CN109486421A - 一种环保型抗滑超薄封层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型抗滑超薄封层材料及其制备方法。本发明解决了沥青路面的渗水病害、抗滑性能不足、轻微麻面及微小裂缝等问题，并提供一个稳定耐久的封层保护沥青路面，能固锁原沥青路面骨料，修复贫油，施工开放交通时间短，对交通通行影响小，具有很大的技术意义和社会意义，采用本发明的预防性养护工艺，不仅可以保持路面的服务水平和延迟大中修的养护时间，还可以节省全寿命周期内的养护费用。
Description
技术领域
本发明涉及道路建筑材料技术领域，具体涉及一种环保型抗滑超薄封层材料及其制备方法。
背景技术
沥青路面表面的性能衰减，抗滑性能不足，路面的微裂缝、麻面、脱粒及渗水等次生病害，严重影响路面的服务水平、行车安全及使用寿命，特别是针对紫外线对路面老化带来的耐久性不足，现阶段的很多预防性养护工艺并不能很好的解决问题，亟需要一种可解决多种沥青路面轻微病害的预防性养护工艺，以解决渗水系数超标、抗滑性能不足、轻微麻面、脱粒及轻微裂缝、老化等病害的环境友好型冷施工封层技术。
目前沥青路面常用的预防性养护方法有雾封层，稀浆封层、微表处、碎石封层及环氧沥青类封层，其中雾封层功能性弱，仅具备封水和美化路面的功能且在施工过程中撒布量较难控制，在路面破坏情况不同的情况下撒布相同量的乳化沥青，导致局部路段路面抗滑指标不能满足行车安全需要。稀浆封层和微表处施工质量较难控制，施工后路面噪音较大，集料磨耗快，影响行车舒适性。碎石封层一般适用于低等级公路的面层或高等级路面的下封层使用，不适用与城市道路和高速公路的路面养护。环氧沥青类封层成本高、封闭施工时间长。
目前现有的沥青路面预防性养护材料功能较单一，缺点明显，难以满足多功能性要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保型抗滑超薄封层材料及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种粘结料，其特征在于，按质量百分数计，包括如下原料：高粘特种复合改性沥青乳液25～35、SBR丁苯胶乳3～6％、水15～30％、级配骨料8～15％、填料9～18％、橡胶粉5～9％、分散剂3～5％、防沉剂1～3％、杀菌防腐剂0.3～0.5％、消泡剂0.1～0.3％、表面活性剂1～3％。
优选地，所述的填料为高岭土；所述的橡胶粉为天子午线胎或斜交胎加工而成的胶粉，橡胶粉颗粒细度在200目～400目；所述的防沉剂为气相二氧化硅。
优选地，所述的级配骨料是粒径在0.075mm～2.36mm间的玄武岩或辉绿岩集料。
优选地，所述的高粘特种复合改性沥青乳液，按质量百分数计，包括如下原料：基质沥青55～60％、SBS 1～3％、软化油3～5％、增粘剂0.5～1％、阳离子乳化剂1.3～1.8％、盐酸0.5～1％、水25.2～36.7％、SBR丁苯胶乳2～3％。
优选地，所述的软化油为含碳数量为10～18个的烷烃、环烷烃、芳烃或者其衍生物，凝固点小于-40℃；所述的基质沥青为70号或90号沥青，60℃粘度不小于140Pa·S；所述的增粘剂为萜烯树脂；所述的阳离子乳化剂为JY-R5。
一种粘结料的制备，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将水加入容器，调整高速分散机至转速为300～500RPM，加入分散剂，分散；
(2)加入杀菌防腐剂，分散，依次加入防沉剂、表面活性剂，分散，高速分散机转速升至700～900RPM；
(3)依次加入高岭土、橡胶粉和级配骨料，高速分散至细度≤50μm，制得预分散料；
(4)高速分散机转速升至1000～1200RPM，依顺序加入高粘特种复合改性沥青乳液、SBR丁苯胶乳，混合均匀；
(5)加入水和消泡剂，搅拌均匀即得。
