CN106810153B - 一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路养护修补技术领域，涉及到一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料及其制备方法。所述冷补材料包括A组分、B组分和C组分；所述A组分按质量份计，包括石灰岩矿料100份、水泥3‑5份；所述B组分按质量份计，包括乳化沥青100份、自乳化水性环氧树脂40‑60份；所述C组分按质量份计，包括水性环氧固化剂100份、促进剂30‑50份。与现有技术相比，本发明可以提升水性环氧改性乳化沥青混合料的早期强度，进而缩短开放交通时间；水溶性好，制备过程简单、条件温和、施工方便快捷，无需熟练人员及专用设备，有良好的低温操作和易性，无任何挥发溶剂，施工环境好，不仅可以快速的修补路面，而且有利于环境保护。

Description

一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路养护修补技术领域，具体来说，涉及到一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料及其制备方法。

背景技术

在公路建设事业蓬勃发展的今天，交通量不断增长、轴载明显增大，给沥青路面带来明显的损坏，特别是松散、坑槽、龟裂等早期损坏，这将严重影响到路面的使用寿命和交通安全。目前，公路养护中一般采用热拌沥青混合料对坑槽等病害进行修补，但由于热拌沥青混合料受气候条件影响很大，一般只能在温度较高的季节对路面进行修补，致使许多路面病害得不到及时修补而更加严重。乳化沥青混合料可在低温潮湿条件下施工，受气候影响小，而且施工简便，环境友好，对路面病害可以做到及时、冷态修补，是解决此问题的有效途径之一。但乳化沥青路面存在早期强度低，成型缓慢以及高温稳定性不佳、耐久性差等一系列问题，限制了其在高等级沥青路面中的应用。因此，通过添加不同物质，改善乳化沥青混合料的固有缺陷势在必行。

水性环氧树脂因其优异的力学性能、粘接性能、高温稳定性、耐腐蚀性，可改善乳化沥青混合料的粘结力、高温稳定性、弹性恢复能力及抗压、抗变形能力，但目前市售水性环氧树脂体系对乳化沥青混合料的早期强度改性效果并不明显，主要是因为市售水性环氧树脂体系多针对工业涂料研发，为保证涂料施工的适用期，固化剂活性均不高，将其应用于改性乳化沥青，则固化时间长，无法提升改性乳化沥青混合料的早期强度，使得开放交通时间仍较长。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料及其制备方法，可以提升水性环氧改性乳化沥青混合料的早期强度，进而缩短开放交通时间。

本发明所述的一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料，所述冷补材料包括质量比为100:(15-25):(3-6)的A组分、B组分和C组分；所述A组分按质量份计，包括石灰岩矿料100份、水泥3-5份；所述石灰岩矿料包含粒径9.5-16mm级别5-40份、粒径4.75-9.5mm级别30-50份、粒径2.36-4.75mm级别15-35份、粒径0-2.36mm级别0-40份；所述B组分按质量份计，包括乳化沥青100份、自乳化水性环氧树脂40-60份；所述C组分按质量份计，包括水性环氧固化剂100份、促进剂30-50份。

本发明所述的一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料，所述水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为32.5R或42.5R。

本发明所述的一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料，所述乳化沥青为阳离子慢裂快凝乳化沥青，其固含量为60％-70％。

本发明所述的一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料，所述自乳化水性环氧树脂为GEM02、GEM03或GEM07中的一种。

本发明所述的一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料，所述促进剂为DMP-30或EMI-2,4。

本发明所述的一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料，所述水性环氧固化剂通过以下步骤制得：

1)将双酚A环氧树脂与聚乙二醇在催化剂的存在下，120-130℃反应4-6h，得到中间产物；所述双酚A环氧树脂为E-54、E-51、E-44中的一种，所述聚乙二醇为PEG-400、PEG-600、PEG-800中的一种，所述催化剂为苄基三乙基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的一种，所述的催化剂用量为双酚A环氧树脂及聚乙二醇总质量的1％-3％。

2)在对甲苯磺酸存在下，巯基丙酸与上述中间产物在80-90℃下反应3-4h，再升温至130-140℃反应1-2h，制备出水性环氧固化剂；所述对甲苯磺酸用量为总质量的1％-3％。

本发明所述的一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料，所述双酚A环氧树脂、聚乙二醇、巯基丙酸的摩尔比为1:(2-2.2):(2-2.4)。

