CN108033711A - 一种乳化沥青冷补料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种乳化沥青冷补料，属于道路工程技术领域。本发明将亚麻油与明胶液按体积比1：20～1：30搅拌混合，再加入明胶液体积5～8倍的硫酸钠溶液搅拌混合，降温，随后加入亚麻油体积1～2倍的甲醛溶液，调节pH，静置固化，过滤，干燥，即得改性微囊；将钢渣粉碎，过筛，得钢渣粉，将钢渣粉与盐酸按质量比1：30～1：50搅拌反应，过滤，干燥，即得改性钢渣粉；将沥青，乳化剂，骨料，包覆过氧化钠，卡波姆，改性微囊，改性钢渣粉和水搅拌混合，即得乳化沥青冷补料。本发明技术方案制备的乳化沥青冷补料具有优异的力学性能，耐水性能及流动性的特点。

Description

一种乳化沥青冷补料
技术领域
本发明公开了一种乳化沥青冷补料，属于道路工程技术领域。
背景技术
由于交通量的迅速发展，重载、超载现象严重，导致沥青路面极易出现车辙、坑槽、裂缝等病害，如果不及时对其进行处理，极易加剧沥青路面的破坏，缩短路面使用寿命。采用热拌沥青混合料进行坑槽等局部病害维修会大大增加施工的难度与成本，而且低温条件下不利于混合料的压实；而乳化沥青冷补料维修时需要较长的养生时间。补沥青混合料具有不受季节限制、降低养护成本、减少运输成本、改善修补条件等优点，目前受到学者的普遍关注。但冷补沥青混合料并没有系统的规范及设计方法。
与热拌沥青混合料类似，冷拌沥青混合料的力学强度主要由骨料之间的摩擦力与嵌挤力，以及沥青胶结料与骨料之间的粘结力所决定，且初期强度主要取决于粗、细骨料之间的嵌挤作用；开放交通后，在环境及车辆荷载作用下混合料逐渐被压密，空隙不断减小，沥青不断变稠，强度不断增加，因此级配及沥青种类是影响混合料强度的关键。冷补材料主要用于沥青路面坑槽等病害的快速修复，要求在常温下具有良好的施工和易性，故需要合理的稀释剂掺量；同时坑槽修复处极易由于雨水或者路面水下渗而导致混合料出现水毁破坏，因此必须严格控制冷补沥青混合料的孔隙率、渗水及水稳性能。
冷补料可以分为以下3种类型：
a）液体沥青类，即溶剂型冷补料，利用石油溶剂先将沥青稀释，然后加入冷补添加剂，制成具有一定流动性的液体沥青，再和集料进行拌合而成。这种类型的冷补料通常在修补完后，随着混合料中溶剂的挥发，集料得以黏结成型，混合料的强度也逐渐增加。通常混合料的强度成型速度与所用稀释剂的挥发速度直接相关，而稀释剂的挥发速度又受外界环境的温度和湿度影响。前苏联对液体沥青型冷补混合料的研究和开发较早，他们主要采用高矿粉含量的方法提高冷补料强度，目前对这种类型的冷补材料研究较多。
b）乳化沥青型，即乳剂型冷补混合料。这种类型的修补料是将乳化沥青与集料进行拌合而成的。通常乳化沥青在常温和低温环境中具有较好的流动性，与集料拌合方便简单，所以该类型的冷补料储存方便，可随时取料修补。其成型过程所示，经摊铺、压实后，沥青中的水分会逐渐蒸发，乳化沥青破乳，集料得以成型。但是乳化沥青的破乳时间不易控制，常常导致冷补料的储存性能和强度成型时间不稳定。因此，如何精确化控制乳化沥青的破乳时间是该类型的冷补料研究的重点。
c）反应树脂类，即反应型冷补料，通常利用环氧改性沥青混合料与固化剂发生环氧树脂固化反应而成。这种冷补料具有优良的机械强度、高低温性能、耐水性和耐磨性，通过化学反应，解决了聚合物和沥青之间的相容性问题，其混合料成型过程所示。这种类型的冷补料便于存储且修补后能够快速开放交通，不足之处是修补成本相对较高。
因此，如何改善传统冷补料力学性能，耐水性能及流动性不佳的缺点，以获取更高综合性能的冷补料，是其推广与应用，满足工业生产需求亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统冷补料力学性能，耐水性能及流动性不佳的缺点，提供了一种乳化沥青冷补料。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种乳化沥青冷补料，是由以下重量份数的原料组成：20～30份沥青，8～10份乳化剂，30～40份骨料，10～20份包覆过氧化钠，10～20份卡波姆，20～30份改性微囊，20～30份改性钢渣粉，40～50份水；
