CN114988788B - 一种沥青路面坑槽修补用材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种沥青路面坑槽用修补材料，包括大孔隙基体混合料和高性能水泥基灌浆材料；其中，所述大孔隙基体混合料包括以下质量组分的原料：4.75～9.5mm集料15～20份；9.5～13.2mm集料55～60份；13.2～16mm集料15～20份；聚氨酯胶结料2～2.5份；矿粉1～1.5份；所述高性能水泥基灌浆材料包括以下质量组分的原料：水泥45～50份；水20～25份；0.15～0.3mm细砂3～5份；环氧树脂2～3份；硅灰0.5～1份；聚丙烯纤维0.5～1份；减水剂0.5～1份。本发明具有高耐久性、早强特性的沥青路面坑槽修补用材料的适用性较好，可在多种环境条件下快速完成修补并开放交通，且后期均可具有较好的强度和耐久性。

Description

一种沥青路面坑槽修补用材料及其制备方法
技术领域
本发明属于沥青路面养护技术领域，涉及一种沥青路面坑槽修补用材料及其制备方法。
背景技术
随着我国经济建设和城市现代化的蓬勃发展，公路交通设施作为重点项目在近30年来也随之快速发展。截止2020年末，全国公路总里程519.81万公里，公路密度54.15公里/百平方公里，同时公路养护总里程也达到了514.40万公里，占公路总里程99.0％，公路事业的发展从以往的“建设为主”向“修养结合”转变。因此，现阶段我国公路建设的主要问题是如何对“问题路面”采取有效手段进行修复，提高“问题路面”的行车安全和舒适性，并延长其使用寿命以达到节约维护成本的目的。通过沥青路面病害资料调研和现场病害调查可以发现，车辙坑槽是沥青路面经常出现的破坏形式之一。在沥青路面的日常养护和维修工作中，车辙坑槽维修工作较为频繁，容易受交通量和外界环境影响，维修难度较大，并且车辙坑槽若不及时修补，不仅会加速路面的损坏，同时由于坑槽的存在，车辆以较高速度行驶过坑槽时会出现较明显的颠簸，同时极易出现爆胎和车辆转向失灵等情况，对车辆和驾驶人员也构成较大的威胁。由此可见坑槽不仅对车辆的行驶舒适性造成影响，还具有较明显的交通安全隐患。因此，必需及时完成对坑槽的处治以保证行车舒适性和行车安全，同时避免坑槽的进一步发展而造成路面出现其他病害，对提高路面的剩余使用寿命、实现路面全寿命周期费用效益比最佳意义重大。
实践表明，传统的修补材料并不适应城市主干道重载交通路面及湿热地区高温多雨的复杂气候条件，不能满足路面耐久性的使用需求，重载交通路面车辙坑槽修复后早期强度低、易过早破坏、水损害等问题十分普遍和突出，若不及时解决安全隐患，可能造成公路拥堵，甚至诱发恶性交通事故，而且采用传统修补材料进行修补往往忽略了后期强度衰减，修补区域与原路面存在明显色差等问题。对于沥青路面坑槽的修复，通常有冷补和热补两种修补方法，热补主要指的是采用热拌沥青混合料对坑槽进行修复，但需要对混合料进行加热、拌和、摊铺、碾压等，施工工艺较复杂，且所需时间较长，能耗也较高，而冷补料可以在常温下对坑槽进行快速修复，施工工艺简单，具备短时间快速开放交通的优势。发明专利CN201410152555.8公开了一种用于沥青路面坑槽修补复合冷补材料，由阳离子乳化沥青、外加剂、水、水泥、砂以及4档粒径不同的玄武岩石料配合而成,本发明的有益效果是：无需加热、施工简单、无需熟练人员及专用设备、环境污染小及价格低廉的优点，环境适应性强，固化时间短。发明专利CN201911244752.1公开了一种可储式复合改性乳化沥青路面坑槽冷补料及其制备方法，由乳化沥青、稳定剂、液体橡胶、集料、水泥、矿粉、水制备而成,本发明制得的可储式复合改性乳化沥青路面坑槽冷补料的实用性强，具有良好的储存稳定性、制备简单、易于施工。
