CN106966656B - 一种vae乳液水泥基路面填缝材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种VAE乳液水泥基路面填缝材料，乳液、水泥、石英粉、滑石粉、分散剂、消泡剂、成膜助剂、硅烷偶联剂、邻苯二甲酸二辛脂增塑剂和有机硅憎水剂组成。本发明具有性能良好、施工简便、绿色环保、耐久性好的特点，并且与水泥混凝土路面板粘结相容性好。

Description

一种VAE乳液水泥基路面填缝材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体是一种用于水泥混凝土路面伸缩缝的VAE乳液水泥基填缝材料及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土材料在建筑领域的应用不断发展，因其具有承载能力强、使用寿命长、生产成本低等诸多优势，被广泛应用于各种各样的工程。上世纪80年代初开始，水泥混凝土材料开始广泛应用于公路、街道的主次干道上，目前水泥混凝土路已经成为路面建设的主要形式。由于热胀冷缩，水泥混凝土路面要进行切缝、填缝，一些路面由于选用的填缝材料质量较差，导致路面板出现错台、冻胀、破碎等接缝类病害，所以填缝材料的好坏直接影响路面的施工性能和使用性能。
常用的路面填缝材料有沥青材料、聚氯乙烯胶泥、聚氨酯类填缝料。沥青材料和聚氯乙烯胶泥价格便宜，但使用性能和寿命都不理想，对环境存在一定的污染。聚氨酯类填缝料粘结变形性能优良、耐磨性好，但价格较高，施工成本增加。这些材料都属于有机材料，与水泥混凝土路面粘结相容性较差，并且容易老化，进而使填缝料失效，引发接缝类病害。
在公开号为CN101418127A的发明创造中公开了一种路面填缝材料，其组分为石油沥青65％～85％；抽出油9％～18％；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物6％～17％。制备方法是将沥青加热至100～200℃，加入抽出油和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，保持制备温度为160～180℃，在剪切速度3500～4500r/min下剪切35～90min，直至混合均匀即为路面填缝材料。该材料具有较好使用性能和耐高、低温性能，但由于含有大量沥青材料，易对环境造成污染。
在公开号为CN1803919A的发明创造中公开了一种纳米二氧化硅增强的聚氨酯道路填缝材料，制备方法为用纳米二氧化硅作为增强剂，组分A是由分子量为1000-3000的二官能团和三官能团聚醚醇与甲苯二异氰酸酯反应制备的聚氨酯预聚体，组分B为3,3’-二氯-4,4’-二胺二苯基甲烷(MOCA)的丙酮溶液外加其他助剂，将组分A和B混合后制得。该填缝料拉伸性能良好，与水泥混凝土路面有优良的粘结力，但纳米二氧化硅价格高导致生产成本高，聚氨酯材料耐候性、抗老化性能较差，降低了材料的使用寿命。
VAE乳液是一种水性聚合物乳液，安全无毒，环保性好，乳液分子中含有的乙烯基使其具有内增塑作用，使材料具有永久的柔韧性，最低成膜温度、玻璃化温度比较低使其对氧、臭氧和紫外线都很稳定，耐酸碱性、耐冻融性优良。VAE乳液与水泥有良好的相容性，两种材料通过固化成膜、水化反应形成一种双组份聚合体，既具备聚合物材料良好的柔韧性，又具备无机水泥材料良好的强度性能和耐老化性能。
发明内容
为克服现有技术中存在的环境污染、生产成本高和使用寿命较短的不足，本发明提出了一种VAE乳液水泥基路面填缝材料。
本发明由98～102质量份乳液、16～22质量份水泥、14～20质量份石英粉、9～14质量份滑石粉、0.9～1.1质量份分散剂、0.6～0.8质量份消泡剂、5～7质量份成膜助剂、0.4～0.6质量份硅烷偶联剂、2～4质量份邻苯二甲酸二辛脂增塑剂和0.5～0.8质量份有机硅憎水剂组成。