所述乳化沥青冷补料的制备过程为：按原料组成称量各原料，将沥青，乳化剂，骨料，包覆过氧化钠，卡波姆，改性微囊，改性钢渣粉和水搅拌混合，即得乳化沥青冷补料。
所述沥青为煤焦沥青，石油沥青或天然沥青中的任意一种。
所述乳化剂为沥青乳化剂BH-Z1或沥青乳化剂BH-Z2中的任意一种。
所述骨料为玄武岩，石灰岩或白云石中的任意一种。
所述包覆过氧化钠的制备过程为：将过氧化钠与熔融石蜡按质量比1：5～1：10搅拌混合，冷冻粉碎，即得包覆过氧化钠。
所述卡波姆为卡波姆971P，卡波姆974P或卡波姆934P中的任意一种。
所述改性微囊的制备过程为：将亚麻油与明胶液按体积比1：20～1：30搅拌混合，再加入明胶液体积5～8倍的硫酸钠溶液搅拌混合，降温，随后加入亚麻油体积1～2倍的甲醛溶液，调节pH，静置固化，过滤，干燥，即得改性微囊；所述明胶液的制备过程为：将明胶粉与水按质量比1：50～1：100混合溶胀后，加热搅拌混合，即得明胶液。
所述改性钢渣粉的制备过程为：将钢渣粉碎，过筛，得钢渣粉，将钢渣粉与盐酸按质量比1：30～1：50搅拌反应，过滤，干燥，即得改性钢渣粉；所述钢渣为转炉钢渣，平炉钢渣或电炉钢渣中的任意一种。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过添加包覆过氧化钠，卡波姆和改性微囊，在使用过程中，包覆过氧化钠和改性微囊同时受到挤压力破裂，首先，包覆过氧化钠使得内部包裹的过氧化钠得以暴露，过氧化钠与体系中水反应，生成氢氧化钠与氧气，生成的氢氧化钠与卡波姆物质中和，卡波姆被中和使羧基离子化后，由于负电荷的相互排斥作用，有效避免骨料团聚，从而提升冷补料的流动性能，使得冷补料良好的渗透到体系的裂缝中，有效修复裂缝，从而提升体系的力学性能；其次，生成的氧气使得改性微囊破裂后内部的亚麻油固化，进一步提升了体系的力学性能，另外，体系的中的水被消耗，使得体系内部的压力减小，在大气压的挤压作用下，使得体系中的毛细管细化或消除，降低体系泌水，从而进一步提升体系的力学性能和耐水性能；
（2）本发明通过添加改性钢渣粉，钢渣经过研磨，使得钢渣内晶体发生重组，颗粒表面状态发生变化，表面能得以提高，改性钢渣粉中活性基团与骨料中二氧化硅羟基形成稳定的化学键合，起到优良的桥接作用，形成钢渣颗粒网络，提升体系的抗力学性能。
具体实施方式
将石蜡置于坩埚中，于温度为40～60℃条件下，加热至完全融化，得熔融石蜡，将过氧化钠与熔融石蜡按质量比1：5～1：10置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合10～20min，得混合浆液，再将混合浆液置于冷冻粉碎机中冷冻粉碎，即得包覆过氧化钠；将明胶粉与水按质量比1：50～1：100加入2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20～30min后，静置溶胀3～4h，再将2号烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为40～65℃，转速为400～500r/min条件下，加热搅拌溶解40～50min，即得明胶液；将亚麻油与明胶液按体积比1：20～1：30置于三口烧瓶中，于转速为300～500r/min条件下，搅拌混合20～30min，再向三口烧瓶中加入明胶液体积5～8倍的硫酸钠溶液，于转速为200～300r/min条件下，搅拌混合20～30min，随后将三口烧瓶置于冰水浴中，将三口烧瓶中的温度为降至10～15℃，随后向三口烧瓶中加入亚麻油体积1～2倍的甲醛溶液，接着向三口烧瓶中加入质量分数为20～30%的氨水调节pH至9.0～9.5，随后静置固化4～5h，得混合液，再将混合液过滤，得滤渣，随后将滤渣置于真空冷冻干燥箱中干燥，即得改性微囊；将钢渣粉碎，过筛，得钢渣粉，将钢渣粉与质量分数为20～30%的盐酸按质量比1：30～1：50置于单口烧瓶中，于转速为300～500r/min条件下，搅拌反应30～50min，得混合浆料，再将混合浆料过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，即得改性钢渣粉；按重量份数计，将20～30份沥青，8～10份乳化剂，30～40份骨料，10～20份包覆过氧化钠，10～20份卡波姆，20～30份改性微囊，20～30份改性钢渣粉，40～50份水置于混料机中，于转速为100～200r/min条件下，搅拌混合40～60min，即得乳化沥青冷补料。所述沥青为煤焦沥青，石油沥青或天然沥青中的任意一种。所述乳化剂为沥青乳化剂BH-Z1或沥青乳化剂BH-Z2中的任意一种。所述骨料为玄武岩，石灰岩或白云石中的任意一种。所述卡波姆为卡波姆971P，卡波姆974P或卡波姆934P中的任意一种。所述钢渣为转炉钢渣，平炉钢渣或电炉钢渣中的任意一种。