一种环保型抗滑超薄封层材料，其特征在于，按质量百分数计，包括如下原料：粗骨料9％～22.5％、乳胶0.9％～2.25％、粘结料75.25％～90.1％。
优选地，所述的粗骨料是粒径为1.18mm～2.36mm的辉绿岩或玄武岩矿料；所述的乳胶是苯乙烯丙烯酸酯共聚合物合成胶乳。
一种环保型抗滑超薄封层材料的制备方法，其特征在于，将粘结料、粗骨料、乳胶按配好的比例放进搅拌釜，搅拌均匀即得。
本发明中的杀菌防腐剂、分散剂、消泡剂、表面活性剂的选择标准为可用于水性材料。
本发明中粘结料的制备步骤中，步骤(1)中的用水量为总水量的90％，步骤(5)中的用水量为总水量的10％。
本发明中的粗骨料是指粒径1.18mm-2.36mm的辉绿岩或玄武岩矿料。具有足够的强度(压碎值≤20％)，并且严格控制集料中针片状(针片状含量≤10％)。
本发明中的乳胶是苯乙烯丙烯酸酯共聚合物合成胶乳，是一种环保、自然降解、可再生的高分子材料，总固体含量≥61.5％；干胶含量％≥60％；非橡胶固体含量≤2.0％。
本发明中的水中不得含有有害的可溶性盐类、能引起化学反应的物质和其他污染物，一般可采用饮用水。
本发明中的废橡胶粉为天然胶含量较高的子午线胎或斜交胎加工而成的胶粉，橡胶粉颗粒细度在200目～400目。
本发明中填料为高岭土，高岭土应具有颗粒细、可塑性强、结合性好，触变性过度，收缩适宜、粘土矿物的主体化学成分是硅铝氧化物和水，其特征是与适量水结合后可调成软泥，具有可塑性、其塑性指数大于17标准，详细技术指标见下表：
上述所述级配骨料是指粒径在0.075mm-2.36mm间的玄武岩或辉绿岩集料，通过严格筛选，确定了级配，使得喷洒后的封层(2mm-3mm)具有一定的级配。详细级配见下表：
本发明中的高粘特种复合改性沥青乳液，其所有指标应满足交通部现行技术规范(JTG F40-2004)“BCR改性乳化沥青质量技术要求”，此外乳液蒸发残留物的性能还应满足以下技术要求：软化点应不小于80℃，25℃弹性恢复应不小于95％，低温5℃延度应不小于35cm，25℃拉拔强度应不小于1.0Mpa，60℃动力粘度应不小于20000pa·s，135℃旋转粘度应不小于6pa·s，SHRP试验PG等级应达到PG76-22，具体指标如下表：
高粘特种复合改性沥青乳液的制备方法为：
(1)SBS改性沥青的制备：将基质沥青和软化油添加至溶胀罐，在185℃～195℃搅拌10～30分钟，混合均匀；搅拌下，加入SBS和增粘剂进行溶胀，时间为10～30分钟，温度185℃～195℃；溶胀后进行胶体磨剪切；将剪切好的改性沥青抽送至发育罐发育，时间为1.5～2小时，温度170～190℃，发育结束即制成乳化用改性沥青。
(2)高粘特种复合改性沥青乳液的制备：将阳离子乳化剂和SBR加入60～70℃的水中搅拌，溶解混合后加入盐酸，控制PH为1.5～2.5，得到水溶液；将步骤(1)制得的改性沥青加热至170～180℃和水溶液一起泵入胶体磨进行乳化，即得。
本发明采用高粘特种复合改性沥青乳液，残留物的沥青软化点高(大于80)、粘度大、粘结力强，弹性恢复性能好。乳液均匀稳定，破乳速度适中，保证破乳后沥青与石料裹覆均匀。细集料采用水洗玄武岩级配料，含泥少、砂当量大于90，沥青混合料油膜厚，与旧路面粘结力强，混合料的抗剥落性更好；粗集料采用坚硬耐磨的碱性石料，与沥青的粘附性好，增强路面的抗滑及耐磨性。
本发明封层材料是一种深加工后的超粘特种复合改性乳化沥青与改性剂及外掺剂构成的原液、集料、乳胶等材料按照合适的配合比、经搅拌均匀后进行刮铺或喷洒的路面封层材料。它基于一种离子悬浮系统而设计的，这种悬浮系统可以使得沥青颗粒、矿料或者细集料之间产生排斥力，就和磁铁一样，因此可以提供一种独特的悬浮系统。使材料中的各种成分沥青、矿物质及细骨料与路面能够牢牢结合。材料里的细骨料提供了很好的耐磨性。它可以起到封闭路面空隙，修复路面老化，改善路面外观并具有良好的抗滑性能和抗渗水性能。
