CN109133816B - 一种具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料,包括干料、乳化沥青、环氧树脂、固化剂和水,该材料能够在几小时内便具有相当高力学性能,4h即可开放交通、具有优异的工作性能,可实现浇筑式施工,能有效充填病害拐角部位,且无需碾压、该材料与旧路面结合性优异,具有优异的抗变形能力、高温稳定性和抗水损害能力。

Description

一种具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料
技术领域
本发明涉及公路及桥梁道面修补用材料,具体涉及一种具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料。
背景技术
我国道路路面类型基本分为水泥混凝土路面和沥青混凝土路面两种,与水泥混凝土路面相比,沥青路面具有表面平整度高、行车平稳,舒适性较好、噪声低,不扬尘、施工机械化程度高以及开放交通快等优势,而广泛应用于高速公路建设。然而,由于沥青属于温度敏感性黏弹性体材料,故沥青混合料和沥青路面性能极大程度受外界环境温度影响,且随着交通量日益增加,超载现象日趋严重,沥青路面受车辆荷载及外界环境耦合作用产生早期病害问题愈显突出,进而导致道路养护工作开展难度增加。
目前,路面常用修复材料主要有热拌沥青混合料、乳化沥青混合料和水泥乳化沥青混合料三种。热拌沥青混合料施工时需要将沥青加热处理,存在污染环境,低温下施工效果差等缺陷;乳化沥青混合料虽无需加热处理,施工简单,但其强度形成缓慢,影响道路开放交通时间;传统水泥乳化沥青混合料是向乳化沥青混合料中掺加了水泥组分,故很大程度上提高了修补材料的早期强度。然而传统水泥乳化沥青混合料仍然存在早期强度低且强度发展速度缓慢,延迟开放交通、流动性差,充填坑槽病害拐角部位效果差、与旧路面结合性较差,由于材料和服役年限差异,导致修补部位与旧路变形程度存在明显的差异,导致易产生二次病害、修补区域与旧路存在明显颜色差异,犹如路面补丁,严重影响道路美观程度等问题。
可见,目前常用的修补材料仍存在早期强度和流动性不足、抗变形能力差且不均匀以及修补后影响道路美观度等问题。因此,鉴于路面养护材料应用广泛性、使用环境复杂性以及对道路使用寿命和路用性能的重要性,开发出一种具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料十分必要。
发明内容
为克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料,可实现浇筑式施工,施工后短时间内具备高力学性能,与旧路面结合性优异,具有很好的抗变形能力。
为实现上述目的本发明采用如下方案:
一种具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料,按质量份数计包括:100份干料、20~30份乳化沥青、10~20份环氧树脂、10~15份固化剂和6~10份水:
其中,所述干料按质量份数计包括以下组分:硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥构成的复合水泥16~20份、集料66~78份、纤维0.1~0.3份、橡胶粉0.3~0.9份、偶联剂0.06~0.09份、减水剂0.01~0.03份、增强剂0.02~0.06份、调凝剂0.01~0.03份、消泡剂0.1~0.3份、膨胀剂0.2~0.6份。
进一步,所述复合水泥中硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的质量比为2:8。
进一步,所述干料中还包括黑色水泥颜料色粉3~9份。
进一步,所述干料中还包括I级粉煤灰5~10份。
进一步,所述乳化沥青为慢裂型阴离子乳化沥青,1.18mm筛孔筛上剩余量为0.002%,平均粒径为2.32μm。
进一步,所述环氧树脂为非离子型水性环氧树脂,固含量为50%。
进一步,所述纤维为聚丙烯纤维;所述橡胶粉为45~70目细度的硫化橡胶粉。
进一步,所述集料按质量份数计包括粗集料44~50份,细集料22~28份;粗集料为粒径5~20mm连续级配的天然碎石,细集料为细度模数为2.8的天然河砂。
进一步,所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷;所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂;所述调凝剂为羟基化合物类调凝剂;所述消泡剂为磷酸三丁酯;所述膨胀剂为UEA型膨胀剂。
