CN108558274A - 路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：(1)将水性环氧树脂与乳化沥青按比例混合均匀，搅拌10分钟以上；(2)将矿料与水按比例混合，使矿料充分湿润；(3)将步骤(1)所得混合物、步骤(2)所得湿润的矿料、水性环氧树脂固化剂、添加剂、填料充分混合并搅拌均匀，形成浆状混合物；所述矿料、水性环氧树脂、水性环氧树脂固化剂、乳化沥青、水、填料和添加剂的重量份配比为：100∶(0.2～15)∶(0.1～5)∶(5～15)∶(3～10)∶(1～15)∶(0.01～2)。本发明提供的制备方法，解决了现有技术中各材料融合性差，施工过程污染严重，混合料使用性能有限，路面易损坏等技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土的制备方法。
背景技术
伴随着我国经济建设的快速增长，近几年道路工程基础设施建设迅猛发展，截止到2016年底，我国已建成公路总里程为424万公里，城市道路总里程超过100万公里，其中高速公路通车总里程已超过13万公里。我国的道路总里程已经达到500多万公里，居世界第二位。
随着道路建设的迅猛发展，道路铺装技术及铺装材料正逐渐受到各级公路管理部门的高度重视。如何科学、合理地进行道路施工及铺装，特别是路面的快速施工、环保施工，对保持路面的良好使用性能、延长路面的使用寿命，降低路面的周期养护费具有十分重要的现实意义。
国内目前路面铺装材料一般为水泥混凝土或沥青混凝土，现有技术中使用的水泥混凝土存在以下问题：1.对水泥和水的需要量大，修建0.2m厚，7m宽的混凝土路面，每1000m要水泥400～500t，水250t，完工后还需要大量的养生水。水泥供应不足和缺水地区，修建道路困难，成本很高；2、需设有接缝。由于热胀冷缩的原因，再加上载荷等约束，混凝土板容易断裂，就需要设置很多接缝，接缝会增加施工难度，并且造成行车跳动，影响行车舒适性；3、施工周期长，开放交通时间长。完工后要进行28天的潮湿养生，否则道路寿命短，容易受损；4.修复困难。水泥混凝土路面被破坏之后，开挖非常困难。而现有技术中使用的沥青混凝土存在以下问题：1、容易发生沥青面层缩裂。冬季沥青面层中的平均温度低于断裂温度，面层即发生断裂；2、不耐高温。在温度较高的季节，车辆的反复碾压，沥青产生塑性流动形成的车辙达到一定深度，辙槽积水，容易发生事故；3、材料融合性差。沥青容易从矿料表面剥落；4、耐磨性差。车轮反复滚动摩擦作用，集料表面被磨光导致沥青面层表面光滑，容易在雨季导致车祸；5、不环保。施工过程对环境造成的污染严重。
发明内容
本发明提供了一种路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土的制备方法，解决了现有技术中各原料融合性差，施工过程污染严重，混合材料使用性能有限、路面易损坏的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出了一种路面用改性沥青混凝土材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将水性环氧树脂与乳化沥青按比例混合均匀，搅拌10分钟以上，改性乳化沥青；
(2)将矿料与水按比例混合，使矿料充分湿润；
(3)将步骤(1)所得混合物、步骤(2)所得湿润的矿料、水性环氧树脂固化剂、添加剂、填料充分混合并搅拌均匀，形成浆状混合物；
所述矿料、水性环氧树脂、水性环氧树脂固化剂、乳化沥青、水、填料和添加剂的重量份配比为：100∶(0.2～15)∶(0.1～5)∶(5～15)∶(3～10)∶(1～15)∶(0.01～2)。
优选的，所述步骤(2)中矿料先经过如下处理：根据施工要求确定使用矿料的最大粒径以确定使用级配型号，将不同粒径的矿料进行筛分，按照技术准则进行级配调整，确定不同粒径矿料使用比例，将分级的矿料按照所得比例进行混合即可得到步骤(2)中所要求的矿料。
优选的，所述浆状混合物室温下的可拌和时间不小于120s，30min时粘聚力不小于1.2N·m，60分钟时粘聚力不小于2.0N·m。
优选的，所述填料包括：
优选的，所述矿粉处理为表观相对密度不小于2.5，含水量不大于1，粒度范围为0.075mm以下颗粒的含量为75％～90％，粒度范围为0.075mm～0.15mm以下的颗粒含量为10％～25％。
优选的，所述消石灰处理为有效钙加氧化镁的含量不小于60％，含水量为0.4～2％，过0.6mm方孔筛的筛余为不大于0.5％，过0.15mm方孔筛的筛余为15％。