本发明解决了沥青路面的渗水病害、抗滑性能不足、轻微麻面及微小裂缝等问题，并提供一个稳定耐久的封层保护沥青路面，能固锁原沥青路面骨料，修复贫油，施工开放交通时间短，对交通通行影响小，具有很大的技术意义和社会意义，采用本发明的预防性养护工艺，不仅可以保持路面的服务水平和延迟大中修的养护时间，还可以节省全寿命周期内的养护费用。
本发明的有益效果是：
(1)本材料能封闭路面空隙和细微裂缝，阻止路表水的下渗，防止路面水损害的发生。
(2)本材料能改善路面外观、形成美观的路面效果。
(3)本材料在路面表面形成保护层，沥青固锁作用使得其不像普通沥青路面那样容易受到损害，在沥青表面能抵御来自各方面的侵蚀，延缓或者修复老化沥青，延长沥青路面使用寿命。
(4)本材料在提高路面抗滑值的同时还能降低路面行车噪音，提高路面行驶舒适性。
(5)本材料施工快速，开放交通时间短。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
本发明实施例中使用的SBS为茂石化生产的星型SBS(全称为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)的分子量为14万～30万，嵌段比为：30/70，拉伸强度≥15MPa，邵氏硬度为75±7A，熔体流动率0.50-5.00g/min。
本发明实施例中使用的SBR为山东派尼化学公司生产的SBR丁苯胶乳，固含量≥60％，PH值8-9，密度0.98，外观为乳白色液态。
本发明实施例中使用的阳离子乳化剂，活性物含量:≥65％，溶解度:1:100的酸性水完全溶解，PH值:8-9，拌和试验:慢裂快凝，外观:棕褐色粘稠液体。
本发明实施例中使用的杀菌防腐剂，其活性成分为甲基异噻唑啉酮/氯甲基异噻唑啉酮混合物，浅蓝色澄清液体，甲基异噻唑啉酮：0.35～0.45％，氯-甲基异噻唑啉酮：1.05～1.16％，PH值：1.5～3.5。
本发明实施例中使用的消泡剂，其化学成分为烃类与非离子表面活性剂的混合物，外观为琥珀色浑浊液体，含水量约25％，密度20℃约0.87g/cm3，粘度23℃约450mPa·s。
本发明实施例中使用的表面活性剂，非挥发物质含量:81％，溶剂:丙二醇，外观:透明浅黄色，25℃比重：0.96，(25℃)粘度CPS:100-200。
本发明实施例中使用的分散剂其化学成分为辛基酚聚氧乙烯醚，外观为透明、浅黄色液体，活性成分含量70％，粘度2.5℃，CP 490，PH值(5％水溶液)70，浊点(1％)＞100，HLB值17.6，静态表面张力39dynes/cm，动态表面张力58dynes/cm。
实施例1
高粘特种复合改性沥青乳液的制备
按配方量称取各组份，基质沥青55％、SBS 1％、软化油3％、增粘剂0.5％、阳离子乳化剂1.3％、盐酸0.5％，水36.7％、SBR丁苯乳胶2％。
(1)SBS改性沥青的制备：将基质沥青和软化油添加至溶胀罐，在185℃～195℃搅拌20分钟，确保混合均匀；搅拌下，加入SBS和增粘剂进行溶胀，时间为30分钟，温度185℃～195℃；溶胀后进行胶体磨剪切(根据剪切效果确定是否进行二次或多次剪切)；将剪切好的改性沥青抽送至发育罐发育，时间为1.5～2小时，温度180℃，发育结束即制成乳化用改性沥青。
(2)高粘特种复合改性沥青乳液的制备：将阳离子乳化剂和SBR丁苯乳胶加入60～70℃的水中搅拌，充分溶解混合后逐步加入盐酸，检测pH，控制pH应在1.5～2.5，得到水溶液；将步骤(1)制得的改性沥青加热至170～180℃和水溶液一起泵入胶体磨进行乳化，得到一种高粘特种复合改性沥青乳液。
粘结料的制备
按配方量称取各组份，高粘特种复合改性沥青乳液25％、改性剂6％、水30％、级配骨料13％、填料12％、橡胶粉6.6％、分散剂5％、防沉剂1％、杀菌防腐剂0.3％、消泡剂0.1％、表面活性剂1％。具体步骤如下：