实例1
将石蜡置于坩埚中，于温度为60℃条件下，加热至完全融化，得熔融石蜡，将过氧化钠与熔融石蜡按质量比1：10置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20min，得混合浆液，再将混合浆液置于冷冻粉碎机中冷冻粉碎，即得包覆过氧化钠；将明胶粉与水按质量比1：100加入2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将2号烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得明胶液；将亚麻油与明胶液按体积比1：30置于三口烧瓶中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合30min，再向三口烧瓶中加入明胶液体积8倍的硫酸钠溶液，于转速为300r/min条件下，搅拌混合30min，随后将三口烧瓶置于冰水浴中，将三口烧瓶中的温度为降至15℃，随后向三口烧瓶中加入亚麻油体积2倍的甲醛溶液，接着向三口烧瓶中加入质量分数为30%的氨水调节pH至9.5，随后静置固化5h，得混合液，再将混合液过滤，得滤渣，随后将滤渣置于真空冷冻干燥箱中干燥，即得改性微囊；将钢渣粉碎，过筛，得钢渣粉，将钢渣粉与质量分数为30%的盐酸按质量比1：50置于单口烧瓶中，于转速为500r/min条件下，搅拌反应50min，得混合浆料，再将混合浆料过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得改性钢渣粉；按重量份数计，将30份沥青，10份乳化剂，40份骨料，20份包覆过氧化钠，20份卡波姆，30份改性微囊，30份改性钢渣粉，50份水置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合60min，即得乳化沥青冷补料。所述沥青为煤焦沥青。所述乳化剂为沥青乳化剂BH-Z1。所述骨料为玄武岩。所述卡波姆为卡波姆971P。所述钢渣为转炉钢渣。
实例2
将明胶粉与水按质量比1：100加入2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将2号烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得明胶液；将亚麻油与明胶液按体积比1：30置于三口烧瓶中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合30min，再向三口烧瓶中加入明胶液体积8倍的硫酸钠溶液，于转速为300r/min条件下，搅拌混合30min，随后将三口烧瓶置于冰水浴中，将三口烧瓶中的温度为降至15℃，随后向三口烧瓶中加入亚麻油体积2倍的甲醛溶液，接着向三口烧瓶中加入质量分数为30%的氨水调节pH至9.5，随后静置固化5h，得混合液，再将混合液过滤，得滤渣，随后将滤渣置于真空冷冻干燥箱中干燥，即得改性微囊；将钢渣粉碎，过筛，得钢渣粉，将钢渣粉与质量分数为30%的盐酸按质量比1：50置于单口烧瓶中，于转速为500r/min条件下，搅拌反应50min，得混合浆料，再将混合浆料过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得改性钢渣粉；按重量份数计，将30份沥青，10份乳化剂，40份骨料，20份卡波姆，30份改性微囊，30份改性钢渣粉，50份水置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合60min，即得乳化沥青冷补料。所述沥青为煤焦沥青。所述乳化剂为沥青乳化剂BH-Z1。所述骨料为玄武岩。所述卡波姆为卡波姆971P。所述钢渣为转炉钢渣。