上述基于乳化沥青的路面坑槽修复冷补料虽然能够达到临时性快速修补，但相对而言其材料的耐久性不足，在交通荷载、水温耦合作用条件下，使用年限较短，传统坑槽冷补料强度形成时间较长，路面修复后短时间损坏现象较为突出，同时材料的价格高昂、全寿命周期内经济效益一般等也进一步影响其大规模使用等。
综上所述，热拌沥青混合料的温度敏感性高，对施工的环境要求较高，低温潮湿状态下修复施工的质量难以控制，而且对修复效果很大程度上取决于修补设备和修补施工人员的素质，修复质量的不可控因素较多；冷拌沥青混合料存在早期强度低，混合料的压实度不足，且易剥落从而发生二次破损等众多缺陷；并且这两种修补料并没有考虑修补后路面的美学效果，修补区域与原路面存在较大的色差。传统的沥青路面车辙坑槽冷补材料早期强度增长慢、凝结时间长、拌和性能差、后期强度衰减、受车辆冲击作用易脱落，容易产生二次破坏及修补美学效果差等问题亟待解决。
因此，针对当前沥青路面坑槽病害的危害及当前常用坑槽修复方法和材料的缺陷，有必要发明一种具有快速修补特点，且兼具耐久性和早强特性的坑槽修补材料。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种沥青路面坑槽修补用材料及其制备方法，该材料具有高耐久性、高强度、早强特性，且其施工工艺简单，只需要简单的摊铺、压实和灌浆材料灌入后即可形成强度。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种沥青路面坑槽用修补材料，包括大孔隙基体混合料和高性能水泥基灌浆材料；
其中，所述大孔隙基体混合料包括以下质量组分的原料：4.75～9.5mm集料15～20份；9.5～13.2mm集料55～60份；13.2～16mm集料15～20份；聚氨酯胶结料2～2.5份；矿粉1～1.5份；
所述高性能水泥基灌浆材料包括以下质量组分的原料：水泥45～50份；水20～25份；0.15～0.3mm细砂3～5份；环氧树脂2～3份；硅灰0.5～1份；聚丙烯纤维0.5～1份；减水剂0.5～1份。
上述方案中，有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述集料、矿粉的岩性为石灰岩或玄武岩。
2、上述方案中，所述聚氨酯胶结料由异氰酸酯和组合聚醚按照质量比1：1.5的配比组成。其制备方法为将质量比1：1.5的异氰酸酯和组合聚醚放入容器中进行搅拌，搅拌时间3～5分钟即可获得聚氨酯胶结料。
3、上述方案中，所述水泥为P.C 42.5复合硅酸盐水泥。
4、上述方案中，所述细砂为粒径为0.15～0.3mm的细砂。
5、上述方案中，所述环氧树脂胶结料由E-44环氧树脂、聚酰胺固化剂按照质量比1：0.85的配比组成。其制备方法为将质量比1：0.85的E-44环氧树脂、聚酰胺固化剂混合后进行搅拌，搅拌时间5分钟左右即可获得环氧树脂胶结料。
6、上述方案中，所述硅灰的SiO2含量大于或等于98％。
7、上述方案中，所述聚丙烯纤维的长度为3mm。
8、上述方案中，所述减水剂为PC100聚羧酸高效减水剂。