优选的，所述水泥处理为普通硅酸盐水泥，比表面积不小于300m2/kg，凝结时间为初凝时间不小于45min，终凝时间不大于600min，强度为3天不小于17MPa，28天不小于42.5MPa，其中三氧化硫含量不大于3.5％，氧化镁含量不大于5％，氯离子含量不大于0.06％，烧失量为5％。
本发明还提出了一种由上述路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土的制备方法制得的路面用改性沥青混凝土材料，由上述制备方法制得。
优选的，包括如下重量配比的原料：
优选的，所述矿料由不同粒径大小的矿料颗粒混合而成，具体包括：II型EEAM-2矿料最大粒径为4.75mm，III-1型EEAM-3-1矿料最大粒径为9.5mm，III-2型EEAM-3-2矿料最大粒径为13.2mm；矿料级配为：其中II型EEAM-2矿料通过下更筛孔的质量百分率为100％通过9.5mm筛孔，80％～100％通过4.75mm筛孔，60％～95％通过2.36mm筛孔，35％～80％通过1.18mm筛孔，20％～60％通过0.6mm筛孔，10％～40％通过0.3mm筛孔，5％～30％通过0.15mm筛孔，3％～20％通过0.075mm筛孔；III-1型EEAM-3-1矿料通过下更筛孔的质量百分率为100％通过9.5mm筛孔，65％～95％通过4.75mm筛孔，35％～80％通过2.36mm筛孔，20％～60％通过1.18mm筛孔，15％～45％通过0.6mm筛孔，8％～35％通过0.3mm筛孔，5％～25％通过0.15mm筛孔，3％～20％通过0.075mm筛孔；III-2型EEAM-3-2矿料通过下更筛孔的质量百分率为80％～100％通过13.2mm筛孔，60％～90％通过9.5mm筛孔，30％～75％通过4.75mm筛孔，20％～65％通过2.36mm筛孔，10％～45％通过1.18mm筛孔，5％～35％通过0.6mm筛孔，5％～30％通过0.3mm筛孔，4％～25％通过0.15mm筛孔，3％～15％通过0.075mm筛孔。
有益效果：
本发明提供的路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土的制备方法，首先将水性环氧树脂与乳化沥青按比例混合均匀，通过水性环氧树脂改性乳化沥青，之后再经水性环氧树脂固化剂作用，通过水性环氧树脂固化的增粘和锚固作用进一步提高改性乳化沥青胶结料与矿料界面的作用力，水性环氧树脂能形成高强度的交联网状结构，并贯穿于沥青体系之中，更进一步增大了沥青粘结料的内聚强度，从而提高了胶结料的热稳定性和力学性能。
该方法制得的路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土材料，具有以下特点：
1.本发明制得的材料比热沥青薄层罩面材料具有更好的封水效果，可有效防止路表水下渗，从而更好地保护路面结构，延长路面的使用寿命；
2.本发明制得的材料铺设的路面，较现有技术的路面对于磨损、老化、磨光、泛油、车辙、微裂缝等损耗具有更强的耐受力，能够提高路面宏观构造深度和摩擦系数；
3.本发明采用的级配矿料和高内聚强度的改性乳化沥青混合料料，抗车辙能力比现有技术的混合料有大幅提升；
4.本发明材料制备过程及施工过程投入设备少，施工速度快，路面成型快，缩短了开放交通时间；
5、常温施工，降低能耗，不释放有害气体，环保节能，冷拌冷凝。
本发明在已有的研究基础上，结合国内外的发展现状和工程的具体要求，以及我国的实际情况，从根本上改变过去常规的路面铺设混合材料，研发出新型的路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土的制备方法和路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土材料，使路面的功能层寿命长、成本低、节能减排且安全环保，具有显著的经济效益和社会效益，以及十分重要的现实意义。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供了一种路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土的制备方法，按如下重量份比例准备原料：
按如下重量包括如下步骤：
(1)将准备好的原料水性环氧树脂与乳化沥青混合均匀，搅拌10分钟；
(2)将准备好的矿料与水混合，使矿料充分湿润；
(3)将步骤(1)所得混合物、步骤(2)所得湿润的矿料、水性环氧树脂固化剂、添加剂、填料充分混合并搅拌均匀，形成浆状混合物；所述浆状混合物室温下的可拌和时间为120s，30min时粘聚力大于等于1.2N·m，60分钟时粘聚力大于等于2.0N·m。