进一步,所述固化剂为水性固化剂。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明的修补材料,组分包括硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥构成的复合水泥,硫铝酸盐水泥水化速度极快,在水泥水化初期生成大量水化产物,有助于本发明修补材料早期强度快速形成;另外,修复材料中环氧树脂和乳化沥青形成的网络结构能较好的包裹并穿插在水泥水化产物之间且部分环氧树脂和乳化沥青颗粒填充于水泥水化产物空隙,均可提高修复材料强度;具有高早期强度和强度增长速率,4h便可以开放交通,施工工艺简单,受环境因素影响小,无需加热,对环境无污染。
(2)本发明修补材料中偶联剂和纤维在修复材料的水化产物形成的空间互穿网络结构中互相连接为一体形成多层结构连接层,该结构连接层充分发挥原材料各自优势,使本发明修补材料整体上表现出优异路用性能;具有优异的高温稳定性和抗水损害能力。
(3)纤维在本发明修补材料中发挥耗能、阻裂和增韧作用;另外,橡胶粉的掺入也可一定程度上改善修复材料变性能力;修补材料具有优异的抗变形能力,与旧路结合性好、变形随同性优异,避免病害部位发生二次损坏。
(4)本发明修补材料中乳化沥青含有约40%水分,当乳化沥青在水泥水化过程中逐渐破乳,提高体系总用水量,有助于提高修补材料流动性。乳化沥青用量增加意味着拌合物浆体含量增多,也有助于提高修补材料流动性;修补材料具有高流动性,可实现浇筑施工,修复材料有效充填至损坏部位拐角处,且无需碾压、该材料与旧路面结合性优异,避免道面产生二次损坏,具有良好的耐久性。另外,掺入优质粉煤灰可改善修复材料工作性。
(5)干料有黑色水泥颜料色粉,明修补材料颜色与旧路面基本一致,提高修复路面的美观度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述,但不作为对本发明的限定。
本发明具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料,按质量份数计包括:100份干料、20~30份乳化沥青、10~20份环氧树脂、10~15份固化剂和6~10份水:
其中,所述干料按质量份数计包括以下组分:硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥构成的复合水泥16~20份、粗集料44~50份、细集料22~28份、纤维0.1~0.3份、橡胶粉0.3~0.9份、偶联剂0.06~0.09份、减水剂0.01~0.03份、增强剂0.02~0.06份、调凝剂0.01~0.03份、消泡剂0.1~0.3份、膨胀剂0.2~0.6份、黑色水泥颜料色粉3~9份、I级粉煤灰5~10份。
其制备方法如下:
(1)依据上述配比准确称量各组分质量;
(2)将称取好的粗集料和细集料在搅拌机中预拌和1min至均匀状态;
(3)向步骤(2)预拌和料中加入称取好的拌合用水,混合物在搅拌机中拌合1min;
(4)向步骤(3)中加入称取好的乳化沥青,环氧树脂和固化剂,在搅拌机中拌合1min;
(5)向步骤(4)中加入复合水泥、橡胶粉、偶联剂、减水剂、增强剂、调凝剂、消泡剂、膨胀剂等外掺料,在搅拌机中拌和2min,得到本发明具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料。
下面结合具体实施方案对本发明一种具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料进行详细说明。
实施例一:
本实施例的一种具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料。包括:
干料100份;乳化沥青30份;水10份。
其中,干料由以下材料混合搅拌制成:
复合水泥16份;天然碎石44份;天然河砂22份;聚丙烯纤维0.1份;
45目的废旧橡胶粉0.6份;γ-氨丙基三乙氧基硅烷型偶联剂0.06份;聚羧酸高性能减水剂0.01份;增强剂0.01份;羟基化合物类调凝剂0.01份;磷酸三丁酯消泡剂0.1份;UEA膨胀剂0.2份;黑色水泥颜料色粉5份,I级粉煤灰10份。