实例3
将石蜡置于坩埚中，于温度为60℃条件下，加热至完全融化，得熔融石蜡，将过氧化钠与熔融石蜡按质量比1：10置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20min，得混合浆液，再将混合浆液置于冷冻粉碎机中冷冻粉碎，即得包覆过氧化钠；将明胶粉与水按质量比1：100加入2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将2号烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得明胶液；将亚麻油与明胶液按体积比1：30置于三口烧瓶中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合30min，再向三口烧瓶中加入明胶液体积8倍的硫酸钠溶液，于转速为300r/min条件下，搅拌混合30min，随后将三口烧瓶置于冰水浴中，将三口烧瓶中的温度为降至15℃，随后向三口烧瓶中加入亚麻油体积2倍的甲醛溶液，接着向三口烧瓶中加入质量分数为30%的氨水调节pH至9.5，随后静置固化5h，得混合液，再将混合液过滤，得滤渣，随后将滤渣置于真空冷冻干燥箱中干燥，即得改性微囊；将钢渣粉碎，过筛，得钢渣粉，将钢渣粉与质量分数为30%的盐酸按质量比1：50置于单口烧瓶中，于转速为500r/min条件下，搅拌反应50min，得混合浆料，再将混合浆料过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得改性钢渣粉；按重量份数计，将30份沥青，10份乳化剂，40份骨料，20份包覆过氧化钠，30份改性微囊，30份改性钢渣粉，50份水置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合60min，即得乳化沥青冷补料。所述沥青为煤焦沥青。所述乳化剂为沥青乳化剂BH-Z1。所述骨料为玄武岩。所述钢渣为转炉钢渣。
实例4
将石蜡置于坩埚中，于温度为60℃条件下，加热至完全融化，得熔融石蜡，将过氧化钠与熔融石蜡按质量比1：10置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20min，得混合浆液，再将混合浆液置于冷冻粉碎机中冷冻粉碎，即得包覆过氧化钠；将钢渣粉碎，过筛，得钢渣粉，将钢渣粉与质量分数为30%的盐酸按质量比1：50置于单口烧瓶中，于转速为500r/min条件下，搅拌反应50min，得混合浆料，再将混合浆料过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得改性钢渣粉；按重量份数计，将30份沥青，10份乳化剂，40份骨料，20份包覆过氧化钠，20份卡波姆，30份改性钢渣粉，50份水置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合60min，即得乳化沥青冷补料。所述沥青为煤焦沥青。所述乳化剂为沥青乳化剂BH-Z1。所述骨料为玄武岩。所述卡波姆为卡波姆971P。所述钢渣为转炉钢渣。
实例5
将石蜡置于坩埚中，于温度为60℃条件下，加热至完全融化，得熔融石蜡，将过氧化钠与熔融石蜡按质量比1：10置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20min，得混合浆液，再将混合浆液置于冷冻粉碎机中冷冻粉碎，即得包覆过氧化钠；将明胶粉与水按质量比1：100加入2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将2号烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为65℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解50min，即得明胶液；将亚麻油与明胶液按体积比1：30置于三口烧瓶