CN111040552A - 沥青混凝土路面冬季智能型防水剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种沥青混凝土路面冬季智能型防水剂，其各组分的质量百分比为：甲基硅酸钾50～60％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液8～30％，乳化剂3～6.3％，固化剂2～5％，防冻剂1～2％，水14～28％。本发明的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂具有良好的防水性与低温可操作性，适用于冬季寒冷地区沥青混凝土路面的防水处理，可以有效解决负温度条件下路面受水分侵蚀和氯盐腐蚀等问题。采用喷涂处理工艺，可以实现机械化操作，方便多次喷涂，有利于保证路面的防水效果，对于严寒地区沥青混凝土路面的防水性和结构的整体耐久性具有非常高的实用价值。

Description

沥青混凝土路面冬季智能型防水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及路面防水剂领域，特别是一种沥青混凝土路面冬季智能型防水剂及其制备方法。
背景技术
沥青混凝土路面作为我国公路现有的主要路面形式，是由沥青结合料和矿质混合料经拌和碾压而成的一种结构形式，因此不可避免的会存在压实度不够，孔隙率过大等情况。此外，沥青混凝土面层直接与外界环境接触，在长期的使用过程中，受到车辆荷载、空气中的氧、水和紫外线等介质的多重作用，促使沥青发生诸多复杂的物理化学变化，逐渐老化变硬出现各种裂纹或裂缝。现有研究表明，上述病害的出现为水或水汽的侵入提供了通道，在车轮形成的动水压力下，沥青与集料之间的粘结强度降低，促使两者产生剥离趋势，最终造成所谓的沥青路面“水损害”。特别是对于我国北方普通道路和具有排水功能的大孔隙率透水路面来说，冬季极端的气温条件会使滞留在沥青混凝土内部的水分结冰产生体积膨胀，在气温变化和车辆荷载的反复作用下，混凝土内部的冰晶体会不断的发生胀缩变化，进一步加剧了沥青与集料之间的剥离程度，严重影响了沥青混凝土路面在冬季使用期间的整体稳定性。
此外，氯盐类融雪剂作为冬季常用除雪材料，在我国北方和西北寒冷地区使用较多，虽然使用方便，价格低廉，但是下渗的盐水会对道路两旁的绿化带、农田和地下水造成一定污染，更有甚者会对沥青路面和路基的承载力及耐久性造成难以修复的影响。因此为了适应国民经济和现代化道路交通的发展需要，必须对我国寒冷地区的道路采取相应的防御措施，来提高沥青混凝土路面在冬季低温条件下的防水能力，避免冰晶体和氯盐对道路结构造成的破坏。
针对上述道路的病害问题，目前采取的主要解决办法有提高沥青粘结性和改变集料级配的同时注重路面的压实度(方法1)；采用乳化沥青、改性沥青或醋酸乙烯乳液等高分子材料作为道路铺筑时的防水层(方法2)；或对局部破坏严重的部位采取表层修补(方法3)等。然而随着人们在实践中的运用发现，采用方法1不能有效阻止水分和氯盐地渗入；采用方法2虽然施工方便、价格低廉，但防水效果较差，不能对路面在冬季起到很好的保护作用，尤其是大孔隙率的透水型路面，同时该方法在后期的修补中也较为麻烦；采用方法3不仅不能从根本上解决沥青混凝土路面的“水损害”和冬季防水等问题，还会破坏道路结构的整体稳定性和路面美观效果。
发明内容
针对冬季极端气温条件下沥青混凝土路面的防水问题，本发明提供了一种沥青混凝土路面冬季智能型防水剂及其制备方法。
应用本发明的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂，既可以提高沥青混凝土上面层在低温条件下的防水功能，预防既有路面在冰晶体冻胀力作用下的破坏，又不破坏透水型路面在正常使用环境下的排水功能。对于提高路面的耐久性，节约道路的维护成本具有重要意义。
为了达到上述技术目标，本发明采用的技术方案是：
一种沥青混凝土路面冬季智能型防水剂，其各组分的质量百分比为：甲基硅酸钾50～60％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液8～30％，乳化剂3～6.3％，固化剂2～5％，防冻剂1～2％，水14～28％。
在上述技术方案中，所述水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液中，各组分占所述沥青混凝土路面冬季智能型防水剂的质量百分比为：水性丙烯酸酯5～15％，水性聚氨酯5～15％。
在上述技术方案中，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液中，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯的质量比为1:1。
在上述技术方案中，所述乳化剂中包括非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚和阴离子型乳化剂十二烷基苯磺酸钠，各组分占所述沥青混凝土路面冬季智能型防水剂的质量百分比为：非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚2.4～5％，阴离子型乳化剂十二烷基苯磺酸钠0.6～1.3％。
在上述技术方案中，所述非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚和所述阴离子型乳化剂十二烷基苯磺酸钠的质量比为4:1。
在上述技术方案中，所述甲基硅酸钾与水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液的质量比为4:1～6:1。
在上述技术方案中，沥青混凝土路面冬季智能型防水剂各组分的质量百分比为：甲基硅酸钾50％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液15％，乳化剂3％，固化剂2％，防冻剂2％，水28％。
在上述技术方案中，沥青混凝土路面冬季智能型防水剂各组分的质量百分比为：甲基硅酸钾55％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液11％，乳化剂5％，固化剂4％，防冻剂1.5％，水23.5％。
在上述技术方案中，沥青混凝土路面冬季智能型防水剂各组分的质量百分比为：甲基硅酸钾60％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液8％，乳化剂6％，固化剂5％，防冻剂1％，水20％。