所述乳液为Celvolit1350VAE乳液，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，分散剂为SN-5040型分散剂，消泡剂为SN-345型消泡剂，成膜助剂为DN-12型成膜助剂，偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂增塑剂，憎水剂为ElotexSEAL81型有机硅憎水剂。
所述VAE乳液固含量为55±1％，pH为4.5～6.0。
所述石英粉粒径为300目，所述滑石粉粒径为800目。
本发明提出的制备所述VAE乳液水泥基路面填缝材料的具体过程是：
步骤1，称料：利用精密电子天平按所述的质量份配比分别称量各组分原料；
步骤2，助剂分散：将所述分散剂、成膜助剂、增塑剂、偶联剂、憎水剂以及1/2的消泡剂分别加入乳液中，利用高速电动搅拌机搅拌150s，转速300r/min；得到分散有助剂的乳液；
步骤3，粉料分散：将水泥、石英粉以及滑石粉干混搅拌均匀后，搅拌状态下加入到步骤2得到的分散有助剂的乳液中；搅拌转速为700r/min，搅拌时间为10min，确保无粉料结团成块；得到加入了水泥、石英粉以及滑石粉的乳液；
步骤4，制备填缝材料：通过低速搅拌消泡的方式制备填缝材料；具体是，将剩余的1/2消泡剂加入步骤3得到的乳液中；以转速120r/min搅拌3min，而后用搅拌棒手动低速搅拌10min，确保拌合物中无明显气泡存在，即制得该填缝材料。
针对现有技术的不足，本发明提供一种性能良好、施工简便、绿色环保、耐久性好、与水泥混凝土路面板粘结相容性好的VAE乳液水泥基路面填缝材料及其制备方法。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：
(1)传统的填缝材料如沥青材料、聚氯乙烯胶泥易对环境造成污染，本发明是一种由VAE乳液与水泥等原料制备的聚合物水泥水性复合材料，原料安全无毒，制得的VAE乳液水泥基路面填缝材料绿色环保；
(2)在施工过程中，传统的填缝材料属于热塑性材料，施工时需要加热，本发明VAE乳液水泥基路面填缝材料在常温下施工，降低了施工的难度，提高了施工的安全系数；
(3)传统的填缝材料是有机材料，容易老化失效，引发接缝类病害，本发明VAE乳液水泥基路面填缝材料具有良好的耐久性，其含有大量无机组分，弥补了有机材料易老化的缺点，提高了抗老化性能，憎水剂有效改善了材料的耐水性，试验发现材料经水、油、酸、碱腐蚀后的使用性能与未经腐蚀的相比没有明显劣化，试验数据列于下表：
定伸粘结性 弹性恢复率/％ 拉伸强度/MPa 峰值应变 断裂伸长率/％
无处理 无破坏 66.67 0.643 1.927 479.1
浸水处理 无破坏 63.02 0.627 2.314 436.3
浸油处理 无破坏 61.18 0.597 1.609 332.5
酸溶液处理 无破坏 62.44 0.902 2.688 404.6
碱溶液处理 无破坏 63.05 0.678 1.759 452.4
(4)传统的有机类填缝材料与水泥混凝土路面粘结性能不好，导致接缝处容易发生失粘破坏，本发明由于含有水泥等无机材料，施工时水泥发生水化反应与水泥混凝土路面板中的水泥凝胶体有效的粘结固化，大大提高了VAE乳液水泥基路面填缝材料与水泥混凝土路面板之间的粘结相容性，不容易发生失粘破坏。
具体实施方式
本发明将通过五个实施例详细描述具体的技术方案。
以下实施例给出VAE乳液水泥基路面填缝材料配比，并且各原料的技术性能指标列于下表：
Celvolit1350VAE乳液 固含量：55±1％；pH：4.5～6.0
石英粉 300目，SiO2含量>99％
滑石粉 600目，SiO2含量60％，MgO含量30％
SN-5040型分散剂 固含量：42.5％；pH：7.5
SN-345型消泡剂 比重(25℃)：1.02；离子性：非离子；分散性：不溶于水；
DN-12型成膜助剂 含量：≥99％；水分：≤0.1％；酸度：≤0.05％
