CN113881341B - 一种高性能雾封层材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明是道路工程养护技术领域中一种高性能雾封层材料，其组份包括水性聚合物改性乳化沥青、早强剂和抗滑细砂；制备方法包括制备乳化沥青和高性能雾封层乳液及含砂雾封施工。本发明得到的雾封层材料的实干时间为1.5~4h，25℃拉拔强度为1.57~2.09MPa。本发明可解决传统雾封层材料粘结力小、耐久性差的问题，且具有干燥时间短、不易粘轮、养护效果好和使用寿命长等优势。

Description

一种高性能雾封层材料及其应用

技术领域

本发明属于道路养护技术领域，具体涉及一种高性能雾封层材料及其应用。

背景技术

沥青路面的设计寿命较长，但是由于环境、交通量等因素的影响，路面表面往往会出现早期病害，出现轻微的裂缝和细集料损失等现象。雨水进入路面空隙或裂缝中，在动水压力的作用下，沥青与集料之间粘结力丧失，形成脱落、松散等病害；裂隙中的水在低温下冻胀和温度升高后消融，在冻胀应力、温度和外荷载的冻融循环作用下，路面出现微裂缝逐渐形成较大规模的病害。

公路质量直接影响交通正常运营和驾驶安全，定期展开公路养护，改善路面泛油、麻面、裂缝和脱落等病害，能够有效的延长道路使用寿命，确保行车安全。早期损害并没有造成道路结构性破坏，如果不进行处理，因为荷载和环境的作用，将加速道路破坏。

以往的道路病害处理方式，大多采取路面出现大面积破坏后的被动修复，工期长会对车流量较大的市政主干道及高速公路交通开放不利。

雾封层是将乳化沥青、水、添加剂等按照一定的比例进行混合，通过撒布车喷洒在沥青路面上，快速渗透进入路面。雾封层经过破乳成膜后在道路表面形成一层薄膜，达到填补微小裂缝，粘合表面松散骨料，减少路面老化和风化，有效养护路面。雾封层施工养护后能够抵御紫外线、雨水等对路面的侵蚀，以及避免行驶车辆泄露汽油等轻质油分对路面沥青的软化作用。

传统的雾封层施工后会影响路面的抗滑性能，在雾封层喷洒后同步洒布细砂，形成含砂雾封层，含砂雾封层能够弥补雾封层抗滑性能差的缺点，其中细砂粒提高养护后路面的摩擦系数，同时避免油膜反光，提高行车舒适度。但是传统（含砂）雾封层材料，粘结强度较低、不耐磨，很难经受车辆荷载，特别是车辆剪切荷载的作用，导致雾封层材料往往在喷洒后6个月内被车轮带走，不能起到长时间对路面预防性养护的作用。

发明内容

针对目前的传统（含砂）雾封层材料存在粘结性力小、养护后柔韧性差、耐磨耗性差、使用寿命短的缺陷和问题，本发明提供一种高性能雾封层材料及其应用。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种高性能雾封层材料，包括外雾封层乳液和细砂，其中雾封层乳液和细砂的配比为100：（25-40）。

上述的高性能雾封层材料，所述细砂为金刚砂、石英砂或玄武砂的任一种，其粒度为30-60目。

上述的高性能雾封层材料，所述雾封层乳液包括水性聚合物改性乳化沥青100份和早强剂8份。

上述的高性能雾封层材料，所述早强剂为钙粉、滑石粉、水泥、氯化钙的一种或多种，早强剂的粒度为200-2000目。

上述的高性能雾封层材料，所述水性聚合物改性乳化沥青包括阳离子乳化沥青50-70%、水性环氧树脂乳液15-25%、水性聚氨酯乳液10-20%、水性丙烯酸酯树脂0-5%。