一种上述的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂的制备方法，包括以下步骤：
将去离子水、乳化剂、水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合搅拌制成乳液；将甲基硅酸钾添加到上述乳液中继续搅拌均匀；再将防冻剂和固化剂加入其中搅拌均匀。
本发明具有的特点和有益效果是：
本发明的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂所采用的各组分化学材料均为常规材料，经搅拌混合成的复合防水剂价格低廉，施工方便，凝结硬化快，施工周期短，维修简便。
本发明的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂绿色环保，无毒无害，不污染环境，并且具有优良的防冻性、强渗透性、耐磨性和良好的变形能力，可以承受车轮的长期磨耗，亦可以在-40℃的温度范围内保持良好的防水性，同时随着温度的升高，该防水剂又可以自行消解，不影响道路的正常排水功能。
本发明的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂具有良好的防水性与低温可操作性，适用于冬季寒冷地区沥青混凝土路面的防水处理，可以有效解决负温度条件下路面受水分侵蚀和氯盐腐蚀等问题。采用喷涂处理工艺，可以实现机械化操作，方便多次喷涂，有利于保证路面的防水效果，对于严寒地区沥青混凝土路面的防水性和结构的整体耐久性具有非常高的实用价值。
附图说明
图1是沥青混凝土路面冬季智能型防水剂样品。
图2是沥青混凝土路面防水剂隔离示意图。本发明为强渗透性开放型防水剂，根据路面结构的孔隙率，渗入多深就具有多深的防水效果。
图3是沥青混凝土路面防水剂消解之后的示意图。随着车轮的不断磨耗和温度的升高，防水剂逐渐消解失去作用，结构内部虽有少许残留，但不会影响排水性沥青混凝土路面功能的正常发挥。
图4是沥青混凝土路面防水剂的成膜效果图。
图5是沥青混凝土路面防水剂防水效果图。
具体实施方式
本发明的核心思想就是研发一种成本低廉，施工简便，且具有特定使用阶段的沥青混凝土路面防水剂，用来有针对性的提高普通沥青路面及排水型路面在冬季低温条件下的防水能力，阻止水分渗入路面内部而引起的冻胀等病害，从而延长道路的使用寿命。
如图2-5所示，将本发明用于道路路面防水处理，可以在结构表面形成一层具有感温时效性的智能型憎水膜，在冬季可以阻止冰雪融水的渗入，起到防止水分结冰冻胀所造成的破坏作用，提高路面结构的耐久性，当春季温度升高时，该防水膜可以自动消解，不影响路面其它功能的正常使用。
将本发明防水剂喷涂到路面之后，其内部主要成分甲基硅酸钾会与空气中的二氧化碳及水分反应，生成一种表面张力很低的网状防水透气膜，均匀且牢固地分布在沥青混合料的孔壁上，封堵了外部水分向内渗透的通道，使冰雪融水无法渗透到路面的内部，进而达到很好的防水效果。另一方面由于本发明防水剂并未封闭材料的毛细管，不能阻碍水蒸气从内部向外扩散，因此使沥青混凝土路面又具有良好的透气性，充分减少了内外部自由水分及冰晶体对沥青粘结性的影响。此外，该智能型防水剂最突出的特点就是会随着春季气温的回升逐渐消解失去作用，这种阶段性的自消解型防水剂对于在冬季施作防水，春夏秋三季用作排水的透水型路面的功能影响也较小。
为了使本领域的相关技术人员更好的了解本发明的目的和产品优点，下面结合具体实例和附图对本发明智能型防水剂的特性作进一步的详细说明，但所做实例描述仅用于解释本发明，不作为对本发明的限定。
为了对本发明的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂在-5℃、-10℃和-20℃条件下的防水性能、路面抗滑性能做一个定量评价，试验方法按JTG E60-2008《公路路基路面现场测试规程》中的沥青路面渗水系数测试方法和摆式仪测定路面摩擦系数试验方法的规定要求，对OGFC-16沥青混凝土路面的防水性能和路用性能进行验证。
实施例1
本发明的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂各组分的质量百分比为：甲基硅酸钾50％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液15％，乳化剂3％，固化剂2％，防冻剂2％，水28％。
水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液中，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯的质量比为1:1。
乳化剂中包括非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)和阴离子型乳化剂十二烷基苯磺酸钠(SDBD)，它们的质量比为4:1。
本发明智能型防水剂在实验室进行配置，防水性能和路面抗滑性能在室外进行，试验时保证沥青路面干燥，无过多浮沉、污垢及其他影响防水剂喷涂的附着物，对于试验时的小范围可采用人工进行喷洒，大面积喷涂时则可以采用乳化沥青喷洒车。为了保证良好的防水性，本发明防水剂采用两道喷涂，第1道沿着行车方向进行喷洒，在第1道完全凝结固化后，逆着行车方向进行第2道防水剂喷洒。在防水剂未完全固化前，任何人和车辆不得同行。测试结果如下表所示。
表1沥青混凝土路面冬季智能型防水剂性能测试结果
Figure BDA0002348474560000061
实施例2
如图1所示，本发明的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂各组分的质量百分比为：甲基硅酸钾55％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液11％，乳化剂5％，固化剂4％，防冻剂1.5％，水23.5％。
水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液中，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯的质量比为1:1。
乳化剂中包括非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)和阴离子型乳化剂十二烷基苯磺酸钠(SDBD)，它们的质量比为4:1。
实验前准备与实施例1相同。测试结果如下表所示。
表2沥青混凝土路面冬季智能型防水剂性能测试结果