其中，矿料的配级合成矿料级配满足下表1和表2要求。
表1水性环氧树脂乳化沥青混凝土混合料分类
| 水性环氧树脂乳化沥青混凝土混合料种类 | 矿料公称最大粒径(mm) |
| II型EEAM-2 | 4.75 |
| III-1型EEAM-3-1 | 9.5 |
| III-2型EEAM-3-2 | 13.2 |
表2矿料级配
其中，填料为重量份比例：
矿粉 1％
所述矿粉表观相对密度不小于2.5，含水量不大于1，粒度范围为0.075mm以下颗粒的含量为75％～90％，粒度范围为0.075mm～0.15mmm以下的颗粒含量为10％～25％。
实施例2
本实施例提供了一种路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土的制备方法，按如下重量份比例准备原料：
按上述比例，包括如下步骤：
(1)将准备好的原料水性环氧树脂与乳化沥青混合均匀，搅拌20分钟；
(2)将准备好的矿料与水混合，使矿料充分湿润；
(3)将步骤(1)所得混合物、步骤(2)所得湿润的矿料、水性环氧树脂固化剂、添加剂、填料充分混合并搅拌均匀，形成浆状混合物；所述浆状混合物室温下的可拌和时间为160s，30min时粘聚力大于1.2N·m，60min时粘聚力大于2.0N·m。
其中，矿料的配级与实施例1所述一致。
其中，填料重量份比例为：
所述矿粉表观相对密度大于等于2.5，含水量不大于1，粒度范围为0.075mm以下颗粒的含量为75％～90％，粒度范围为0.075mm～0.15mmm以下的颗粒含量为10％～25％。
所述消石灰处理为有效钙加氧化镁的含量不小于60％，含水量为0.4～2％，过0.6mm方孔筛的筛余为不大于0.5％，过0.15mm方孔筛的筛余为15％。
所述水泥处理为比表面积不小于300m2/kg，凝结时间为初凝时间不小于45分钟，终凝时间不大于600分钟，强度为3天不小于17Mpa，28天不小于42.5Mpa，其中三氧化硫含量为3.5％，氧化镁含量为5％，氯离子含量为0.06％，烧失量为5％。
实施例3
本实施例提供了一种路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土的制备方法，按如下重量份比例准备原料：
按上述比例，包括如下步骤：
(1)将准备好的原料水性环氧树脂与乳化沥青混合均匀，搅拌15分钟；
(2)将准备好的矿料与水混合，使矿料充分湿润；
(3)将步骤(1)所得混合物、步骤(2)所得湿润的矿料、水性环氧树脂固化剂、添加剂、填料充分混合并搅拌均匀，形成浆状混合物；所述浆状混合物室温下的可拌和时间为140秒，30分钟时粘聚力大于1.2N·M，60分钟时粘聚力大于2.0N·M。
其中，矿料的配级与实施例1所述一致。
其中，填料重量份比例为：
所述矿粉表观相对密度不小于2.5，含水量不大于1，粒度范围为0.075mm以下颗粒的含量为75％～90％，粒度范围为0.075mm～0.15mmm以下的颗粒含量为10％～25％。
所述消石灰处理为有效钙加氧化镁的含量不小于60％，含水量为0.4～2，过0.9mm方孔筛的筛余为不大于0.5％，过0.125mm方孔筛的筛余为15％。
所述水泥处理为比表面积不小于300m2/kg，凝结时间为初凝时间不小于45分钟，终凝时间不大于600分钟，强度为3天不小于17Mpa，28天不小于42.5Mpa，其中三氧化硫含量为3.5％，氧化镁含量为5％，氯离子含量为0.06％，烧失量为5％。
实施例4
本实施例提供一种路面水性环氧树脂乳化沥青混凝土，包括如下重量份比例原料：
所述填料重量份比例为：
矿粉1
其中，所述矿料由不同粒径大小的矿料颗粒混合而成，具体包括：II型EEAM-2矿料最大粒径为4.75mm，III-1型EEAM-3-1矿料最大粒径为9.5mm，III-2型EEAM-3-2矿料最大粒径为13.2mm；矿料级配为：其中II型EEAM-2矿料通过下更筛孔的质量百分率为100％通过9.5mm筛孔，80％～100％通过4.75mm筛孔，60％～95％通过2.36mm筛孔，35％～80％通过1.18mm筛孔，20％～60％通过0.6mm筛孔，10％～40％通过0.3mm筛孔，5％～30％通过0.15mm筛孔，3％～20％通过0.075mm筛孔；III-1型EEAM-3-1矿料通过下更筛孔的质量百分率为100％通过9.5mm筛孔，65％～95％通过4.75mm筛孔，35％～80％通过2.36mm筛孔，20％～60％通过1.18mm筛孔，15％～45％通过0.6mm筛孔，8％～35％通过0.3mm筛孔，5％～25％通过0.15mm筛孔，3％～20％通过0.075mm筛孔；III-2型EEAM-3-2矿料通过下更筛孔的质量百分率为80％～100％通过13.2mm筛孔，60％～90％通过9.5mm筛孔，30％～75％通过4.75mm筛孔，20％～65％通过2.36mm筛孔，10％～45％通过1.18mm筛孔，5％～35％通过0.6mm筛孔，5％～30％通过0.3mm筛孔，4％～25％通过0.15mm筛孔，3％～15％通过0.075mm筛孔。
