CN114634343A - 一种半柔性路面用早强型灌浆材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
针对现有技术不足，本发明提供一种半柔性路面水泥基灌浆材料及其制备方法和应用。本发明一种半柔性路面用水泥基灌浆材料，由以下质量份的各物质组成：水80～100，减水剂0.5～2.5，界面改性剂0.5～2.5，早强剂0.5～2.5，水泥170～200，特细砂55～70，石灰岩矿粉8～18.5，粉煤灰6～18，膨胀剂10～20。本发明所提供半柔性路面水泥基灌浆材料具有快硬、超早强、流动性能优越、与水拌合后均匀、不泌水、硬化后无收缩且与母体沥青混合料结合良好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及路面材料领域，具体为一种半柔性路面用早强型灌浆材料及其制备方法和应用。
背景技术
传统意义上路面分为刚性水泥路面和柔性沥青混凝土路面，而半柔性路面是在大空隙沥青混合料中灌入具有一定性能的水泥基灌浆材料形成的新型复合路面材料，它兼具了水泥和沥青混凝土路面的优势，具有刚柔并济的特点。目前，半柔性路面施工采取的是现场摊铺大空隙沥青混合料，经碾压施工并冷却至50℃后，再将拌制的水泥基灌浆材料灌入大空隙沥青混合料中，最后使用抹面工具进行表面处理，待半柔性路面纹理清晰且凹凸有致，并再养护3～7d后即可开放交通。
现有水泥基灌浆材料存在着如下问题：(1)材料的流动性能低、干缩和泌水率大和强度不足等问题，很容易导致路面出现开裂或疤痕；(2)繁琐的施工工序和较长时间的养护时间导致长时间封闭交通；(3)天气变化可能会严重影响半柔性路面的路用性能。因此，如何提供一种半柔性路面水泥基灌浆材料，使其具有快硬、超早强、流动性能优越、与水拌合后均匀、不泌水、硬化后无收缩且与母体沥青混合料结合良好，是当前水泥基灌浆材料亟需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种半柔性路面水泥基灌浆材料及其制备方法和应用，解决上述背景技术中提出的技术问题。本发明所提供半柔性路面水泥基灌浆材料具有快硬、超早强、流动性能优越、与水拌合后均匀、不泌水、硬化后无收缩且与母体沥青混合料结合良好的特点。
本发明一种半柔性路面用水泥基灌浆材料，其特征在于，该水泥基灌浆材料由以下质量份的各物质组成：
可选地，所述减水剂为萘系高效减水剂，脂肪族高效减水剂，氨基高效减水剂，聚羧酸高性能减水剂中的一种或多种，优选为聚羧酸高效减水剂；
可选地，所述特细砂为机制砂，其粒径为0.6mm及以下，水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5。
可选地，所述粉煤灰的粒径为二级及以上粉煤灰，优选为二级粉煤灰，烧失量为9.26％。
可选地，所述膨胀剂为UEA膨胀剂、HEA膨胀剂、微型CSA膨胀剂中的一种或多种，优选为UEA膨胀剂。
可选地，所述早强剂为硫代硫酸钠、三乙醇胺、甲酸钙中的一种或多种，优选为甲酸钙。
可选地，所述界面改性剂为硅烷偶联剂、硅烷改性苯丙乳液和阴离子乳化沥青中的一种或多种，优选为硅烷偶联剂。
可选地，所述水泥基灌浆材料由以下质量份的各物质组成：
本发明还包括上述半柔性路面水泥基灌浆材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
S1、启动搅拌机，在搅拌机内依次加入水和减水剂，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2、将得到的第一混合物在搅拌状态下，加入水泥和特细砂﹐搅拌均匀，得到第二混合物；