Figure BDA0002348474560000071
实施例3
本发明的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂各组分的质量百分比为：甲基硅酸钾60％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液8％，乳化剂6％，固化剂5％，防冻剂1％，水20％。
水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液中，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯的质量比为1:1。
乳化剂中包括非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)和阴离子型乳化剂十二烷基苯磺酸钠(SDBD)，它们的质量比为4:1。
实验前准备与实施例1相同。测试结果如下表所示。
表3沥青混凝土路面冬季智能型防水剂性能测试结果
Figure BDA0002348474560000081
经过上述三个实施例对比分析可以看出，本发明的沥青路面冬季智能型防水剂在实施例2的试验条件下无分层，无漂油，整体较为均匀，运用在沥青路面上，也具有很好的防水性，对路面的抗滑性也影响较小。进一步指出，沥青混凝土路面冬季智能型防水剂各组分质量百分比在甲基硅酸钾55％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液11％，乳化剂5％，固化剂4％，防冻剂1.5％，水23.5％时，本发明的防水效果最为理想。
在上述具体实施方式中，甲基硅酸钾的分子量是208.413，生产厂家是济南顺鑫化工；水性聚氨酯的生产厂家是吉田化工；非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)的分子量是648.85，生产厂家是济南历下昌磊化工经营部；固化剂采用的是三乙烯二胺；防冻剂采用的是亚硝酸钾。
上述所举实施例仅仅是对本发明防水剂的防水特性做一个解释说明，并非是对实施方式的限定。对于该领域的其他普通技术人员来说，在不脱离本发明设计方法与防水机理的情况下，可以在上述说明的基础上做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种沥青混凝土路面冬季智能型防水剂，其特征在于，其各组分的质量百分比为：甲基硅酸钾50～60％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液8～30％，乳化剂3～6.3％，固化剂2～5％，防冻剂1～2％，水14～28％。
2.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂，其特征在于，所述水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液中，各组分占所述沥青混凝土路面冬季智能型防水剂的质量百分比为：水性丙烯酸酯5～15％，水性聚氨酯5～15％。
3.根据权利要求2所述的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂，其特征在于，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液中，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯的质量比为1:1。
4.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂，其特征在于，所述乳化剂中包括非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚和阴离子型乳化剂十二烷基苯磺酸钠，各组分占所述沥青混凝土路面冬季智能型防水剂的质量百分比为：非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚2.4～5％，阴离子型乳化剂十二烷基苯磺酸钠0.6～1.3％。
5.根据权利要求4所述的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂，其特征在于，所述非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚和所述阴离子型乳化剂十二烷基苯磺酸钠的质量比为4:1。
6.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂，其特征在于，所述甲基硅酸钾与水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液的质量比为4:1～6:1。
7.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂，其特征在于，其各组分的质量百分比为：甲基硅酸钾50％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液15％，乳化剂3％，固化剂2％，防冻剂2％，水28％。
8.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂，其特征在于，其各组分的质量百分比为：甲基硅酸钾55％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液11％，乳化剂5％，固化剂4％，防冻剂1.5％，水23.5％。
9.根据权利要求1所述的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂，其特征在于，其各组分的质量百分比为：甲基硅酸钾60％，水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合乳液8％，乳化剂6％，固化剂5％，防冻剂1％，水20％。
10.一种权利要求1所述的沥青混凝土路面冬季智能型防水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将去离子水、乳化剂、水性丙烯酸酯和水性聚氨酯混合搅拌制成乳液；
将甲基硅酸钾添加到上述乳液中继续搅拌均匀；
再将防冻剂和固化剂加入其中搅拌均匀。
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