复合水泥为硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,两种水泥质量比为2:8,乳化沥青与干料质量比为30:100,水与干料质量比为10:100。
制备过程:
(1)依据上述配比准确称量各组分质量;
(2)将称取好的粗集料和细集料在搅拌机中预拌和1min至均匀状态;
(3)向步骤(2)预拌和料中加入称取好的拌合用水,混合物在搅拌机中拌合1min;
(4)向步骤(3)中加入称取好的乳化沥青,在搅拌机中拌合1min;
(5)向步骤(4)中加入复合水泥、橡胶粉、偶联剂、减水剂、增强剂、调凝剂、消泡剂、膨胀剂等外掺料,在搅拌机中拌和2min,得到本发明具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料。
实施例二:
本实施例的一种具有高早期强度和减振性能的浇筑式修补材料。包括:
干料100份;乳化沥青30份;非离子型水性环氧树脂10份;水性固化剂10份;水10份;环氧树脂固含量为50%,乳化沥青为慢裂型阴离子乳化沥青,1.18mm筛孔筛上剩余量为0.002%,平均粒径为2.32μm。
其中,干料由以下材料混合搅拌制成:
复合水泥16份;天然碎石44份;天然河砂22份;聚丙烯纤维0.1份;
45目的废旧硫化橡胶粉0.3份;γ-氨丙基三乙氧基硅烷型偶联剂0.07份;聚羧酸高性能减水剂0.01份;增强剂0.02份;羟基化合物类调凝剂0.01份;磷酸三丁酯消泡剂0.1份;UEA膨胀剂0.2份;黑色水泥颜料色粉3份,I级粉煤灰10份。
复合水泥为硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,两种水泥质量比为2:8,乳化沥青与干料质量比为30:100,环氧树脂与干料质量比为10:100,固化剂与干料质量比为10:100,水与干料质量比为10:100。
浇筑式修补材料制备过程与实施例一相同。
实施例三:
本实施例的一种具有高早期强度和减振性能的浇筑式修补材料。包括:
干料100份;乳化沥青25份;环氧树脂15份;固化剂15份;水8份。
其中,干料由以下材料混合搅拌制成:
复合水泥18份;天然碎石46份;天然河砂24份;聚丙烯纤维0.2份;
45目的废旧橡胶粉0.7份;γ-氨丙基三乙氧基硅烷型偶联剂0.09份;聚羧酸高性能减水剂0.02份;增强剂0.04份;羟基化合物类调凝剂0.02份;磷酸三丁酯消泡剂0.2份;UEA膨胀剂0.4份,黑色水泥颜料色粉9份,I级粉煤灰8份。
复合水泥为硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,两种水泥质量比为2:8,乳化沥青与干料质量比为25:100,环氧树脂与干料质量比为15:100,固化剂与干料质量比为15:100,水与干料质量比为8:100,聚丙烯纤维0.2份,橡胶粉0.7份,偶联剂0.09份,黑色水泥颜料色粉10份。
浇筑式修补材料制备过程与实施例一相同。
实施例四:
本实施例的一种具有高早期强度和减振性能的浇筑式修补材料。包括:
干料100份;乳化沥青20份;环氧树脂20份;固化剂13份;水6份。
其中,干料由以下材料混合搅拌制成:
复合水泥20份;天然碎石50份;天然河砂28份;聚丙烯纤维0.3份;45目的废旧橡胶粉0.9份;γ-氨丙基三乙氧基硅烷型偶联剂0.09份;聚羧酸高性能减水剂0.03份;增强剂0.06份;羟基化合物类调凝剂0.03份;磷酸三丁酯消泡剂0.3份;UEA膨胀剂0.6份,黑色水泥颜料色粉15份,I级粉煤灰5份。
复合水泥为硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,两种水泥质量比为2:8,乳化沥青与干料质量比为20:100,环氧树脂与干料质量比为20:100,固化剂与干料质量比为13:100,水与干料质量比为6:100,聚丙烯纤维0.3份,橡胶粉0.9份,偶联剂0.09份,黑色水泥颜料色粉15份。
浇筑式修补材料制备过程与实施例一相同。
参考《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080-2002)和《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30-2011)规定,对实施案例制备的一种具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修补材料的早期性能(工作性和早期力学性能)进行检测,检测结果如下表1所示。
