CN111662059A - 一种用于路面裂缝的防水灌缝砂浆 - Google Patents

一种用于路面裂缝的防水灌缝砂浆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于路面裂缝的防水灌缝砂浆，包括A组分和B组分；其中A组分为聚合物改性阳离子乳化沥青胶，A组分为聚合物改性阳离子乳化沥青胶，包括如下重量百分比的物质：80％‑95％阳离子乳化沥青，4.5％‑18％水性聚合物改性剂，余量为岩沥青粉；B组分包括如下重量百分比的物质：19％‑36％快速固化剂、27％‑67％细集料、1‑4％废橡胶粒子、0.2％‑0.4％流化剂和余量的水。A组分与B组分重量比例为1:0.5‑1.2。本发明所述的灌缝砂浆，具有适宜的破乳时间，绿色环保，常温施工，操作简便，硬化速度快，物理力学性能优良。

Description

一种用于路面裂缝的防水灌缝砂浆
技术领域
本发明属于包括沥青、水泥的复合材料及砂浆等的建筑材料领域，具体涉及一种用于沥青混凝土路面裂缝的防水灌缝砂浆。
背景技术
裂缝是沥青混凝土路面最常见、最易发生和早期产生的病害之一，它伴随着道路的整个使用期，并随着路龄的增长而加重。沥青路面出现裂缝后，路面水会下渗进而浸泡路面结构层，降低路面承载力。一方面水使沥青粘附性减少，从而导致沥青混合料强度、劲度减少，并使沥青从集料表面剥落；另一方面在雨季，路面裂缝中的自由水，在行车载荷的作用下，会产生相当大的动水压力，压力水不断冲刷基层材料中的细料，细料浆被逐渐压挤出裂缝，形成沥青面层裂缝处的唧浆，细料浆一旦被唧出，沥青面层就会沿着裂缝产生下陷现象，同时在裂缝的两侧引起新的裂缝，导致路面裂缝两侧破碎，并逐渐引发路面大面积损坏，最终严重地影响车辆的行驶质量与道路的通行能力。为了提高路况质量，必须加强路面的及时养护，尤其是路面早期裂缝的防治。对微、小、中裂缝，可以开槽清缝和压力灌注密封胶进行灌缝。对于危害更大的路面大裂缝，则一般采用灌缝剂进行修补。因此，灌缝砂浆在公路养护中具有重要作用，它决定了裂缝的修补效果及路面修复后的寿命。
现有技术中沥青路面大裂缝修补技术和材料主要包括热沥青再生修补工艺、热熔性有机灌缝胶工艺、乳化沥青及砂浆灌缝、环氧胶凝剂灌缝等。由于乳化沥青及砂浆价格低廉，节能环保，使用方便，将会成为应用最多的主流裂缝修补材料。
乳化沥青及其砂浆，流动度可调、灌入率高，但是也存在硬化慢、收缩率大、粘结力差等问题。针对上述问题，近几年多采用改性乳化沥青增强粘结力，用水泥促进其固化，形成乳化沥青/水泥复合灌缝砂浆。公开号CN1962526A(公开日2007年5月16日)的中国发明专利申请“一种道路聚合物灌缝材料”用聚乙烯醇改性乳化沥青，再用水泥及石灰促进硬化；该聚合物灌缝材料与混凝土的粘结强度大于0.88MPa。公开号CN103570334A(公开日2014年2月12日)的中国发明专利申请“一种沥青路面快速冷补修复方法及其应用”公开的修复材料以磷酸镁水泥为主要胶凝材料，用水溶性聚氨酯和乳化沥青进行改性；但是该材料硬化凝固速度过快，施工时间过短。公开号CN105503084A(公开日2016年4月20日)的中国发明专利申请披露了以SBS胶乳改性剂改性乳化沥青，从而提供一种耐高温的灌缝砂浆。公开号CN103613333A(公开日2014年3月5日)的专利申请公开了用丙烯酸树脂和环氧树脂来改性乳化沥青，然后用普通硅酸盐水泥和膨胀剂作为固化剂，得到的沥青基符合材料抗压强度大于2MPa，实干时间为4-7小时。虽然现有技术已经出现了用不同的改性剂来改性乳化沥青，从而改善砂浆的硬化速度和粘结力。
尽管现有技术可以提供多种用于沥青混凝土路面裂缝的灌缝剂，但是这些冷灌缝剂多以通用型硅酸盐水泥作为主要固化剂，其碱度高，与工程中常用的阳离子乳化沥青相容性差。因此容易出现砂浆的破乳不易控制，浆体粘度增加较快，灌注操作时间较短等问题。另外，乳化沥青及其改性剂常常抑制通用型硅酸盐水泥的水化，导致砂浆硬化速度不能满足快速开放交通的要求。因此，仍需寻找新的配方以改善路面裂缝灌缝剂的综合性能。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种双组份的用于路面裂缝的防水灌缝砂浆。本发明通过采用弱碱性或弱酸性固化剂以防止阳离子乳化沥青快速破乳，从而保证浆料的灌注时间；使乳化沥青不产生快速破乳但又能使乳化沥青按要求正常脱水并硬化。同时，所选固化剂的固化速度受乳化沥青及其改性剂影响小，以保证其本身的正常水化和乳化沥青的快速脱水及硬化。为了减少由于添加固化剂及填料后浆体的含固量增加带来的流动性降低，选用适应酸性环境的表面活性剂来增加浆体的流动性。为了提高乳化沥青的高温稳定性、低温抗裂性和弹性恢复力，还用高分子材料及岩沥青对其进行了优化改性。各组分共同作用，提供了一种破乳可控、流动性好、硬化快速的灌缝砂浆，为路面抢修提供了一种新的选择。