本发明所述的可快速开放交通的沥青路面冷补材料的制备方法，所述制备方法具体步骤如下：

1)A组分的制备：按量称取A组分中各区间石料及水泥，并将它们在搅拌机中搅拌均匀；

2)B组分的制备：将阳离子慢裂快凝乳化沥青与自乳化水性环氧树脂在800-1000转/分钟的搅拌作用下剪切15-20min，即得B组分；

3)C组分的制备：将水性环氧固化剂、促进剂在500-800转/分钟的搅拌作用下混合均匀，得到C组分；

4)施工时，现场先将A组分中加入占A组分总质量的5％-8％的外加水搅拌30～60s，再同时加入B组分、C组分搅拌60～90s，然后立即进行填坑施工，填坑后压实。

与现有技术相比，本发明所述的可快速开放交通的沥青路面冷补材料及其制备方法具有以下有益效果：

(1)能与水性环氧树脂在低温下迅速固化交联，产生的热量有利于乳化沥青中水分的蒸发，可实现低温潮湿环境下冷补材料的快速成型，缩短了开放交通时间。

(2)为固化的环氧、沥青、水泥水化物形成的互穿网络结构，各组分间可形成协同作用，实现性能互补，不仅保证了路面的强度，其高温稳定性、低温柔韧性、水稳定性等路用性能也更加优异。

(3)水溶性好，且其分子链上引入了环氧树脂链段，因而与水性环氧树脂相容性好，低温固化快，固化后作为粘结剂可改善冷补材料与原路面的相容性。

(4)制备过程简单、条件温和、施工方便快捷，无需熟练人员及专用设备；填补坑槽时无需加热，对拌和、填坑设备没有特殊要求，施工现场将三种组分搅拌后即可填坑压实。

(5)有良好的低温操作和易性，无任何挥发溶剂，施工环境好，不仅可以快速的修补路面，而且有利于环境保护，符合国家节能减排、低碳环保的发展战略，其产生的社会经济效益是巨大的。

附图说明

图1：本发明所述水性环氧固化剂的合成示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明所述的可快速开放交通的沥青路面冷补材料及其制备方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

1、水性环氧固化剂的合成

1)将双酚A环氧树脂E-51与聚乙二醇400在催化剂苄基三乙基氯化铵(用量为总质量的1％)存在下，120℃反应6h，得到中间产物。

2)在对甲苯磺酸存在下，巯基丙酸与上述中间产物在80℃下反应4h，再升温至140℃反应1h，制备出水性环氧固化剂。所述的对甲苯磺酸用量为总质量的3％。

所述的双酚A环氧树脂E-51、聚乙二醇400、巯基丙酸的摩尔比为1∶2∶2.2。

2、A组分的制备：

按质量称取石灰岩矿料100份(其中粒径9.5-16mm 30份、粒径4.75-9.5mm 40份、粒径2.36-4.75mm 20份、粒径0-2.36mm 10份)、32.5R水泥3份，并将它们在搅拌机中搅拌均匀；

3、B组分的制备：

将100份固含量60％的阳离子慢裂快凝乳化沥青与40份自乳化水性环氧树脂GEM07在800转/分钟的搅拌作用下剪切20min，即得B组分；

4、C组分的制备：

将水性环氧固化剂100份、促进剂DMP-30 50份在500转/分钟的搅拌作用下混合均匀，得到C组分；

5、先将100份A组分中加入6份外加水并搅拌30s，再同时加入15份B组分、6份C组分搅拌60s，得到可快速开放交通的沥青路面冷补材料。

可快速开放交通的沥青路面冷补材料的性能参数(测试方法参照JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程、JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范)：

成型时间30min，粘聚性试验破损率10％，马歇尔稳定度20kN，车辙动稳定度8523次/mm，浸水马歇尔残留稳定度88.5％，冻融劈裂强度比90％，弯曲应变4009με。

实施例2

1、水性环氧固化剂的合成

1)将双酚A环氧树脂E-51与聚乙二醇600在催化剂十六烷基三甲基氯化铵(用量为总质量的2％)存在下，130℃反应4h，得到中间产物。

2)在对甲苯磺酸存在下，巯基丙酸与上述中间产物在90℃下反应3h，再升温至130℃反应2h，制备出水性环氧固化剂。所述的对甲苯磺酸用量为总质量的2％。

所述的双酚A环氧树脂E-51、聚乙二醇600、巯基丙酸的摩尔比为1∶2.2∶2.4。

2、A组分的制备：

按质量称取石灰岩矿料100份(其中粒径9.5-16mm 20份、粒径4.75-9.5mm 40份、粒径2.36-4.75mm 30份、粒径0-2.36mm 10份)、42.5R水泥4份，并将它们在搅拌机中搅拌均匀；