本发明还提供了一种根据沥青路面坑槽修补用材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)根据配比称取大孔隙基体混合料所需各组分原料，各组分原料所占重量份数为：4.75～9.5mm集料15～20份；9.5～13.2mm集料55～60份；13.2～16mm集料15～20份；聚氨酯胶结料2～2.5份；矿粉1～1.5份；将上述各组分原料中各个规格的集料混合后放入拌合锅中进行干拌1-2min直至搅拌均匀，然后依次加入异氰酸酯和组合聚醚，搅拌3min，制成聚氨酯胶结料，再加入矿粉，搅拌1.5min；得到大孔隙基体混合料；
(2)根据配比称取水泥基灌浆材料所需各组分原料，各组分原料所占重量份数为：水泥45～50份；水20～25份；细砂3～5份；环氧树脂2～3份；硅灰0.5～1份；聚丙烯纤维0.5～1份；减水剂0.5～1份；将上述各组分原料中的水泥、细砂、硅灰、聚丙烯纤维固体组分依次放入拌合锅中进行干拌1-2min直至搅拌均匀，然后加入水量的2/3，搅拌2min，加入减水剂，搅拌1min，最后再加入环氧树脂及剩余水继续搅拌2min；得到拌和均匀的水泥-硅灰-环氧树脂复合胶结材料，再将其灌入到步骤(1)中的基体混合料，即可形成沥青路面坑槽修补用材料。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：
(1)本发明将聚氨酯作为基体混合料骨架的胶结材料，一方面由于其不需要进行高温加热降低了能耗，减少了加热和摊铺过程中的废气排放，具有良好的经济效益和环保效益；另一方面由于其施工工艺简单，所需的人力、物力较少，也进一步降低了坑槽修复的时间成本和经济成本；再者聚氨酯胶结料其通过异氰酸酯和组合聚醚组份的化学反应可快速形成强度，一方面可使坑槽修复后快速恢复交通，另一方面可保证灌浆料灌入后能在基体骨架的保护下较好地形成强度，从而最大限度降低坑槽维修对交通的影响，同时保证坑槽修复材料较好的耐久性及路用性能等；
(2)本发明通过硅灰与水的火山灰反应显著提高了水泥颗粒的水化反应和水化速度，促进了水泥胶浆早期强度的形成，同时通过硅灰水化反应生成的凝胶提高了水泥胶浆硬化后的强度和界面粘结强度。同时其通过反应生成的水化硅酸钙凝胶通过对基体材料内部的毛细孔的填充，不仅提供机械咬合力，还可以细化孔隙，降低平均孔径，提高界面粘结过渡区的密实度，微观上减小了界面粘结过渡区的厚度，宏观上增强了界面的粘结强度；
(3)本发明通过减水剂的加入，有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，短时间内大幅提高水泥基灌浆材料的流动性，使其能够较好的灌入到基体混合料骨架内部，保证基体混合料骨架的水泥胶浆灌入率的同时，提高其密实性，避免雨水进入孔隙内部后对坑槽修补材料的耐久性造成不利影响；
(4)本发明采用的环氧树脂具有较好的粘结强度和回弹特性，水泥基灌浆材料中环氧树脂的加入一方面能够提高水泥基灌浆材料与基体混合料骨架之间的粘结强度，避免坑槽修补材料的松散；另一方面，环氧树脂地通过在水泥基灌浆材料内部与水泥石交织形成环氧树脂-水泥石网络，在一定程度上可以提高水泥基灌浆材料的强度。
(5)本发明具有高耐久性、早强特性的沥青路面坑槽修补用材料的适用性较好，可在多种环境条件下快速完成修补并开放交通，且后期均可具有较好的强度和耐久性。由于其无需加热、拌和等工序，其可以在较短时间内完成摊铺，同时降低能耗和拌和、摊铺过程中的废气对环境的污染。此外，由于其早强特性，其可以在较短时间内形成强度并开放交通，以最大限度降低坑槽修复对交通运行的影响，同时，其高耐久性也可保证沥青路面坑槽后具有较高的使用寿命。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
