40，B组分与A组分混合比例为20:80。
本实施例中对原料的要求和制备方法均与实施例1相同。
本实施例的测试方法与实施例1相同，测试结果如表1～2所示。
实施例3
本实施例给出一种抗水损沥青再生疏水材料，由A、B两组分组成，其中，B组分由甲基硅酸钠与甲基硅树脂添加量按质量比为2:38，A组分由Span60、Span80、无水乙醇、去离子水与沥青冷底子油的添加量按质量比为1:1:10:5:30，B组分与A组分混合比例为30:70。
本实施例中对原料的要求和制备方法均与实施例1相同。
本实施例的测试方法与实施例1相同，测试结果如表1～2所示。
实施例4
本实施例给出一种抗水损沥青再生疏水材料，由A、B两组分组成，其中，B组分由甲基硅酸钠与甲基硅树脂添加量按质量比为2:38，A组分由Span60、Span80、无水乙醇、去离子水与沥青冷底子油的添加量按质量比为1:1:10:5:30，B组分与A组分混合比例为40:60。
本实施例中对原料的要求和制备方法均与实施例1相同。
本实施例的测试方法与实施例1相同，测试结果如表1～2所示。
对比例1
本对比例使用AC-13沥青混凝土马歇尔试件(其中沥青使用90号A级道路石油沥青，各项指标均满足规范要求，集料采用玄武岩，矿粉采用石灰岩磨制矿粉，级配采用工程典型级配)进行接触角、吸水率以及水稳性试验时不对试件进行特别处理。
对比例2
本对比例给出一种涂料，区别在于不含B组分，仅由A组分由Span60、Span80、无水乙醇、去离子水与沥青冷底子油的添加量按质量比为1:1:10:5:30组成，试验结果表明无疏水效果。
对比例3
本对比例给出一种疏水涂料，由A、B两组分组成，区别在于B组分中不含甲基硅酸钠，A组分由Span60、Span80、无水乙醇、去离子水与沥青冷底子油的添加量按质量比为1:1:10:5:30，B组分与A组分混合比例为20:80。试验结果表明如不含甲基硅酸钠在涂料制备初期容易发生凝胶固化。
对比例4
本对比例给出一种涂料，由A、B两组分组成，区别在于B组分中不含甲基硅树脂，A组分由Span60、Span80、无水乙醇、去离子水与沥青冷底子油的添加量按质量比为1:1:10:5:30，B组分与A组分混合比例为20:80，试验结果表明如不含甲基硅树脂则涂料无疏水效果。
效果分析
表1 沥青路面表面与水接触角
| 试件 | 接触角(°) |
| 对比例1 | 68 |
| 实施例1 | 105 |
| 实施例2 | 102 |
| 实施例3 | 110 |
| 实施例4 | 119 |
| 对比例2 | 69 |
| 对比例4 | 76 |
表1表明，与对比例相比，喷涂抗水损有机硅沥青再生疏水涂层材料的沥青路面表面与水接触角明显大于对比例；且不同实施例接触角有明显差异，表明喷涂疏水涂层材料沥青路表显著提高了疏水性。
表2 吸水率试验结果
| 试件 | 吸水率(％) |
| 对比例1 | 0.45 |
| 实施例1 | 0.22 |
| 实施例2 | 0.25 |
| 实施例3 | 0.18 |
| 实施例4 | 0.12 |
| 对比例2 | 0.44 |
| 对比例4 | 0.42 |
表2表明，浸渍疏水涂层后试件吸水率相比普通试件有所降低，表明疏水涂层对减少水分进入试件内部发挥了作用。
表3 水稳定性测试结果
表3表明，浸渍疏水涂层后试件残留稳定度和冻融劈裂比相比普通试件有所提高，也间接说明浸渍疏水涂层对试件表面孔隙和微观缺陷有封堵和疏水效果。
Claims (5)
1.一种抗水损沥青再生疏水材料，包括组分A：Span60、Span80、乙醇、水和沥青冷底子油，其特征在于，所述抗水损沥青再生疏水材料还包括组分B：甲基硅酸钠和甲基硅树脂；以质量计，组分A:组分B为60～80:20～40；
所述组分A中Span60、Span80、无水乙醇、去离子水与沥青冷底子油的添加量按质量比为1～2:1～2:10～15:5～10:30～40；
所述组分B中甲基硅酸钠与甲基硅树脂添加量按质量比为2～6:34～38。
2.如权利要求1所述抗水损沥青再生疏水材料，其特征在于，所述组分A中Span60、Span80、无水乙醇、去离子水与沥青冷底子油的添加量按质量比为1:1:10:5:30。
3.如权利要求1所述抗水损沥青再生疏水材料，其特征在于，所述组分B中甲基硅酸钠与甲基硅树脂添加量按质量比为2:38。
4.权利要求1-3任一所述抗水损沥青再生疏水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将Span60、Span80、乙醇、水和沥青冷底子油混合搅拌得组分A；
将甲基硅酸钠加入甲基硅树脂中，搅拌得组分B；
将组分B逐滴加入到组分A中搅拌得到所述抗水损沥青再生疏水材料。
5.如权利要求4所述抗水损沥青再生疏水材料的制备方法，其特征在于，以质量计，组分A:组分B为60:40。
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