(1)将水加入容器，调整高速分散机至转速为300～500RPM，加入分散剂，分散；
(2)加入杀菌防腐剂，分散，依次加入防沉剂、表面活性剂，分散，高速分散机转速升至700～900RPM；
(3)依次加入高岭土、橡胶粉和级配骨料，高速分散至细度≤50μm，制得预分散料；
(4)高速分散机转速升至1000～1200RPM，依顺序加入高粘特种复合改性沥青乳液、SBR丁苯胶乳，混合均匀；
(5)加入水和消泡剂，搅拌均匀即得。
环保型抗滑超薄封层材料的制备
粘结料、粗骨料、乳胶按90.1％:9％:0.9％的比例放进搅拌釜，搅拌均匀即可。
测得材料性能见表1。
实施例2
高粘特种复合改性沥青乳液的制备
按配方量称取各组份，基质沥青58％、SBS 2％、软化油4％、增粘剂0.7％、阳离子乳化剂1.5％、盐酸0.8％，水30.5％、SBR丁苯乳胶2.5％。
(1)SBS改性沥青的制备：将基质沥青和软化油添加至溶胀罐，在185℃～195℃搅拌20分钟，确保混合均匀；搅拌下，加入SBS和增粘剂进行溶胀，时间为30分钟，温度185℃～195℃；溶胀后进行胶体磨剪切(根据剪切效果确定是否进行二次或多次剪切)；将剪切好的改性沥青抽送至发育罐发育，时间为1.5～2小时，温度180℃，发育结束即制成乳化用改性沥青。
(2)高粘特种复合改性沥青乳液的制备：将阳离子乳化剂和SBR丁苯乳胶加入60～70℃的水中搅拌，充分溶解混合后逐步加入盐酸，检测pH，控制pH应在1.5～2.5，得到水溶液；将步骤(1)制得的改性沥青加热至170～180℃和水溶液一起泵入胶体磨进行乳化，得到一种高粘特种复合改性沥青乳液。
粘结料的制备
按配方量称取各组份，高粘特种复合改性沥青乳液30％、改性剂4％、水23％、级配骨料13％、填料15％、橡胶粉7％、分散剂3.4％、防沉剂2％、杀菌防腐剂0.4％、消泡剂0.2％、表面活性剂2％。具体步骤如下：
(1)将水加入容器，调整高速分散机至转速为300～500RPM，加入分散剂，分散；
(2)加入杀菌防腐剂，分散，依次加入防沉剂、表面活性剂，分散，高速分散机转速升至700～900RPM；
(3)依次加入高岭土、橡胶粉和级配骨料，高速分散至细度≤50μm，制得预分散料；
(4)高速分散机转速升至1000～1200RPM，依顺序加入高粘特种复合改性沥青乳液、SBR丁苯胶乳，混合均匀；
(5)加入水和消泡剂，搅拌均匀即得。
环保型抗滑超薄封层材料的制备
粘结料、粗骨料、乳胶按82.675％:15.75％:1.575％的比例放进搅拌釜，搅拌均匀即可。
测得材料性能见表1。
实施例3
高粘特种复合改性沥青乳液的制备
按配方量称取各组份，基质沥青60％、SBS 3％、软化油5％、增粘剂1％、阳离子乳化剂1.8％、盐酸1％，水25.2％、SBR丁苯乳胶3％。
(1)SBS改性沥青的制备：将基质沥青和软化油添加至溶胀罐，在185℃～195℃搅拌20分钟，确保混合均匀；搅拌下，加入SBS和增粘剂进行溶胀，时间为30分钟，温度185℃～195℃；溶胀后进行胶体磨剪切(根据剪切效果确定是否进行二次或多次剪切)；将剪切好的改性沥青抽送至发育罐发育，时间为1.5～2小时，温度180℃，发育结束即制成乳化用改性沥青。
(2)高粘特种复合改性沥青乳液的制备：将阳离子乳化剂和SBR丁苯乳胶加入60～70℃的水中搅拌，充分溶解混合后逐步加入盐酸，检测pH，控制pH应在1.5～2.5，得到水溶液；将步骤(1)制得的改性沥青加热至170～180℃和水溶液一起泵入胶体磨进行乳化，得到一种高粘特种复合改性沥青乳液。
粘结料的制备
按配方量称取各组份，高粘特种复合改性沥青乳液35％、改性剂5.2％、水15％、级配骨料15％、填料13％、橡胶粉5％、分散剂5％、防沉剂3％、杀菌防腐剂0.5％、消泡剂0.3％、表面活性剂3％。具体步骤如下：