以下实施例中采用的集料为上海济韵建材有限公司生产；聚氨酯为上海拜高化学科技有限公司生产；水泥为南通海螺水泥有限责任公司生产的P.C 42.5复合硅酸盐水泥；细砂为绍兴上虞区科正仪器有限责任公司生产的0.15～0.3mm细砂；环氧树脂及其固化剂为江苏南通星辰合成材料有限公司生产的E-44环氧树脂、聚酰胺600#固化剂；硅灰为河南铂润新材料有限公司生产，其SiO2含量达98％及以上；纤维为湖南长沙汇祥纤维工厂生产的聚丙烯纤维，长度为3mm。
实施例
一种沥青路面坑槽用修补材料，其特征在于：包括大孔隙基体混合料和高性能水泥基灌浆材料；
其中，所述大孔隙基体混合料包括以下质量组分的原料：4.75～9.5mm集料15～20份；9.5～13.2mm集料55～60份；13.2～16mm集料15～20份；聚氨酯胶结料2～2.5份；矿粉1～1.5份；
所述高性能水泥基灌浆材料包括以下质量组分的原料：水泥45～50份；水20～25份；0.15～0.3mm细砂3～5份；环氧树脂2～3份；硅灰0.5～1份；聚丙烯纤维0.5～1份；减水剂0.5～1份。
所述集料、矿粉的岩性为石灰岩或玄武岩。
所述聚氨酯胶结料由异氰酸酯和组合聚醚按照质量比1：1.5的配比组成。其制备方法为将质量比1：1.5的异氰酸酯和组合聚醚放入容器中进行搅拌，搅拌时间3～5分钟即可获得聚氨酯胶结料。
所述水泥为P.C 42.5复合硅酸盐水泥。
所述细砂为粒径为0.15～0.3mm的细砂。
所述环氧树脂胶结料由E-44环氧树脂、聚酰胺固化剂按照质量比1：0.85的配比组成。其制备方法为将质量比1：0.85的E-44环氧树脂、聚酰胺固化剂混合后进行搅拌，搅拌时间5分钟左右即可获得环氧树脂胶结料。
所述硅灰的SiO2含量大于或等于98％。
所述聚丙烯纤维的长度为3mm。
所述减水剂为PC100聚羧酸高效减水剂。
一种沥青路面坑槽修补用材料的制备方法，它依次包括以下步骤：
(1)根据配比称取大孔隙基体混合料所需各组分原料，各组分原料所占重量份数为：4.75～9.5mm集料15～20份；9.5～13.2mm集料55～60份；13.2～16mm集料15～20份；聚氨酯胶结料2～2.5份；矿粉1～1.5份；将上述各组分原料中各个规格的集料混合后放入拌合锅中进行干拌1-2min直至搅拌均匀，然后依次加入异氰酸酯和组合聚醚组份，搅拌3min，加入矿粉，搅拌1.5min；得到大孔隙基体混合料。
(2)根据配比称取水泥基灌浆材料所需各组分原料，各组分原料所占重量份数为：水泥50～70份；水25～35份；细砂3～8份；环氧树脂胶结料2～5份；硅灰0.5～2份；纤维0.5～2份；减水剂0.5～2份。将上述各组分原料中的水泥、细砂、硅灰、纤维等固体组分依次放入拌合锅中进行干拌1-2min直至搅拌均匀，然后加入水量的2/3，搅拌2min，加入减水剂，搅拌1min，最后再加入环氧树脂及剩余水继续搅拌2min；得到拌和均匀的水泥-硅灰-环氧树脂复合胶结材料，再将其灌入到步骤(1)中的基体混合料，即可形成一种具有高耐久性、早强特性的沥青路面坑槽修补材料。
表1为实施例1～3所述一种具有高耐久性、早强特性的沥青路面坑槽修补用材料中各组成原料的重量配比。主要分为基体混合料和水泥基灌浆材料两部分。
(1)大孔隙基体混合料
(2)水泥基灌浆材料
将大孔隙基体混合料实施例1、水泥基灌浆材料实施例1～3结合后成型的最终的坑槽修补材料的抗压强度、水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性能等进行测试，结果如表2所示。
表2为大孔隙基体混合料实施例1、水泥基灌浆材料实施例1～3结合后成型的最终的坑槽修补材料的各项性能测试结果。