上述的高性能雾封层材料，所述水性环氧树脂乳液包括水性环氧树脂和固化剂，水性环氧树脂：固化剂=2:1。

上述的高性能雾封层材料，所述水性聚氨酯乳液为单组分水性聚氨酯。

上述的高性能雾封层材料，所述阳离子乳化沥青是由70#基质沥青、乳化剂通过胶体磨制备而成。

上述的高性能雾封层材料，所述乳化剂为阳离子表面活性剂。

本发明还提供一种高性能雾封层材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将阳离子乳化沥青通过1-2.5mm滤网过滤注入到搅拌桶中，开动搅拌器，搅拌速度在300~500转/min，加入水性环氧树脂乳液搅拌15min-30min；然后依次加入水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂继续搅拌，消泡后制得水性聚合物改性乳化沥青；

S2、在水性聚合物改性乳化沥青中添加早强剂搅拌5-15min使早强剂均匀分布在水性聚合物改性乳化沥青中，制得高性能雾封层乳液；

S3、将制备的高性能雾封层乳液与水进行稀释，通过含砂雾封车或雾封车，喷洒雾封层稀释乳液形成雾封层；或者喷洒雾封层稀释乳液的同时同步洒布细砂，形成含砂雾封层。

本发明的有益效果：本发明以乳化沥青、水性环氧树脂、水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂制备的水性聚合物改性乳化沥青，能够兼具不同树脂的优点，搅拌后能够分散均匀，固化后能够形成稳定的交联网状空间结构，不仅能够提高雾封层材料的高温稳定性和粘结力，而且还能改善低温柔韧性，弥补单独添加环氧树脂固化后的低温易脆裂的缺点。

本发明向阳离子乳化沥青中加入水性聚合物改性乳化沥青制成雾封层乳液，水性聚合物改性乳化沥青与乳化沥青的相容性极好，更为稳定。

本发明制备雾封层乳液所选的材料均为水溶性，不同材料单独储存，稳定性能好；在施工时能够快速配制，做到现配现用，避免材料浪费，方便施工，设备更容易清理。

本发明可根据当地具体气候、道路损坏情况和施工要求对不同改性剂质量占比进行适当更改，其中水性环氧树脂主要提高粘结力和高温性能，水性聚氨酯在粘结力和低温柔韧性表现良好，水性丙烯酸树脂在延伸性能方面改善效果良好。

本发明制得的含砂雾封层材料施工养护后与旧路面粘结效果良好，细砂随着乳液能够渗入道路微小裂缝，起到填充骨架的作用，减少雾封层对原路面摩擦性能的降低；在摊铺养护后具有耐磨性能好，封水效果好、养护时间短，通车时间快，对交通影响小的优点。

附图说明

图1为本发明雾封层材料配比图。

图2为水性聚合物改性乳化沥青荧光显微图片。

图3为拉拔试验摊铺示意图。

图4为拉拔强度变化图。

图5为旧路面养护前后路面状态图。

图6为不同温度、不同掺配比拉拔强度试验结果。

图7为不同配比的雾封层材料相对于60℃温度敏感变化图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

试验方法：

本发明通过室内试验和室外旧路面摊铺试验测量制得的雾封层的性能，测试项目分别为拉拔强度、固化成膜时间、路面摩擦系数以及渗水系数。

1、拉拔强度测试

将制备完成的雾封层乳液，按照0.64Kg/m²的摊铺量摊铺在30cm×30cm、表面平整干净的花岗岩石板上（如图3所示），并分别放在5℃冰箱、25℃保温箱和60℃烘箱中养护