KH-550型硅烷偶联剂 密度0.942～0.950g/cm<sup>3</sup>，纯度≥97％
邻苯二甲酸二辛脂增塑剂 纯度≥99％
ElotexSEAL81型有机硅憎水剂 表观密度：650～800g/L；残留水分：≤2.0％；pH值：9.0～11.0(10％水溶液)
实施例1：
本实施例是一种VAE乳液水泥基路面填缝材料，由98质量份乳液、16质量份水泥、14质量份石英粉、9质量份滑石粉、0.98质量份分散剂、0.7质量份消泡剂、5质量份成膜助剂、0.5质量份偶联剂、2质量份增塑剂和0.5质量份憎水剂组成。
其中的石英粉、滑石粉为填料，分散剂、消泡剂、成膜助剂、偶联剂、增塑剂和憎水剂均为助剂。
所述乳液为Celvolit1350VAE乳液，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，分散剂为SN-5040型分散剂，消泡剂为SN-345型消泡剂，成膜助剂为DN-12型成膜助剂，偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂增塑剂，憎水剂为ElotexSEAL81型有机硅憎水剂。
所述VAE乳液的pH为4.5。
实施例2：
本实施例是一种VAE乳液水泥基路面填缝材料，由102质量份乳液、22质量份水泥、20质量份石英粉、14质量份滑石粉、1.1质量份分散剂、0.8质量份消泡剂、7质量份成膜助剂、0.6质量份偶联剂、4质量份增塑剂和0.8质量份憎水剂组成。
其中的石英粉、滑石粉为填料，分散剂、消泡剂、成膜助剂、偶联剂、增塑剂和憎水剂均为助剂。
所述乳液为Celvolit1350VAE乳液，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，分散剂为SN-5040型分散剂，消泡剂为SN-345型消泡剂，成膜助剂为DN-12型成膜助剂，偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂增塑剂，憎水剂为ElotexSEAL81型有机硅憎水剂。
所述VAE乳液的pH为5。
实施例3：
本实施例是一种VAE乳液水泥基路面填缝材料，由100质量份乳液、17质量份水泥、16.4质量份石英粉、12.6质量份滑石粉、0.9质量份分散剂、0.72质量份消泡剂、6质量份成膜助剂、0.49质量份偶联剂、3质量份增塑剂和0.7质量份憎水剂组成。
具体制备方法同实施例1。
其中的石英粉、滑石粉为填料，分散剂、消泡剂、成膜助剂、偶联剂、增塑剂和憎水剂均为助剂。
所述乳液为Celvolit1350VAE乳液，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，分散剂为SN-5040型分散剂，消泡剂为SN-345型消泡剂，成膜助剂为DN-12型成膜助剂，偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂增塑剂，憎水剂为ElotexSEAL81型有机硅憎水剂。
所述VAE乳液的pH为5.5。
实施例4：
本实施例是一种VAE乳液水泥基路面填缝材料，由99质量份乳液、16.5质量份水泥、16质量份石英粉、11质量份滑石粉、0.98质量份分散剂、0.6质量份消泡剂、6质量份成膜助剂、0.4质量份偶联剂、3质量份增塑剂和0.7质量份憎水剂组成。
具体制备方法同实施例1。
其中的石英粉、滑石粉为填料，分散剂、消泡剂、成膜助剂、偶联剂、增塑剂和憎水剂均为助剂。
所述乳液为Celvolit1350VAE乳液，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，分散剂为SN-5040型分散剂，消泡剂为SN-345型消泡剂，成膜助剂为DN-12型成膜助剂，偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂增塑剂，憎水剂为ElotexSEAL81型有机硅憎水剂。