中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合30min，再向三口烧瓶中加入明胶液体积8倍的硫酸钠溶液，于转速为300r/min条件下，搅拌混合30min，随后将三口烧瓶置于冰水浴中，将三口烧瓶中的温度为降至15℃，随后向三口烧瓶中加入亚麻油体积2倍的甲醛溶液，接着向三口烧瓶中加入质量分数为30%的氨水调节pH至9.5，随后静置固化5h，得混合液，再将混合液过滤，得滤渣，随后将滤渣置于真空冷冻干燥箱中干燥，即得改性微囊；按重量份数计，将30份沥青，10份乳化剂，40份骨料，20份包覆过氧化钠，20份卡波姆，30份改性微囊，50份水置于混料机中，于转速为200r/min条件下，搅拌混合60min，即得乳化沥青冷补料。所述沥青为煤焦沥青。所述乳化剂为沥青乳化剂BH-Z1。所述骨料为玄武岩。所述卡波姆为卡波姆971P。所述钢渣为转炉钢渣。
对比例：武汉某建设工程有限公司生产的沥青冷补料。
将实例1至5所得的乳化沥青冷补料及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.力学性能：按照JTGE20检测试件抗弯拉强度；
2.耐水性能：按照JTGE20采用浸水马歇尔实验对试件进行检测，检测浸水马歇尔残留稳定度；
3.流动性：按照T0625检测试件粘度。
具体检测结果如表1所示：
表1：力学性能，耐水性及流动性具体检测结果
检测项目 实例1 实例2 实例3 实例4 实例5 对比例
抗弯拉强度/MPa 17.35 12.34 10.96 9.82 7.38 5.53
浸水马歇尔残留稳定度/% 98.3 91.4 85.6 83.2 82.9 76.5
粘度/（mPa·s） 398.1 624.7 785.3 1005.4 1328.5 1916.3
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的乳化沥青冷补料具有优异的力学性能，耐水性能及流动性的特点，在冷补料行业的发展中具有广阔的前景。

Claims (8)

1.一种乳化沥青冷补料，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：20～30份沥青，8～10份乳化剂，30～40份骨料，10～20份包覆过氧化钠，10～20份卡波姆，20～30份改性微囊，20～30份改性钢渣粉，40～50份水；
所述乳化沥青冷补料的制备过程为：按原料组成称量各原料，将沥青，乳化剂，骨料，包覆过氧化钠，卡波姆，改性微囊，改性钢渣粉和水搅拌混合，即得乳化沥青冷补料。
2.根据权利要求1所述一种乳化沥青冷补料，其特征在于：所述沥青为煤焦沥青，石油沥青或天然沥青中的任意一种。
3.根据权利要求1所述一种乳化沥青冷补料，其特征在于：所述乳化剂为沥青乳化剂BH-Z1或沥青乳化剂BH-Z2中的任意一种。
4.根据权利要求1所述一种乳化沥青冷补料，其特征在于：所述骨料为玄武岩，石灰岩或白云石中的任意一种。
5.根据权利要求1所述一种乳化沥青冷补料，其特征在于：所述包覆过氧化钠的制备过程为：将过氧化钠与熔融石蜡按质量比1：5～1：10搅拌混合，冷冻粉碎，即得包覆过氧化钠。
6.根据权利要求1所述一种乳化沥青冷补料，其特征在于：所述卡波姆为卡波姆971P，卡波姆974P或卡波姆934P中的任意一种。
7.根据权利要求1所述一种乳化沥青冷补料，其特征在于：所述改性微囊的制备过程为：将亚麻油与明胶液按体积比1：20～1：30搅拌混合，再加入明胶液体积5～8倍的硫酸钠溶液搅拌混合，降温，随后加入亚麻油体积1～2倍的甲醛溶液，调节pH，静置固化，过滤，干燥，即得改性微囊；所述明胶液的制备过程为：将明胶粉与水按质量比1：50～1：100混合溶胀后，加热搅拌混合，即得明胶液。
8.根据权利要求1所述一种乳化沥青冷补料，其特征在于：所述改性钢渣粉的制备过程为：将钢渣粉碎，过筛，得钢渣粉，将钢渣粉与盐酸按质量比1：30～1：50搅拌反应，过滤，干燥，即得改性钢渣粉；所述钢渣为转炉钢渣，平炉钢渣或电炉钢渣中的任意一种。
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