在养护2h、4h、8h、12h以及24h取出进行测定，并在达到测定时间前半个小时将表面涂抹AB胶的拉拔头粘在雾封层表面，达到测定时间后进行拉拔强度测试。

2、固化成膜效果

测试雾封层乳液的表干时间和实干时间；其中表干判断依据为不粘手，实干判断依据为内部无液体。

3、室外摊铺试验

（1）选择试验路段，清扫道路表面浮土、灰尘和落叶等杂质；

（2）在试验期间试验道路封闭管理，禁止行人和车辆通过。

（3）检测旧路面的渗水系数，构造深度和摩擦系数；

（4）雾封层施工时对雾封层乳液用适量水适稀释，通过雾封车施工设备喷洒雾封层稀释乳液，（或）同时同步洒布细砂，形成（含砂）雾封层；

（5）小面积采用涂抹施工，等到材料破乳成型后，测量路面抗滑性能、渗水系数，清理试验设备并开放交通。

实施例1：本实施例提供一种水性聚合物改性乳化沥青，具体的，该水性聚合物改性乳化沥青包括以下重量百分比的物料：乳化沥青60%、水性环氧树脂乳液20%、水性聚氨酯乳液20%；其中水性环氧树脂乳液包括水性环氧树脂和固化剂，水性环氧树脂：固化剂=2:1。各材料的具体用量如下：

在乳化沥青中依次加入水性环氧树脂乳液、水性聚氨酯乳液，搅拌均匀制成雾封层乳液。

本实施例利用该水性聚合物乳液（不添加细砂和早强剂）制成雾封层材料，同时以乳化沥青单独制成雾封层作为对比例，进行固化成膜实验及拉拔强度试验；不同时间段测试不同雾封层的拉拔强度，结果见图4。

从固化成膜试验结果得出，常规乳化沥青的表干时间在80min左右，实干时间在160min左右，雾封层乳液表干时间在50min左右，实干时间在100min左右。

根据图4的拉拔试验结果可以看出，乳化沥青在水性聚合物复合改性后，其拉拔强度较原乳化沥青提升效果明显。随着养护时间的增加，其拉拔强度逐渐提高，前期提升速率快，在4h时，其拉拔强度已经达到0.71Mpa，最终拉拔强度达到1.5Mpa，满足快速通车要求。

同时本实施例还测试了养护前和养护后的平均摩擦系数和渗水系数，结果显示：养护前平均摩擦系数为54BPN，养护后为36BPN，下降18BPN，说明高性能雾封层材料在不添加细砂时，对抗滑性能影响较大，且不满足沥青路面养护技术规范要求。养护前渗水系数为28ml/min，养护后再次测量渗水系数为0ml/min，不再有渗水现象，表明高性能雾封层施工对渗水性能提升效果明显。

实施例2：本实施例考虑水性聚合物改性乳化沥青不同温度、不同水性聚合物含量的最终拉拔强度变化，并分析其温度敏感性以及相对于常规乳化沥青的提升效果。具体的雾封层乳液的组成配比见表2。

其中水性聚合物改性乳化沥青采用内掺法，共计100份；早强剂含量占水性聚合物改性乳化沥青，采用外掺法。

将方案1-4制得的雾封层乳液摊铺在石板上，进行拉拔试验、固化成膜试验，并分别放入5℃冰箱、25℃保温箱和60℃烘箱中养护，测得不同温度、不同配比的最终拉拔强度，结果如图6所示。同时测量相对于60℃温度敏感性，结果如图7所示。

由图6结果可以看出，随着温度的升高，拉拔强度下降明显，在60℃时，高性能雾封层材料仍能保持一定的强度，相对应的常规乳化沥青已经出现软化；综合看来加入水性聚合物改性剂后，相比较乳化沥青而言拉拔强度在5℃提升3~3.8倍，在25℃提升8.5~11.8倍，在60℃提升13.4~22.5倍；随着温度的升高，拉拔强度下降明显，在60℃时，改性乳化沥青仍能保持一定的强度，相对应的未改性乳化沥青已经出现软化；而早强剂的添加对拉拔强度有提升效果，主要是对雾封层材料的早期强度有改善。而水性丙烯酸酯能够提升雾封层材料的低温柔韧性，但同时其也对拉拔强度产生影响，不过影响不大。

从图7可以看出，常规乳化沥青的拉拔强度受温度影响较大，5℃拉拔强度相对于60℃达到26.8倍；本申请的雾封层材料的拉拔强度受温度影响相对较低，添加水性丙烯酸树脂后影响其温度敏感性，而添加一定早强剂后相对温度敏感性影响较低。