表1不同实施例的修补材料早期性能测试结果
Figure GDA0003264287250000081
由表1可知,上述实施例均能满足技术要求,四种实施例中冷拌料坍落度均大于200mm,4h抗压强度可达均大于15MPa,4h抗折强度均高于4MPa,另外办发明冷拌料4h力学性能(弹性模量、抗压强度和抗折强度)均达到对应28d龄期力学性能的80%以上,表明本发明冷拌料具有高流动性、高早期强度以及强度增长速率快等优点,本发明冷拌料可实现浇筑式施工,4h便可开放交通。
对比实施例一和实施例二制备的修补材料坍落度和早期强度,修补材料中掺加环氧树脂和固化剂组分后,有助于提高修补材料工作性和早期力学性能。
对比实施例二、实施例三和实施例四可知,修补材料体系中其他组分相对恒定时,乳化沥青和拌和用水含量越高,修补材料工作性越好,但强度有所降低;而环氧树脂和固化剂、复合水泥、纤维和偶联剂含量越高,修补材料早期力学性能越优异,但工作性有所降低;另外,随着黑色水泥颜料色粉用量增多,修复材料颜色愈接近沥青颜色,有利于提高路面美观度。综合对比实施例制备修补材料的早期性能,结果表明,实施例四具有最佳的工作性和早期强度。
参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)和“美国混凝土协会ACI554推荐混凝土抗冲击韧性测试方法”,对实施案例四制备的修复材料与传统水泥乳化沥青混合料长期性能指标测试结果进行对比,检测结果见表2所示。
表2修复材料长期性能测试结果
Figure GDA0003264287250000091
由表2可知,实施例四制备的修复材料马歇尔稳定度、动稳定度值均高于传统水泥乳化沥青混合料,表明本发明实施例四制备修复材料的高温稳定性能优于传统水泥乳化沥青混合料;实施例四制备修复材料冻融劈裂试验残留强度比明显高于传统水泥乳化沥青混合料,表明本发明实施例四制备修复材料具有更好抗水损害能力。实施例四制备修复材料抗冲击次数和抗拉强度明显高于传统水泥乳化沥青混合料,表明本发明实施例四制备修复材料具有优异的抗变形能力。
基于以上修复材料制备方法和设计理念,本发明一种具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料具有高早期强度和工作性,实现浇筑式施工,4h即可开放交通;可有效解决道面修补区域变性能力和颜色和旧路差异大的问题。
最后应该说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种具有高早期强度和抗变形能力的浇筑式修复材料,其特征在于按质量份数计为:100份干料、20~30份乳化沥青、10~20份环氧树脂、10~15份固化剂和6~10份水:
其中,所述干料按质量份数计由以下组分组成:硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥构成的复合水泥16~20份、集料66~78份、纤维0.1~0.3份、橡胶粉0.3~0.9份、偶联剂0.06~0.09份、减水剂0.01~0.03份、增强剂0.02~0.06份、调凝剂0.01~0.03份、消泡剂0.1~0.3份、膨胀剂0.2~0.6份,黑色水泥颜料色粉3~9份,I级粉煤灰5~10份;所述偶联剂为 γ -氨丙基三乙氧基硅烷;所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂;所述调凝剂为羟基化合物类调凝剂;所述消泡剂为磷酸三丁酯;所述膨胀剂为UEA型膨胀剂;
所述复合水泥中硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的质量比为2:8;
所述固化剂为水性固化剂;所述乳化沥青为慢裂型阴离子乳化沥青,1.18mm筛孔筛上剩余量为0.002%,平均粒径为2.32μm,乳化沥青含有40%水分;所述环氧树脂为非离子型水性环氧树脂,固含量为50%。
2.如权利要求1所述的修复材料,其特征在于:所述纤维为聚丙烯纤维;所述橡胶粉为45~70目细度的硫化橡胶粉。
3.如权利要求1所述的修复材料,其特征在于:所述集料按质量份数计为粗集料44~50份,细集料22~28份;粗集料为粒径5~20mm连续级配的天然碎石,细集料为细度模数为2.8的天然河砂。
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