S3、在第二混合物中加入石灰岩矿粉，搅拌均匀，得到第三混合物；
S4、在第三混合物中加入粉煤灰，搅拌均匀，得到第四混合物；
S5、在第四混合物中加入膨胀剂，搅拌均匀，得到第五混合物；
S6、在第五混合物中加入早强剂，搅拌均匀，得到第六混合物；
S7、在第六混合物中加入界面改性剂，搅拌均匀，得到本发明半柔性路面水泥基灌浆材料。
本发明还包括上述半柔性路面用水泥基灌浆材料的应用，将水泥基灌浆材料灌注于大空隙母体沥青混合料，即可得到抗高温稳定性能良好的半柔性复合路面。
本发明中，减水剂间接性减小水胶比，改善了灌浆材料流动性能，增强了灌浆材料的强度；特细砂增强了水泥基灌浆材料抗压强度同时，提高了半柔性路面施工时的可灌性；粉煤灰在本发明中充分发挥其“滚珠效应”，可有效改善水泥基灌浆材料的和易性，并降低了水泥基灌浆材料的生产成本；膨胀剂掺入水泥与水拌合后，生成大量膨胀性结晶水化物，使水泥基灌浆材料产生适量的膨胀，从而充分补偿水泥硬化产生的收缩，达到防止开裂的目的。
本发明早强剂中，硫代硫酸钠作用机理：水泥的水化过程中，水与水泥水化产生的氢氧化钙，硫代硫酸钠与氢氧化钙反应生成硫酸钙和氢氧化钠，硫酸钙粒度极细，与C3A反应生成水化硫铝酸钙晶体的速度快，氢氧化钠作为活性剂使体系碱性增强，提高了C3A和石膏的溶解度，增加了水泥中硫铝酸钙的数量，另外，硫铝酸钙晶体在成长过程中相互交叉搭接形成水泥初期骨架，又受到C-S-H凝胶和其它水化产物不断填充固化，因此灌浆材料的早期强度得到明显提高。三乙醇胺作用机理：水泥水化过程中，三乙醇胺中N原子的一对未共用电子，可与Ca2+和Fe3+等生成易溶于水的络合离子，提高了水泥颗粒表面的可溶性，阻碍了C3A表面形成水化初期不渗透层，促进了C3A和C4AF的溶解，加速其与石膏反应生成硫铝酸钙。同时这个反应也降低了液相中钙离子和铝离子的浓度，进一步促进了C3S的水化，从而促使混凝土早期强度增长。甲酸钙作用机理：甲酸钙可以改变水泥基灌浆材料系统中硅酸三钙的浓度，降低体系中的PH值，提高C3S的水化速度，同时可以提高液相中Ca2+的浓度，使硅酸钙溶出速度加快，而同离子效应会加快结晶速度，增加材料中固相比例，有利于形成水泥石结构，从而使灌浆材料早期强度增加。
本发明中界面改性剂可有效提高水泥基灌浆材料与沥青混合料的界面粘结强度。
本发明半柔性路面水泥基灌浆材料制备方法，生产工艺简单，制备得到的水泥基灌浆材料具有流动性能优越、不泌水、硬化后无收缩且与母体沥青混合料结合良好等优点，灌注的复合路面无表面疤痕或者开裂的现象，同时快硬、超早强等优点使得开放交通的时间从以往的3～7d提前到3h，更加提高了半柔性灌注式路面的适用性。
附图说明
图1为本发明实施例1-4和对比实施例的流动度对比图；
图2为本发明实施例1-4和对比实施例的泌水率对比图；
图3为本发明实施例1-4和对比实施例的3h强度对比图；
图4为本发明实施例1-4和对比实施例的7d强度对比图；
图5为本发明实施例1-4和对比实施例的28d强度对比图；
图6为本发明实施例1-4和对比实施例的干缩率对比图；
图7为本发明实施例1-4和对比实施例的灌注率性能测试图；
图8为本发明实施例1-4和对比实施例的7d动稳定度性能测试图；
图9为本发明实施例1-4和对比实施例的冻融劈裂强度比图；
图10为本发明实施例1-4和对比实施例的马歇尔稳定度测试图。
具体实施方式
以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1
一种半柔性路面用水泥基灌浆材料，由以下质量份的各物质组成：
上述半柔性路面用水泥基灌浆材料的制备方法：