在旧路面摊铺试验中发现雾封层乳液不同配比对旧路面摊铺试验中的渗水性能和抗滑性能区别不大；四种方案的改性乳化沥青进行旧路面摊铺试验，养护前后摩擦系数下降幅度明显，养护后几乎不渗水，封水效果良好。

实施例3：本本实施例制备一种适用于适用于雾封层养护的高性能雾封层材料，其中雾封层乳液100份，细砂25份，雾封层乳液组成成分为：水性聚合物改性乳化沥青100份、早强剂8份（具体所用早强剂为水泥）；水性聚合物改性乳化沥青，组成成分的质量比例为：阳离子乳化沥青70%、水性环氧树脂乳液15%、水性聚氨酯10%、水性丙烯酸树脂5%。

雾封层乳液制备时，在阳离子乳化沥青中依次加入水性环氧树脂乳液、水性聚氨酯乳液和水性丙烯酸树脂乳液并搅拌均匀制成水性聚合物改性乳化沥青。

室内测试拉拔强度，测得拉拔试验温度为25℃时的拉拔强度为1.64Mpa。

室外摊铺试验时，各成分用量如下表：

摊铺前向水性聚合物改性乳化沥青中加入早强剂制备成雾封层乳液，在选定试验区域摊铺雾封层乳液，随后洒布细砂；室外测试固化时间、渗水性和摩擦系数，结果如下。

室外旧路面摊铺试验的环境温度为32℃，摊铺路面温度35℃；摊铺后30min左右表面破乳，100min左右雾封层材料基本固化不再粘轮，已经可以慢速通车。

道路养护前平均摩擦系数为62BPN，养护后为54BPN，下降8BPN，相对于上未添加细砂，本实例添加细砂能够使摩擦系数下降减小。

养护前渗水系数为32ml/min，养护后再次测量渗水系数为0ml/min，不再有渗水现象，表明雾封层施工对渗水性能提升效果明显。

实施例4：本实施例制备一种适用于适用于雾封层养护的高性能雾封层材料，其中雾封层乳液100份，细砂25份，雾封层乳液组成成分为：水性聚合物改性乳化沥青100份、早强剂8份（具体所用早强剂为水泥）；水性聚合物改性乳化沥青，组成成分的质量比例为：阳离子乳化沥青70%、水性环氧树脂乳液15%、水性聚氨酯10%、水性丙烯酸树脂5%。

雾封层乳液制备时，在阳离子乳化沥青中依次加入水性环氧树脂乳液、水性聚氨酯乳液和水性丙烯酸树脂乳液并搅拌均匀制成水性聚合物改性乳化沥青。

室内测试拉拔强度，测得拉拔试验温度为25℃时的拉拔强度为1.57Mpa。

室外摊铺试验时，各成分用量如下表：

摊铺前向水性聚合物改性乳化沥青中加入早强剂制备成雾封层乳液，在选定试验区域摊铺雾封层乳液，随后洒布细砂；室外测试固化时间、渗水性和摩擦系数，结果如下。

室外摊铺试验环境温度为32℃，摊铺路面温度35℃，摊铺后30min左右表面破乳，100min左右雾封层材料基本固化不再粘轮，已经可以慢速通车。

养护前平均摩擦系数为62BPN，养护后为60BPN，下降2BPN，相对于上述实例中未添加细砂，本实例添加细砂能够使摩擦系数下降减小。

养护前渗水系数为 16ml/min，养护后再次测量渗水系数为0ml/min，不再有渗水现象，表明雾封层施工对渗水性能提升效果明显。

实施例5：本实施例制备一种适用于适用于雾封层养护的高性能雾封层材料，其中雾封层乳液100份，细砂25份，雾封层乳液组成成分为：水性聚合物改性乳化沥青100份、早强剂8份（具体所用早强剂为水泥）；水性聚合物改性乳化沥青，组成成分的质量比例为：阳离子乳化沥青60%、水性环氧树脂乳液20%、水性聚氨酯15%、水性丙烯酸树脂5%。