为了实现上述技术效果，本发明采用了如下技术方案：
一种用于路面裂缝的防水灌缝砂浆，包括A组分和B组分，A组分与B组分重量比例为1:0.5-1.2；
其中，A组分为聚合物改性阳离子乳化沥青胶，包括如下重量百分比的物质：80％-95％阳离子乳化沥青，4.5％-18％水性聚合物改性剂，余量为岩沥青粉；所述水性聚合物改性剂由如下重量百分比的物质混合而成：50％-65％乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)乳液、10％-15％丁苯乳液、15％-25％苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)乳液和余量的丙烯酸树脂乳液；
B组分包括如下重量百分比的物质：19％-36％快速固化剂、27％-67％细集料、1-4％废橡胶粒子、0.2％-0.4％流化剂和余量的水。
优选地，所述A组分包括如下重量百分比的物质：85％-90％阳离子乳化沥青，10％-15％所述水性聚合物改性剂，余量为岩沥青。
优选地，所述阳离子乳化沥青的固含量为50％-65％，乳化沥青的烘干残留物达到70号重交通沥青标准要求。
市场上销售的阳离子乳化沥青均可用于本发明，只要固含量达到上述要求。例如南通福伦利新材料有限公司生产的70号重交沥青乳化物。
优选地，所述水性聚合物改性剂中，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的乙烯重量百分比含量为25％-40％。
优选地，所述水性聚合物改性剂中，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)乳液为星型结构。
优选地，所述岩沥青为120目伊朗岩沥青粉。
优选地，所述B组分中，所述快速固化剂为硫铝酸盐水泥或添加脱硫石膏的高铝水泥，其中脱硫石膏占高铝水泥重量的5％-10％。
优选地，所述快速固化剂为比表面积大于3200cm2/g的粉末。
优选地，所述B组分中，所述细集料为细度模数小于2.5的中砂、细砂或特细砂。
优选地，所述B组分中，所述废橡胶粒子的粒度为100-400μm。
优选地，流化剂选自聚酸羧分散剂、异构醇醚、OP乳化剂和油酸三乙醇胺中的一种或任意比例的多种。
本发明还有一个目的在于提供所述防水灌缝砂浆的制备方法，包括如下步骤：
I.A组分制备：将所述阳离子乳化沥青、水性聚合物改性剂和岩沥青粉按照重量百分比混合，再转移至胶体磨研磨4-10分钟，得到聚合物改性阳离子乳化沥青胶；
II.B组分的制备：将所述快速固化剂、细集料、和废橡胶粒子按照所述重量百分比加入搅拌装置中，再按照重量百分比加入水与流化剂，搅拌3-5分钟均匀后，即得；
III.防水灌缝砂浆的制备：将步骤I制备的A组分加入步骤II的搅拌装置中，与步骤II制备的B组分混合3-5分钟，即得。
本发明的第三个目的在于提供所述防水灌缝砂浆在修补沥青混凝土路面裂缝中的应用。
优选地，所述应用包括如下步骤：
(1)界定作业面；
(2)对于小于5mm的裂缝，进行表面磨刨或拉毛，然后吹风清灰，浇注沥青防水灌缝砂浆，刮平，养护2-4小时后开放交通；或
对于大于5mm的裂缝，进行吹风清灰，浇注沥青防水灌缝砂浆，刮平，养护4-6小时后开放交通。
本发明提供的防水灌缝砂浆，其中所述快速固化剂为弱碱性或弱酸性的，防止在酸性条件下稳定的阳离子乳化沥青溶液变成碱性而产生快速破乳，导致浆料的灌注时间(浆料的可工作时间)缩短，影响施工操作。本发明所述的防水灌缝砂浆的可工作时间达到20min以上，可以保证现场修补,尤其是大面积裂缝修补的顺利完成；同时，在施工后，能使浆料快速固化。所述流化剂为适应酸性环境的表面活性剂，可以增加B组分的流动性，且对A组分也有减粘作用。少量废橡胶粒子的应用，可以增加砂浆的粘弹性。另外，EVA和岩沥青复合改性可低成本地提高阳离子乳化沥青的软化点和粘结力，SBR可以提高乳化沥青的延度，SBS用来提高乳化沥青的弹性恢复力。上述多种物质综合作用，从而使本发明所述A组分具有良好的高温稳定性、低温抗裂性和弹性恢复力。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，部分试剂和原料购买情况如下：