S1、启动搅拌机，在搅拌机内依次加入80kg水和2.5kg羰基焦醛，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2、将得到的第一混合物在搅拌状态下，加入170kg水泥和70kg特细砂﹐水泥为普通硅酸盐42.5水泥，特细砂为粒径在0.6mm以下的机制砂，搅拌均匀，得到第二混合物；
S3、在第二混合物中加入8kg石灰岩矿粉，搅拌均匀，得到第三混合物；
S4、在第三混合物中加入18kg粉煤灰，粉煤灰为二级粉煤灰,搅拌均匀，得到第四混合物；
S5、在第四混合物中加入10kgHEA膨胀剂，搅拌均匀，得到第五混合物；
S6、在第五混合物中加入2.5kg硫代硫酸钠早强剂，搅拌均匀，得到第六混合物；
S7、在第六混合物中加入0.5kg硅烷改性苯丙乳液界面改性剂，搅拌均匀，得到本发明半柔性路面水泥基灌浆材料。
本发明还包括上述半柔性路面用水泥基灌浆材料的应用，将水泥基灌浆材料灌注于大空隙母体沥青混合料，即可得到抗高温稳定性能良好的半柔性复合路面。
实施例2
一种半柔性路面用水泥基灌浆材料，由以下质量份的各物质组成：
上述半柔性路面用水泥基灌浆材料的制备方法：
S1、启动搅拌机，在搅拌机内依次加入100kg水和0.5kg萘磺酸盐甲醛缩合物，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2、将得到的第一混合物在搅拌状态下，加入200kg水泥和55kg特细砂﹐水泥为普通硅酸盐42.5水泥，特细砂为粒径在0.6mm以下的机制砂，搅拌均匀，得到第二混合物；
S3、在第二混合物中加入18.5kg石灰岩矿粉，搅拌均匀，得到第三混合物；
S4、在第三混合物中加入6kg粉煤灰，粉煤灰为二级粉煤灰,搅拌均匀，得到第四混合物；
S5、在第四混合物中加入20kgCSA膨胀剂，搅拌均匀，得到第五混合物；
S6、在第五混合物中加入0.5kg三乙醇胺早强剂，搅拌均匀，得到第六混合物；
S7、在第六混合物中加入2.5kg阴离子乳化沥青界面改性剂，搅拌均匀，得到本发明半柔性路面水泥基灌浆材料。
本发明还包括上述半柔性路面用水泥基灌浆材料的应用，将水泥基灌浆材料灌注于大空隙母体沥青混合料，即可得到抗高温稳定性能良好的半柔性复合路面。
实施例3
一种半柔性路面用水泥基灌浆材料，由以下质量份的各物质组成：
上述半柔性路面用水泥基灌浆材料的制备方法：
S1、启动搅拌机，在搅拌机内依次加入90kg水和1.5kg聚羧酸高效减水剂，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2、将得到的第一混合物在搅拌状态下，加入185kg水泥和62.5kg特细砂﹐水泥为普通硅酸盐42.5水泥，特细砂为粒径在0.6mm以下的机制砂，搅拌均匀，得到第二混合物；
S3、在第二混合物中加入13kg石灰岩矿粉，搅拌均匀，得到第三混合物；
S4、在第三混合物中加入12kg粉煤灰，粉煤灰为二级粉煤灰,搅拌均匀，得到第四混合物；
S5、在第四混合物中加入15kgUEA膨胀剂，搅拌均匀，得到第五混合物；
S6、在第五混合物中加入1.5kg甲酸钙早强剂，搅拌均匀，得到第六混合物；
S7、在第六混合物中加入1.5kg硅烷偶联剂界面改性剂，搅拌均匀，得到本发明半柔性路面水泥基灌浆材料。
本发明还包括上述半柔性路面用水泥基灌浆材料的应用，将水泥基灌浆材料灌注于大空隙母体沥青混合料，即可得到抗高温稳定性能良好的半柔性复合路面。
实施例4
一种半柔性路面用水泥基灌浆材料，由以下质量份的各物质组成：
上述半柔性路面用水泥基灌浆材料的制备方法：