实施例5
本实施例提供一种路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土材料，包括如下重量份比例原料：
所述填料重量份比例为：
其中，所述矿料由不同粒径大小的矿料颗粒混合而成，具体包括：II型EEAM-2矿料最大粒径为4.75mm，III-1型EEAM-3-1矿料最大粒径为9.5mm，III-2型EEAM-3-2矿料最大粒径为13.2mm；矿料级配为：其中II型EEAM-2矿料通过下更筛孔的质量百分率为100％通过9.5mm筛孔，80％～100％通过4.75mm筛孔，60％～95％通过2.36mm筛孔，35％～80％通过1.18mm筛孔，20％～60％通过0.6mm筛孔，10％～40％通过0.3mm筛孔，5％～30％通过0.15mm筛孔，3％～20％通过0.075mm筛孔；III-1型EEAM-3-1矿料通过下更筛孔的质量百分率为100％通过9.5mm筛孔，65％～95％通过4.75mm筛孔，35％～80％通过2.36mm筛孔，20％～60％通过1.18mm筛孔，15％～45％通过0.6mm筛孔，8％～35％通过0.3mm筛孔，5％～25％通过0.15mm筛孔，3％～20％通过0.075mm筛孔；III-2型EEAM-3-2矿料通过下更筛孔的质量百分率为80％～100％通过13.2mm筛孔，60％～90％通过9.5mm筛孔，30％～75％通过4.75mm筛孔，20％～65％通过2.36mm筛孔，10％～45％通过1.18mm筛孔，5％～35％通过0.6mm筛孔，5％～30％通过0.3mm筛孔，4％～25％通过0.15mm筛孔，3％～15％通过0.075mm筛孔。
对本发明中路面用改性乳化沥青混凝土材料做铺设路面检测试验，检测项目包括：横向力系数、渗水系数、平整度、横坡、构造深度、粘结力。主要检测设备如表3所示：
表3路面工程检测仪器设备
(1)横向力系数
横向力系数检测结果如表4所示。本发明材料铺设路面具有优良的抗滑性能，评价等级为优。
表4横向力系数
(2)渗水系数
渗水系数检测结果如表5所示，结果表明，本发明材料铺设路面密实。渗水系数仅有57(mL/min)，抗渗水能力尚优于热铺沥青面层，据此推断，本发明材料铺设路面具有良好的封水能力和抗水损坏能力。
表5渗水系数
(3)平整度
路面平整度主要影响行车舒适性。原水泥路面的平整度较差，铺筑本发明材料路面后，路面平整度大幅度提高，检测结果见表6。由于本发明材料铺设路面仅有1cm厚且为等厚度摊铺，无法从根本上改变由原水泥路面板轻度错台引起的不平整。
表6原水泥路面和试验路面平整度结果对比
(4)构造深度
路面构造深度用于评定路面宏观粗糙度和抗滑性能。根据表7所示，路面的构造深度由0.42mm增至0.75mm，本发明材料铺设路面优于热铺沥青抗滑表层。
表7原水泥路面和试验路面构造深度结果对比
(5)路面横坡
横坡主要针对于雨天排水考虑，由于是在隧道内，路面基本不存在积水。由表8可以看出，原水泥路面和本发明材料铺设路面的横坡均符合设计要求。
表8原水泥路面和试验路面横坡结果对比
(6)拉拔强度
在本发明铺设路面先行钻孔取芯(穿过粘层至水泥板内)，之后对取芯所得样品进行拉拔试验，见表9。观察拉拔破坏类型，试样均为内聚破坏，表明层间粘接力大于本发明材料的内聚强度，据此认为，本发明材料不会因层间抗剪强度不足而发生推移。另一方面，拉拔试验结果还表明，本发明材料的内聚强度远远大于热拌沥青混合料的。
表9拉拔试验结果
| 测试点 | 平均拉拔力/N | 平均拉拔强度/MPa |
| 行车道边缘 | 5086.8 | 0.648 |
| 超车道边缘 | 5683.4 | 0.724 |
| 行车道轮迹带 | 6641.1 | 0.846 |
| 超车道轮迹带 | 6499.8 | 0.828 |
由上述试验结果可知：
1.本发明材料具有较高的强度，温度变化对材料力学性质的影响相对较小，具有优良的抗车辙、抗飞散、抗水损坏能力。
2.本发明材料的横向力系数SFC高达73.9，构造深度达到0.75mm，具有优良的抗滑性能。
3.本发明材料铺设路面具有优良的表面功能和耐久性。