雾封层乳液制备时，在阳离子乳化沥青中依次加入水性环氧树脂乳液、水性聚氨酯乳液和水性丙烯酸树脂乳液并搅拌均匀制成水性聚合物改性乳化沥青。

室内测试拉拔强度，测得拉拔试验温度为25℃时的拉拔强度为1.78Mpa。

室外摊铺试验时，各成分用量如下表：

摊铺前向水性聚合物改性乳化沥青中加入早强剂制备成雾封层乳液，在选定试验区域摊铺雾封层乳液，随后洒布细砂；室外测试固化时间、渗水性和摩擦系数，结果如下。

环境温度为32℃，摊铺路面温度35℃，摊铺后30min左右表面破乳，90min左右雾封层材料基本固化不再粘轮，已经可以慢速通车。养护前平均摩擦系数为52BPN，养护后为46BPN，下降6BPN，添加细砂能够使摩擦系数下降幅度减小。养护前渗水系数为 30ml/min，养护后再次测量渗水系数为0ml/min，不再有渗水现象，表明雾封层施工对渗水性能提升效果明显。

实施例6：本实施例制备一种适用于适用于雾封层养护的高性能雾封层材料，其中雾封层乳液100份，细砂25份，雾封层乳液组成成分为：水性聚合物改性乳化沥青100份、早强剂8份（具体所用早强剂为水泥）；水性聚合物改性乳化沥青，组成成分的质量比例为：阳离子乳化沥青50%、水性环氧树脂乳液25%、水性聚氨酯20%、水性丙烯酸树脂5%。

雾封层乳液制备时，在阳离子乳化沥青中依次加入水性环氧树脂乳液、水性聚氨酯乳液和水性丙烯酸树脂乳液并搅拌均匀制成水性聚合物改性乳化沥青。

室内测试拉拔强度，测得拉拔试验温度为25℃时的拉拔强度为1.69Mpa，与实施例4相比看出随着细砂用量的增加，拉拔强度有所降低。

室外摊铺试验时，各成分用量如下表：

摊铺前向水性聚合物改性乳化沥青中加入早强剂制备成雾封层乳液，在选定试验区域摊铺雾封层乳液，随后洒布细砂；室外测试固化时间、渗水性和摩擦系数，结果如下。

室外摊铺试验环境温度为32℃，摊铺路面温度35℃，摊铺后30min左右表面破乳，80min左右雾封层材料基本固化不再粘轮，已经可以慢速通车。

养护前平均摩擦系数为50BPN，养护后为48BPN，下降2BPN，添加细砂含量越多，使摩擦系数下降幅度越小。

养护前渗水系数为 30ml/min，养护后再次测量渗水系数为0ml/min，不再有渗水现象，表明雾封层施工对渗水性能提升效果明显。

实施例7：本实施例制备一种适用于适用于雾封层养护的高性能雾封层材料，其中雾封层乳液100份，细砂25份，雾封层乳液组成成分为：水性聚合物改性乳化沥青100份、早强剂8份（具体所用早强剂为水泥）；水性聚合物改性乳化沥青，组成成分的质量比例为：阳离子乳化沥青50%、水性环氧树脂乳液25%、水性聚氨酯20%、水性丙烯酸树脂5%。

雾封层材料制备时，在阳离子乳化沥青中依次加入水性环氧树脂乳液、水性聚氨酯乳液和水性丙烯酸树脂乳液并搅拌均匀制成水性聚合物改性乳化沥青。

室内测试拉拔强度，测得拉拔试验温度为25℃时的拉拔强度为2.09Mpa。

室外摊铺试验时，各成分用量如下表：

摊铺前向水性聚合物改性乳化沥青中加入早强剂制备成雾封层乳液，在选定试验区域摊铺雾封层乳液，随后洒布细砂；室内测试拉拔强度；室外测试固化时间、渗水性和摩擦系数，结果如下。