S1、启动搅拌机，在搅拌机内依次加入85kg水和1kg氨基高效减水剂，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2、将得到的第一混合物在搅拌状态下，加入180kg水泥和60kg特细砂﹐水泥为普通硅酸盐42.5水泥，特细砂为粒径在0.6mm以下的机制砂，搅拌均匀，得到第二混合物；
S3、在第二混合物中加入10kg石灰岩矿粉，搅拌均匀，得到第三混合物；
S4、在第三混合物中加入10kg粉煤灰，粉煤灰为二级粉煤灰,搅拌均匀，得到第四混合物；
S5、在第四混合物中加入13kgUEA膨胀剂，搅拌均匀，得到第五混合物；
S6、在第五混合物中加入1kg甲酸钙早强剂，搅拌均匀，得到第六混合物；
S7、在第六混合物中加入1kg硅烷偶联剂界面改性剂，搅拌均匀，得到本发明半柔性路面水泥基灌浆材料。
本发明还包括上述半柔性路面用水泥基灌浆材料的应用，将水泥基灌浆材料灌注于大空隙母体沥青混合料，即可得到抗高温稳定性能良好的半柔性复合路面。
参照现行《公路工程水泥与水泥混凝土试验规程》(JTG 3420-2020)，水泥基灌浆材料应满足表1技术要求。
表1灌浆材料技术要求
将实施例1-4和对比例(市售普通灌浆材料)按照《公路工程水泥与水泥混凝土试验规程》(JTG 3420-2020)检测方法，进行性能对比检测，检测结果如下：表2为灌浆材料性能试验结果；表3为灌浆材料干缩试验结果；表4为半柔性路面灌注率及路用性能。
表2灌浆材料性能试验结果
表3灌浆材料干缩试验结果(单位：％)
图1～图6为本发明各实例与普通灌浆材料对比例性能试验结果对比图。图1显示本发明实例实际流动度平均为11.35s，在达到标准的同时比普通灌浆材料的对比例提高了9.03％。图2显示本发明实例实际泌水率相比于对比例降低了80.16％，本发明有力保证了灌浆材料的和易性。图3显示，本发明实例具有早强的功能，3h抗折抗压强度均达到了普通对比例7d强度的73.53％和61.83％，而普通半柔性灌浆材料在3h时还尚未凝结完成，强度可忽略不计，因此本发明可加快通车速度，推动了半柔性路面发展，提高了其适用性。图4～图5显示本发明实例实际强度均高于普通型对比例，28d抗折抗压强度超越普通型对比例分别为24.03％和38.57％，这无疑间接大大提高了半柔性路面复合材料的抗荷载能力。图6显示本发明实例具有超低干缩率的特点，7d干缩率在达标的同时比普通对比例降低了90.19％，可更有效防止半柔性路面因水泥基灌浆材料收缩而产生的裂缝。
半柔性路面灌注率直接反映了半柔性路面材料灌入饱满度，间接性反映了灌浆材料的和易性；动稳定度指标反映半柔性路面材料高温稳定性能，动稳定度指标越高，抗高温稳定性越优；冻融劈裂强度比和马歇尔稳定度共同反映了半柔性路面材料的水稳定性。统一采用表4性能指标的基质沥青，使用如表5集料级配和油石比(油石比：即沥青所占沥青混合料总质量的比例)，按照现行《道路灌注式半柔性路面技术规程》(TCECS GD51-01-2019)附录C制作大空隙母体沥青混合料试件(测试其性能指标见表6)。
表4基质沥青性能指标
表5集料级配通过率及油石比
表6大空隙母体沥青混合料性能指标
将本发明早强型灌浆材料灌注于大空隙母体沥青混合料经表面处理，按照标准养护条件(温度20±1℃，湿度≥90％)养护1d形成半柔性路面材料实例1～4，将普通灌浆材料灌注于大空隙母体沥青混合料经表面处理，按照标准养护条件(温度20±1℃，湿度≥90％)养护7d形成半柔性路面材料对比例，最后进行半柔性路面路用性能检测。参照现行《道路灌注式半柔性路面技术规程》(TCECS GD51-01-2019)对半柔性路面灌注率进行检测，参照现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)对半柔性路面路用性进行检测。得到的半柔性路面灌注率及路用性能见表7：