(1)将水加入容器，调整高速分散机至转速为300～500RPM，加入分散剂，分散；
(2)加入杀菌防腐剂，分散，依次加入防沉剂、表面活性剂，分散，高速分散机转速升至700～900RPM；
(3)依次加入高岭土、橡胶粉和级配骨料，高速分散至细度≤50μm，制得预分散料；
(4)高速分散机转速升至1000～1200RPM，依顺序加入高粘特种复合改性沥青乳液、SBR丁苯胶乳，混合均匀；
(5)加入水和消泡剂，搅拌均匀即得。
环保型抗滑超薄封层材料的制备
粘结料、粗骨料、乳胶按75.25％:22.5％:2.25％的比例放进搅拌釜，搅拌均匀即可。
测得材料性能见表1。
表1材料技术指标实测
将本发明制备的环保型抗滑超薄封层材料、SteelGuard、含砂雾封层进行性能测试比较，结果如表2。
表2本发明制备的环保型抗滑超薄封层材料、SteelGuard、含砂雾封层性能测试比较
从表1、表2中可以看出，实施1、实施2和实施3的性能都能满足要求，但从配方的经济性和生产工艺性来说，实施1是最优选择。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种粘结料，其特征在于，按质量百分数计，包括如下原料：高粘特种复合改性沥青乳液25～35、SBR丁苯胶乳3～6％、水15～30％、级配骨料8～15％、填料9～18％、橡胶粉5～9％、分散剂3～5％、防沉剂1～3％、杀菌防腐剂0.3～0.5％、消泡剂0.1～0.3％、表面活性剂1～3％。
2.根据权利要求1所述的一种粘结料，其特征在于，所述的填料为高岭土；所述的橡胶粉为天子午线胎或斜交胎加工而成的胶粉，橡胶粉颗粒细度在200目～400目；所述的防沉剂为气相二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的一种粘结料，其特征在于，所述的级配骨料是粒径在0.075mm～2.36mm间的玄武岩或辉绿岩集料。
4.根据权利要求1所述的一种粘结料，其特征在于，所述的高粘特种复合改性沥青乳液，按质量百分数计，包括如下原料：基质沥青55～60％、SBS 1～3％、软化油3～5％、增粘剂0.5～1％、阳离子乳化剂1.3～1.8％、盐酸0.5～1％、水25.2～36.7％、SBR丁苯胶乳2～3％。
5.根据权利要求4所述的一种粘结料，其特征在于，所述的软化油为含碳数量为10～18个的烷烃、环烷烃、芳烃或者其衍生物，凝固点小于-40℃；所述的基质沥青为70号或90号沥青，60℃粘度不小于140Pa·S；所述的增粘剂为萜烯树脂；所述的阳离子乳化剂为JY-R5。
6.一种粘结料的制备，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将水加入容器，调整高速分散机至转速为300～500RPM，加入分散剂，分散；
(2)加入杀菌防腐剂，分散，依次加入防沉剂、表面活性剂，分散，高速分散机转速升至700～900RPM；
(3)依次加入高岭土、橡胶粉和级配骨料，高速分散至细度≤50μm，制得预分散料；
(4)高速分散机转速升至1000～1200RPM，依顺序加入高粘特种复合改性沥青乳液、SBR丁苯胶乳，混合均匀；
(5)加入水和消泡剂，搅拌均匀即得。
7.一种环保型抗滑超薄封层材料，其特征在于，按质量百分数计，包括如下原料：粗骨料9％～22.5％、乳胶0.9％～2.25％、粘结料75.25％～90.1％。
8.根据权利要求8所述的一种环保型抗滑超薄封层材料，其特征在于，所述的粗骨料是粒径为1.18mm～2.36mm的辉绿岩或玄武岩矿料；所述的乳胶是苯乙烯丙烯酸酯共聚合物合成胶乳。
9.一种环保型抗滑超薄封层材料的制备方法，其特征在于，将粘结料、粗骨料、乳胶按配好的比例放进搅拌釜，搅拌均匀即得。
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