3、B组分的制备：

将100份固含量65％的阳离子慢裂快凝乳化沥青与60份自乳化水性环氧树脂GEM02在1000转/分钟的搅拌作用下剪切15min，即得B组分；

4、C组分的制备：

将水性环氧固化剂100份、促进剂EMI-2,4 50份在500转/分钟的搅拌作用下混合均匀，得到C组分；

5、先将100份A组分中加入5份外加水并搅拌40s，再同时加入25份B组分、5份C组分搅拌80s，得到可快速开放交通的沥青路面冷补材料。

可快速开放交通的沥青路面冷补材料的性能参数(测试方法参照JTGE20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程、JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范)：

成型时间35min，粘聚性试验破损率12％，马歇尔稳定度18kN，车辙动稳定度6523次/mm，浸水马歇尔残留稳定度86.5％，冻融劈裂强度比89％，弯曲应变4509με。

实施例3

1、水性环氧固化剂的合成

1)将双酚A环氧树脂E-44与聚乙二醇400在催化剂苄基三乙基氯化铵(用量为总质量的3％)存在下，125℃反应5h，得到中间产物。

2)在对甲苯磺酸存在下，巯基丙酸与上述中间产物在85℃下反应3h，再升温至135℃反应1h，制备出水性环氧固化剂。所述的对甲苯磺酸用量为总质量的2％。

所述的双酚A环氧树脂E-44、聚乙二醇400、巯基丙酸的摩尔比为1∶2.1∶2.2。

2、A组分的制备：

按质量称取石灰岩矿料100份(其中粒径9.5-16mm 40份、粒径4.75-9.5mm 30份、粒径2.36-4.75mm 15份、粒径0-2.36mm 15份)、32.5R水泥5份，并将它们在搅拌机中搅拌均匀；

3、B组分的制备：

将100份固含量70％的阳离子慢裂快凝乳化沥青与60份自乳化水性环氧树脂GEM03在1000转/分钟的搅拌作用下剪切15min，即得B组分；

4、C组分的制备：

将水性环氧固化剂100份、促进剂DMP-30 40份在600转/分钟的搅拌作用下混合均匀，得到C组分；

5、先将100份A组分中加入5份外加水并搅拌60s，再同时加入15份B组分、4份C组分搅拌60s，得到可快速开放交通的沥青路面冷补材料。

可快速开放交通的沥青路面冷补材料的性能参数(测试方法参照JTGE20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程、JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范)：

成型时间30min，粘聚性试验破损率14％，马歇尔稳定度17kN，车辙动稳定度7523次/mm，浸水马歇尔残留稳定度89.5％，冻融劈裂强度比88％，弯曲应变4309με。

实施例4

1、水性环氧固化剂的合成

1)将双酚A环氧树脂E-54与聚乙二醇800在催化剂十六烷基三甲基氯化铵(用量为总质量的1％)存在下，120℃反应6h，得到中间产物。

2)在对甲苯磺酸存在下，巯基丙酸与上述中间产物在90℃下反应3h，再升温至130℃反应2h，制备出水性环氧固化剂。所述的对甲苯磺酸用量为总质量的2％。

所述的双酚A环氧树脂E-54、聚乙二醇800、巯基丙酸的摩尔比为1∶2.2∶2.2。

2、A组分的制备：

按质量称取石灰岩矿料100份(其中粒径9.5-16mm 35份、粒径4.75-9.5mm 40份、粒径2.36-4.75mm 20份、粒径0-2.36mm 5份)、42.5R水泥5份，并将它们在搅拌机中搅拌均匀；

3、B组分的制备：

将100份固含量65％的阳离子慢裂快凝乳化沥青与60份自乳化水性环氧树脂GEM07在800转/分钟的搅拌作用下剪切20min，即得B组分；

4、C组分的制备：

将水性环氧固化剂100份、促进剂EMI-2,4 50份在700转/分钟的搅拌作用下混合均匀，得到C组分；

5、先将100份A组分中加入8份外加水并搅拌50s，再同时加入20份B组分、5份C组分搅拌80s，得到可快速开放交通的沥青路面冷补材料。

可快速开放交通的沥青路面冷补材料的性能参数(测试方法参照JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程、JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范)：

成型时间25min，粘聚性试验破损率8％，马歇尔稳定度25kN，车辙动稳定度9523次/mm，浸水马歇尔残留稳定度91.5％，冻融劈裂强度比92％，弯曲应变3809με。