阳离子乳化沥青：70号重交沥青乳化物，南通福伦利新材料有限公司；
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)乳液：南通福伦利新材料有限公司；
丁苯乳液：南通福伦利新材料有限公司；
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)乳液：南通福伦利新材料有限公司；
丙烯酸树脂乳液：南通福伦利新材料有限公司；
聚羧酸盐表面活性剂：江苏苏博特新材料股份有限公司，PCA@-I；
42.5级硫铝酸盐水泥：山东金鲁城工程材料有限公司；
42.5级高铝水泥：郑州市新兴特种水泥厂。
实施例1一种聚合物改性乳化沥青胶(A组分)
本实施例所述A组分包括如下重量百分比计的物质：83％阳离子乳化沥青，7％乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)乳液，2.5％丁苯乳液，3.5％苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)乳液，1.5％丙烯酸树脂乳液，2.5％岩沥青。其中，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)乳液的乙烯含量为25％，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)乳液为星型；乳化沥青为70号重交乳化沥青，属阳离子慢裂乳化沥青，含固量50％。岩沥青为伊朗岩沥青，细度为120目。所有改性剂乳液含固量均为50％。乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)乳液、丁苯乳液、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)乳液和丙烯酸树脂乳液混合而成水性聚合物改性剂。
所述A组分通过如下方法制备：
市售70号重交乳化沥青、水性聚合物改性剂和岩沥青粉按照重量百分比混合，再转移至胶体研磨5分钟左右，即得A组分。
本实施例制备的A组分烘干残留物的物理力学性能如下:
序号 性能指标 实测值 参考值
1 锥入度(0.1mm) 72 50-90
2 软化点(℃) 81 ≥80
3 60℃流动值(mm) 4.1 ≤5
4 弹性恢复率(％) 42.6 30-70
5 -10℃,50％,3次循环低温拉伸 通过 通过
实施例2一种防水灌缝砂浆
24Kg硫铝酸盐水泥，24Kg 200目石英砂，2Kg400μm废橡胶粒子、6Kg水和0.20公斤聚羧酸型表面活性在砂浆搅拌机中混合3-5分钟，加入按照实施例1所述配方和方法制备的A组分100Kg，搅拌3-5分钟，即得。
砂浆可操作时间20-40min，硬化时间3.5小时左右。与水泥砂浆基体粘结强度达0.85MPa。
实施例3一种防水灌缝砂浆
20Kg 42.5强度等级高铝水泥，1Kg石膏，28Kg 80目石英砂，2Kg400μm废橡胶粒子粒子、6Kg水和0.16公斤聚羧酸型表面活性在砂浆搅拌机中混合3-5分钟，加入按照实施例1所述配方和方法制备的A组分100Kg，搅拌3-5分钟，即得。
砂浆可操作时间30-60min，硬化时间4.5小时。与水泥砂浆基体粘结强度达0.82MPa。
实施例4路面裂缝的修补
某路段有小于3mm网状裂缝，面积约1000平方米。修复方案为：
路面表面进行机械磨刨，并用风机吹风清理灰尘后，选用选用实例2制备防水灌缝砂浆进行灌注。防水灌缝砂浆灌注或浇筑时间可达30min以上，灌注表面刮平，硬化时间2小时左右。修筑2年后完好无缺。
对比案例：
将70号重交乳化沥青100Kg(与实施例1所用的乳化沥青购自同一厂家，同一牌号)、24Kg 52.5硅酸盐水泥、24Kg 200目细砂、2Kg400μm废橡胶粒子及6Kg水机械搅拌混合均匀。
砂浆混合10min后，即产生破乳，浆体粘度显著增加，难以流动灌入，后用镘刀刮平，粘板。硬化时间至少8小时以上。硬化后，使用三个月即产生破坏。
实施例5路面裂缝的修补
长约80米、宽5mm-10mm、深在50mm以上的弯曲多组纵向裂缝修补。修复方案为：
对深缝用风机吹风机反复清灰，选用实例3制备防水灌缝砂浆进行灌注。防水灌缝砂浆灌注或浇筑时间可达30min以上，灌注表面刮平，硬化时间4小时左右。修筑2年后完好无缺。
对比案例1：