4.施工方便，可以不封闭隧道交通。
5.易于修补。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将水性环氧树脂与乳化沥青按比例混合均匀，搅拌10分钟以上，改性乳化沥青；
(2)将矿料与水按比例混合，使矿料充分湿润；
(3)将步骤(1)所得混合物、步骤(2)所得湿润的矿料、水性环氧树脂固化剂、添加剂、填料充分混合并搅拌均匀，形成浆状混合物；
所述矿料、水性环氧树脂、水性环氧树脂固化剂、乳化沥青、水、填料和添加剂的重量份配比为：100∶(0.2～15)∶(0.1～5)∶(5～15)∶(3～10)∶(1～15)∶(0.01～2)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中矿料先经过如下处理：根据施工要求确定使用矿料的最大粒径以确定使用级配类型，将不同粒径的矿料进行筛分，按照技术准则进行级配调整，确定不同粒径矿料使用比例，将分级的矿料按照所得比例进行混合即可得到步骤(2)中所要求的矿料。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浆状混合物室温下的可拌和时间不小于120s，30min时粘聚力不小于1.2N·m，60分钟时粘聚力不小于2.0N·m。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述填料包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述矿粉处理为表观相对密度不小于2.5，含水量不大于1，粒度范围为0.075mm以下颗粒的含量为75％～90％，粒度范围为0.075mm～0.15mm以下的颗粒含量为10％～25％。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述消石灰处理为有效钙加氧化镁的含量不小于60％，含水量为0.4～2％，过0.6mm方孔筛的筛余为不大于0.5％，过0.15mm方孔筛的筛余为15％。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述水泥处理为普通硅酸盐水泥，比表面积不小于300m2/kg，凝结时间为初凝时间不小于45min，终凝时间不大于600min，强度为3天不小于17MPa，28天不小于42.5MPa，其中三氧化硫含量不大于3.5％，氧化镁含量不大于5％，氯离子含量不大于0.06％，烧失量为5％。
8.一种路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土，由上述权利要求1至6任一所述的制备方法制得。
9.根据权利要求8所述的路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土，其特征在于，包括如下重量配比的原料：
10.根据权利要求8所述的路面用水性环氧树脂乳化沥青混凝土，其特征在于，所述矿料由不同粒径大小的矿料颗粒混合而成，具体包括：II型EEAM-2矿料最大粒径为4.75mm，III-1型EEAM-3-1矿料最大粒径为9.5mm，III-2型EEAM-3-2矿料最大粒径为13.2mm；矿料级配为：其中II型EEAM-2矿料通过下更筛孔的质量百分率为100％通过9.5mm筛孔，80％～100％通过4.75mm筛孔，60％～95％通过2.36mm筛孔，35％～80％通过1.18mm筛孔，20％～60％通过0.6mm筛孔，10％～40％通过0.3mm筛孔，5％～30％通过0.15mm筛孔，3％～20％通过0.075mm筛孔；III-1型EEAM-3-1矿料通过下更筛孔的质量百分率为100％通过9.5mm筛孔，65％～95％通过4.75mm筛孔，35％～80％通过2.36mm筛孔，20％～60％通过1.18mm筛孔，15％～45％通过0.6mm筛孔，8％～35％通过0.3mm筛孔，5％～25％通过0.15mm筛孔，3％～20％通过0.075mm筛孔；III-2型EEAM-3-2矿料通过下更筛孔的质量百分率为80％～100％通过13.2mm筛孔，60％～90％通过9.5mm筛孔，30％～75％通过4.75mm筛孔，20％～65％通过2.36mm筛孔，10％～45％通过1.18mm筛孔，5％～35％通过0.6mm筛孔，5％～30％通过0.3mm筛孔，4％～25％通过0.15mm筛孔，3％～15％通过0.075mm筛孔。
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