所述VAE乳液的pH为6。
实施例5：
本实施例是一种制备实施例1～4中所述VAE乳液水泥基路面填缝材料的方法，具体过程是：
步骤1，称料：利用精密电子天平按所述的质量份配比分别称量各组分原料。
步骤2，助剂分散：将SN-5040型分散剂、DN-12型成膜助剂、邻苯二甲酸二辛脂增塑剂、KH-550型硅烷偶联剂、ElotexSEAL81型有机硅憎水剂以及1/2的消泡剂分别加入Celvolit1350VAE乳液中，利用D-8401W型高速电动搅拌机搅拌150s，转速300r/min；得到分散有助剂的乳液。
步骤3，粉料分散：将P.O42.5普通硅酸盐水泥、石英粉以及滑石粉干混搅拌均匀后，搅拌状态下加入到步骤2得到的分散有助剂的乳液中。搅拌转速为700r/min，搅拌时间为10min，确保无粉料结团成块；得到加入了P.O42.5普通硅酸盐水泥、石英粉以及滑石粉的乳液。
步骤4，制备填缝材料：通过低速搅拌消泡的方式制备填缝材料。具体是，将剩余的1/2SN-345型消泡剂加入步骤3得到的乳液。以转速120r/min搅拌3min，而后用搅拌棒手动低速搅拌10min，确保拌合物中无明显气泡存在，即制得该填缝材料。
对上述实施例的VAE乳液水泥基路面填缝材料进行了性能测试，数据如下表：
定伸粘结性 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/％ 峰值应变
实施例1 无破坏 0.643 509.1 1.927
实施例2 无破坏 0.695 382.2 1.883
实施例3 无破坏 0.592 372.9 2.048
实施例4 无破坏 0.628 402.3 1.977

Claims (3)

1.一种VAE乳液水泥基路面填缝材料，其特征在于，由98～102质量份乳液、16～22质量份水泥、14～20质量份石英粉、9～14质量份滑石粉、0.9～1.1质量份分散剂、0.6～0.8质量份消泡剂、5～7质量份成膜助剂、0.4～0.6质量份硅烷偶联剂、2～4质量份邻苯二甲酸二辛脂增塑剂和0.5～0.8质量份有机硅憎水剂组成；
所述乳液为Celvolit1350VAE乳液，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，分散剂为SN-5040型分散剂，消泡剂为SN-345型消泡剂，成膜助剂为DN-12型成膜助剂，偶联剂为KH-550型硅烷偶联剂，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂增塑剂，憎水剂为ElotexSEAL81型有机硅憎水剂；
制备所述VAE乳液水泥基路面填缝材料的具体过程是：
步骤1，称料：利用精密电子天平按所述的质量份配比分别称量各组分原料；
步骤2，助剂分散：将所述分散剂、成膜助剂、增塑剂、偶联剂、憎水剂以及1/2的消泡剂分别加入乳液中，利用高速电动搅拌机搅拌150s，转速300r/min；得到分散有助剂的乳液；
步骤3，粉料分散：将水泥、石英粉以及滑石粉干混搅拌均匀后，搅拌状态下加入到步骤2得到的分散有助剂的乳液中；搅拌转速为700r/min，搅拌时间为10min，确保无粉料结团成块；得到加入了水泥、石英粉以及滑石粉的乳液；
步骤4，制备填缝材料：通过低速搅拌消泡的方式制备填缝材料；具体是，将剩余的1/2消泡剂加入步骤3得到的乳液；以转速120r/min搅拌3min，而后用搅拌棒手动低速搅拌10min，确保拌合物中无明显气泡存在，即制得该填缝材料。
2.如权利要求1所述VAE乳液水泥基路面填缝材料，其特征在于，所述VAE乳液固含量为55±1％，pH为4.5～6.0。
3.如权利要求1所述VAE乳液水泥基路面填缝材料，其特征在于，所述石英粉粒径为300目，所述滑石粉粒径为800目。
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