将5-10mm缝扩宽至30mm左右，清灰，用乳化沥青涂刷；将70号重交乳化沥青100Kg(与实施例1所用的乳化沥青购自同一厂家，同一牌号)，20Kg52.5硅酸盐水泥，28Kg 80目细砂，2Kg400μm废橡胶粒子及6Kg水机械搅拌混合均匀后灌缝。灌注时间10-15min，后用镘刀刮平。超过灌注时间后，浆体粘度太大，难以流动，只能用镘刀刮入，影响施工进度，硬化时间至少24小时以上。
对比例2：
将5-10mm缝扩宽至30mm左右,清灰，用乳化沥青涂刷；将70号重交乳化沥青100Kg(与实施例1所用的乳化沥青购自同一厂家，同一牌号)、5Kg 52.5硅酸盐水泥、5Kg 200目细砂、0.4Kg400μm废橡胶粒子、1.5Kg水和0.05公斤聚羧酸型表面活性剂机械搅拌混合均匀，用于灌注。
砂浆操作时间可达20min，灌注后，表面用镘刀刮平。硬化时间至少3天以上。且硬化后，界面产生收缩裂缝。
总之，本发明提供了一种用于沥青混凝土路面裂缝修补的防水灌缝砂浆。本发明以水性聚合物来改性阳离子乳化沥青，使其具有适宜的软化点、粘结力、延度和弹性；另外采用特定的快速固化剂防止改性乳化沥青过于快速的破乳，保证了砂浆具有足够的可工作时间，同时又能使灌注的砂浆快速硬化，从而做到尽快开放和恢复交通。

Claims (10)

1.一种用于路面裂缝的防水灌缝砂浆，包括A组分和B组分，A组分与B组分重量比例为1:0.5-1.2；
其中，A组分为聚合物改性阳离子乳化沥青胶，包括如下重量百分比的物质：80％-95％阳离子乳化沥青，4.5％-18％水性聚合物改性剂，余量为岩沥青粉；所述水性聚合物改性剂由如下重量百分比的物质混合而成：50％-65％乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、10％-15％丁苯乳液、15％-25％苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物乳液和余量的丙烯酸树脂乳液；
B组分包括如下重量百分比的物质：19％-36％快速固化剂、27％-67％细集料、1-4％废橡胶粒子、0.2％-0.4％流化剂和余量的水。
2.根据权利要求1所述的防水灌缝砂浆，其特征在于，所述A组分包括如下重量百分比的物质：85％-90％阳离子乳化沥青，10％-15％所述水性聚合物改性剂，余量为岩沥青。
3.根据权利要求1或2所述的防水灌缝砂浆，其特征在于，所述阳离子乳化沥青的固含量为50％-65％，乳化沥青的烘干残留物达到70号重交通沥青标准要求。
4.根据权利要求1或2所述的防水灌缝砂浆，其特征在于，所述水性聚合物改性剂中，乙烯-醋酸乙烯共聚物的乙烯重量百分比含量为25％-40％；
优选地，所述水性聚合物改性剂中，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物乳液为星型结构。
5.根据权利要求1或2所述的防水灌缝砂浆，其特征在于，所述岩沥青为120目伊朗岩沥青粉。
6.根据权利要求1所述的防水灌缝砂浆，其特征在于，所述B组分中，所述快速固化剂为硫铝酸盐水泥或添加脱硫石膏的高铝水泥，其中脱硫石膏占高铝水泥重量的5％-10％；
优选地，所述快速固化剂为比表面积大于3200cm2/g的粉末。
7.根据权利要求1或6所述的防水灌缝砂浆，其特征在于，所述B组分中，所述细集料为细度模数小于2.5的中砂、细砂或特细砂；
优选地，所述B组分中，所述废橡胶粒子的粒度为100-400μm。
8.根据权利要求1、6或7中任一项所述的防水灌缝砂浆，其特征在于，所述流化剂选自聚酸羧分散剂、异构醇醚、OP乳化剂和油酸三乙醇胺中的一种或任意比例的多种。
9.权利要求1至8中任一项所述防水灌缝砂浆的制备方法，包括如下步骤：
I.A组分制备：将所述阳离子乳化沥青、水性聚合物改性剂和岩沥青粉按照重量百分比混合，再转移至胶体磨研磨4-10分钟，得到聚合物改性阳离子乳化沥青胶；
II.B组分的制备：将所述快速固化剂、细集料、和废橡胶粒子按照所述重量百分比加入搅拌装置中，再按照重量百分比加入水与流化剂，搅拌3-5分钟均匀后，即得；III.防水灌缝砂浆的制备：将步骤I制备的A组分加入步骤II的搅拌装置中，与步骤II制备的B组分混合3-5分钟，即得。
10.权利要求1至8中任一项所述防水灌缝砂浆或根据权利要求9所述制备方法制备的防水灌缝砂浆在修补沥青混凝土路面裂缝中的应用。
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