实施例5

1、水性环氧固化剂的合成

1)将双酚A环氧树脂E-54与聚乙二醇800在催化剂十六烷基三甲基氯化铵(用量为总质量的1％)存在下，120℃反应6h，得到中间产物。

2)在对甲苯磺酸存在下，巯基丙酸与上述中间产物在90℃下反应3h，再升温至130℃反应2h，制备出水性环氧固化剂。所述的对甲苯磺酸用量为总质量的2％。

所述的双酚A环氧树脂E-54、聚乙二醇800、巯基丙酸的摩尔比为1∶2.2∶2.2。

2、A组分的制备：

按质量称取石灰岩矿料100份(其中粒径9.5-16mm 35份、粒径4.75-9.5mm 40份、粒径2.36-4.75mm 20份、粒径0-2.36mm 5份)、42.5R水泥5份，并将它们在搅拌机中搅拌均匀；

3、B组分的制备：

将100份固含量65％的阳离子慢裂快凝乳化沥青与60份自乳化水性环氧树脂GEM07在800转/分钟的搅拌作用下剪切20min，即得B组分；

4、C组分的制备：

将水性环氧固化剂100份、促进剂EMI-2,4 50份、固化剂6-羟甲基-4-异丙基-7-甲氧基-1-萘甲酸甲酯2份，在700转/分钟的搅拌作用下混合均匀，得到C组分；

5、先将100份A组分中加入8份外加水并搅拌50s，再同时加入20份B组分、5份C组分搅拌80s，得到可快速开放交通的沥青路面冷补材料。

可快速开放交通的沥青路面冷补材料的性能参数(测试方法参照JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程、JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范)：

成型时间25min，粘聚性试验破损率8％，马歇尔稳定度25kN，车辙动稳定度9523次/mm，浸水马歇尔残留稳定度91.5％，冻融劈裂强度比92％，弯曲应变3809με。

Claims (7)

1.一种可快速开放交通的沥青路面冷补材料，其特征在于，所述冷补材料包括质量比为100:(15-25):(3-6)的A组分、B组分和C组分；所述A组分按质量份计，包括石灰岩矿料100份、水泥3-5份；所述石灰岩矿料包含粒径9.5-16mm级别5-40份、粒径4.75-9.5mm级别30-50份、粒径2.36-4.75mm级别15-35份、粒径0-2.36mm级别0-40份；所述B组分按质量份计，包括乳化沥青100份、自乳化水性环氧树脂40-60份；所述C组分按质量份计，包括水性环氧固化剂100份、促进剂30-50份；

所述水性环氧固化剂通过以下步骤制得：

1)将双酚A环氧树脂与聚乙二醇在催化剂的存在下，120-130℃反应4-6h，得到中间产物；所述双酚A环氧树脂为E-54、E-51、E-44中的一种，所述聚乙二醇为PEG-400、PEG-600、PEG-800中的一种，所述催化剂为苄基三乙基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的一种，所述的催化剂用量为双酚A环氧树脂及聚乙二醇总质量的1％-3％；

2)在对甲苯磺酸存在下，巯基丙酸与上述中间产物在80-90℃下反应3-4h，再升温至130-140℃反应1-2h，制备出水性环氧固化剂；所述对甲苯磺酸用量为总质量的1％-3％。

2.根据权利要求1所述的可快速开放交通的沥青路面冷补材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为32.5R或42.5R。

3.根据权利要求1所述的可快速开放交通的沥青路面冷补材料，其特征在于，所述乳化沥青为阳离子慢裂快凝乳化沥青，其固含量为60％-70％。

4.根据权利要求1所述的可快速开放交通的沥青路面冷补材料，其特征在于，所述自乳化水性环氧树脂为GEM02、GEM03或GEM07中的一种。

5.根据权利要求1所述的可快速开放交通的沥青路面冷补材料，其特征在于，所述促进剂为DMP-30或EMI-2,4。

6.根据权利要求1所述的可快速开放交通的沥青路面冷补材料，其特征在于，所述双酚A环氧树脂、聚乙二醇、巯基丙酸的摩尔比为1:(2-2.2):(2-2.4)。

7.根据权利要求1所述的可快速开放交通的沥青路面冷补材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体步骤如下：

1)A组分的制备：按量称取A组分中各区间石料及水泥，并将它们在搅拌机中搅拌均匀；

2)B组分的制备：将阳离子慢裂快凝乳化沥青与自乳化水性环氧树脂在800-1000转/分钟的搅拌作用下剪切15-20min，即得B组分；

3)C组分的制备：将水性环氧固化剂、促进剂在500-800转/分钟的搅拌作用下混合均匀，得到C组分；

4)施工时，现场先将A组分中加入占A组分总质量的5％-8％的外加水搅拌30～60s，再同时加入B组分、C组分搅拌60～90s，然后立即进行填坑施工，填坑后压实。