由表2可见各实施例中的坑槽修复材料的各项性能均满足坑槽的路用性能要求，特别是其3d抗压强度，各实施例均能达到15MPa及以上，而7d抗压强度均在30MPa及以上，可见各实施例中坑槽修复材料均能在早期形成较高强度，具有明显的早强特性。同时从动稳定度看，各实施例中的坑槽修复材料相比普通冷补和热补修复材料的抗高温性能高出200％及以上，可见其具有极好的抗荷载变形特性和耐久性。以上有力验证了本发明具有较好应用效果。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种沥青路面坑槽修补用材料，其特征在于：包括大孔隙基体混合料和高性能水泥基灌浆材料；
其中，所述大孔隙基体混合料包括以下质量组分的原料：4.75~9.5mm集料15~20份；9.5~13.2mm集料55~60份；13.2~16mm集料15~20份；聚氨酯胶结料2~2.5份；矿粉1~1.5份；所述聚氨酯胶结料由异氰酸酯和组合聚醚按照质量比1：1.5的配比组成；
所述高性能水泥基灌浆材料包括以下质量组分的原料：水泥45~50份；水20~25份；0.15~0.3mm细砂3~5份；环氧树脂胶结料2~5份；硅灰0.5~1份；聚丙烯纤维0.5~1份；减水剂0.5~1份；所述细砂为粒径为0.15~0.3mm的细砂；所述硅灰的SiO2含量大于或等于98%；所述聚丙烯纤维的长度为3mm；所述环氧树脂胶结料由环氧树脂、聚酰胺固化剂按照质量比1：0.85的配比组成；所述水泥为P.C 42.5复合硅酸盐水泥。
2.根据权利要求1所述的沥青路面坑槽修补用材料，其特征在于：所述集料、矿粉的岩性为石灰岩或玄武岩。
3.根据权利要求1所述的沥青路面坑槽修补用材料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
4.一种根据权利要求1所述的沥青路面坑槽修补用材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
（1）根据配比称取大孔隙基体混合料所需各组分原料，各组分原料所占重量份数为：4.75~9.5mm集料15~20份；9.5~13.2mm集料55~60份；13.2~16mm集料15~20份；聚氨酯胶结料2~2.5份；矿粉1~1.5份；将上述各组分原料中各个规格的集料混合后放入拌合锅中进行干拌1-2min直至搅拌均匀，然后依次加入异氰酸酯和组合聚醚，搅拌3min，制成聚氨酯胶结料，再加入矿粉，搅拌1.5min；得到大孔隙基体混合料；
（2）根据配比称取水泥基灌浆材料所需各组分原料，各组分原料所占重量份数为：水泥45~50份；水20~25份；细砂3~5份；环氧树脂胶结料2~5份；硅灰0.5~1份；聚丙烯纤维0.5~1份；减水剂0.5~1份；所述环氧树脂胶结料由环氧树脂、聚酰胺固化剂按照质量比1：0.85的配比组成；所述环氧树脂胶结料的制备方法为将质量比1：0.85的E-44环氧树脂、聚酰胺固化剂混合后进行搅拌，搅拌时间5分钟即可获得环氧树脂胶结料；将上述各组分原料中的水泥、细砂、硅灰、聚丙烯纤维固体组分依次放入拌合锅中进行干拌1-2min直至搅拌均匀，然后加入水量的2/3，搅拌2min，加入减水剂，搅拌1min，最后再加入环氧树脂胶结料及剩余水继续搅拌2min；得到拌和均匀的水泥-硅灰-环氧树脂复合胶结材料，再将其灌入到步骤（1）中的基体混合料，即可形成沥青路面坑槽修补用材料。
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