环境温度为32℃，摊铺路面温度35℃，摊铺后20min左右表面破乳，70min左右雾封层材料基本固化不再粘轮，已经可以慢速通车。

养护前平均摩擦系数为58BPN，养护后为50BPN，下降8BPN，本实例6中添加细砂能够使摩擦系数下降幅度减小。

养护前渗水系数为 48ml/min，养护后再次测量渗水系数为0ml/min，不再有渗水现象，表明雾封层施工对渗水性能提升效果明显。

实施例8：本实施例制备一种适用于适用于雾封层养护的高性能雾封层材料，其中雾封层乳液100份，细砂25份，雾封层乳液组成成分为：水性聚合物改性乳化沥青100份、早强剂8份（具体所用早强剂为水泥）；水性聚合物改性乳化沥青，组成成分的质量比例为：阳离子乳化沥青50%、水性环氧树脂乳液25%、水性聚氨酯20%、水性丙烯酸树脂5%。

雾封层材料制备时，在阳离子乳化沥青中依次加入水性环氧树脂乳液、水性聚氨酯乳液和水性丙烯酸树脂乳液并搅拌均匀制成水性聚合物改性乳化沥青。

室内测试拉拔强度，测得拉拔试验温度为25℃时的拉拔强度为2.01Mpa。

室外摊铺试验时，各成分用量如下表：

摊铺前向水性聚合物改性乳化沥青中加入早强剂制备成雾封层乳液，在选定试验区域摊铺雾封层乳液，随后洒布细砂；室外测试固化时间、渗水性和摩擦系数，结果如下。

室外摊铺试验环境温度为32℃，摊铺路面温度35℃，摊铺后20min左右表面破乳，70min左右雾封层材料基本固化不再粘轮，已经可以慢速通车。

养护前平均摩擦系数为58BPN，养护后为58BPN，下降0BPN，与实例7相比添加细砂能够使摩擦系数下降幅度减小；但是相应的拉拔强度会降低。

养护前渗水系数为 30ml/min，养护后再次测量渗水系数为0ml/min，不再有渗水现象，表明雾封层施工对渗水性能提升效果明显。

Claims (4)

1.一种高性能雾封层材料，其特征在于：包括雾封层乳液和细砂，其中雾封层乳液和细砂的配比为100：（25-40）；所述雾封层乳液由水性聚合物改性乳化沥青100份和早强剂8份组成；所述水性聚合物改性乳化沥青包括阳离子乳化沥青50-70%、水性环氧树脂乳液15-25%、水性聚氨酯乳液10-20%、水性丙烯酸酯树脂0-5%；所述水性环氧树脂乳液包括水性环氧树脂和固化剂，水性环氧树脂：固化剂=2:1；所述阳离子乳化沥青是由70#基质沥青、乳化剂通过胶体磨制备而成；所述水性聚氨酯乳液为单组分水性聚氨酯；

该高性能雾封层材料的制备方法包括以下步骤：

S1、将阳离子乳化沥青通过1-2.5mm滤网过滤注入到搅拌桶中，开动搅拌器，搅拌速度在300~500转/min，加入水性环氧树脂乳液搅拌15min-30min；然后依次加入水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂继续搅拌，消泡后制得水性聚合物改性乳化沥青；

S2、在水性聚合物改性乳化沥青中添加早强剂搅拌5-15min使早强剂均匀分布在水性聚合物改性乳化沥青中，制得高性能雾封层乳液；

S3、将制备的高性能雾封层乳液与水进行稀释，通过含砂雾封车或雾封车，喷洒雾封层稀释乳液形成雾封层；或者喷洒雾封层稀释乳液的同时同步洒布细砂，形成含砂雾封层。

2.根据权利要求1所述的高性能雾封层材料，其特征在于：所述细砂为金刚砂、石英砂或玄武砂的任一种，其粒度为30-60目。

3.根据权利要求1所述的高性能雾封层材料，其特征在于：所述早强剂为钙粉、滑石粉、水泥、氯化钙的一种或多种，早强剂的粒度为200-2000目。

4.根据权利要求1所述的高性能雾封层材料，其特征在于：所述乳化剂为阳离子表面活性剂。

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