表7半柔性路面灌注率及路用性能
图7～图10为本发明实例与普通对比例的灌浆材料灌入大空隙母体混合料试件后分贝养护1天和7天后的路用性能测试对比图，对不同指标，本发明实例较普通对比例均有不同程度的提高。图7显示本发明灌浆材料灌注率较普通对比例略有提高，但不明显，使用本发明半柔性路面灌注率可提高4.62％。图8可看出本发明灌浆料灌入后，半柔性路面材料动稳定度大幅度提升，相比于对比例提升99.95％，大大提高了半柔性路面抗车辙能力。图9显示本发明冻融劈裂强度比相比于对比例提升5.72％。图10显示本发明实例较对比例在马歇尔稳定度指标上均有提高，其中可大幅提高半柔性路面水稳定性能，相比于对比例浸水马歇尔稳定度提升42.52％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半柔性路面用水泥基灌浆材料，其特征在于，该水泥基灌浆材料由以下质量份的各物质组成：
2.根据权利要求1所述的半柔性路面用水泥基灌浆材料，其特征在于，所述减水剂为萘系高效减水剂，脂肪族高效减水剂，氨基高效减水剂，聚羧酸高性能减水剂中的一种或多种，优选为聚羧酸高效减水剂。
3.根据权利要求1所述的半柔性路面用水泥基灌浆材料，其特征在于，所述特细砂为机制砂，其粒径为0.6mm及以下，水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5。
4.根据权利要求1所述的半柔性路面用水泥基灌浆材料，其特征在于，所述粉煤灰的粒径为二级及以上粉煤灰，优选为二级粉煤灰，烧失量为9.26％。
5.根据权利要求1所述的半柔性路面用水泥基灌浆材料，其特征在于，所述膨胀剂为UEA膨胀剂、HEA膨胀剂、微型CSA膨胀剂中的一种或多种，优选为UEA膨胀剂。
6.根据权利要求1所述的半柔性路面用水泥基灌浆材料，其特征在于，所述早强剂为硫代硫酸钠、三乙醇胺、甲酸钙中的一种或多种，优选为甲酸钙。
7.根据权利要求1所述的半柔性路面用水泥基灌浆材料，其特征在于，所述界面改性剂为硅烷偶联剂、硅烷改性苯丙乳液和阴离子乳化沥青中的一种或多种，优选为硅烷偶联剂。
8.根据权利要求1所述的半柔性路面用水泥基灌浆材料，其特征在于，所述水泥基灌浆材料由以下质量份的各物质组成：
9.根据权利要求1至8中任一项所述的半柔性路面用水泥基灌浆材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
S1、启动搅拌机，在搅拌机内依次加入水和减水剂，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2、将得到的第一混合物在搅拌状态下，加入水泥和特细砂﹐搅拌均匀，得到第二混合物；
S3、在第二混合物中加入石灰岩矿粉，搅拌均匀，得到第三混合物；
S4、在第三混合物中加入粉煤灰，搅拌均匀，得到第四混合物；
S5、在第四混合物中加入膨胀剂，搅拌均匀，得到第五混合物；
S6、在第五混合物中加入早强剂，搅拌均匀，得到第六混合物；
S7、在第六混合物中加入界面改性剂，搅拌均匀，得到半柔性路面水泥基灌浆材料。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的半柔性路面用水泥基灌浆材料的应用，其特征在于，将水泥基灌浆材料灌注于大空隙母体沥青混合料，即可得到抗高温稳定性能良好的半柔性复合路面。
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