CN115745564A - 一种冷拌沥青材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷拌沥青材料，包括固态组分和液态组分，液态组分与固态组分的质量比为1:(0.3‑15)；所述固态组分包括氧化镁、半水石膏中的一种或者两者混合物；所述液态组分包括乳化沥青、酸式磷酸盐和改性剂，其中，乳化沥青固含量为30%‑75%，乳化沥青与酸式磷酸盐质量比为1:(0.1‑0.5)，改性剂用量为酸式磷酸盐用量的1‑10%。本发明所述沥青材料能够在常温或低温或者零下条件下成型，应用场景广泛，完全可以代替热拌沥青使用，具有环保、节能和施工便捷等优点，特别适合一次性沥青用量小和无法采用热拌沥青场景的使用。

Description

一种冷拌沥青材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及沥青材料技术领域，具体涉及可以常温拌合、常温施工而且能进行浇注施工无环境污染的沥青材料，这种材料可以用于沥青路面常温快速修补和常温快速沥青防水工程。

背景技术

沥青路面因其具有行车舒适、噪音小等优点，目前应用十分广泛。但沥青混合料在长期使用的过程中由于沥青老化、重荷载等原因易产生坑槽、剥落和裂缝等病害。这些病害若不及时修补，极易受老化影响而进一步发展恶化，进而大大减少路面使用寿命。因此，沥青路面的修补养护技术就显得十分重要。同时随着我国道路事业的快速发展，路面养护的需求已进入周期性的高峰。目前对于坑槽等病害的处理方法主要是热拌沥青修补法和冷拌沥青修补法。热拌沥青修补因其施工工艺复杂，主要应用于较大规模的沥青表面病害修复。而较小面积和形状不规则的坑槽裂缝等病害的修补则主要依靠冷拌沥青修补法。冷拌沥青施工便捷，且兼具环保节能等优点。目前常用的沥青路面修补材料主要是冷补料，其主要是由集料与冷补液拌合制成。冷补料性能好坏主要取决于冷补液的性能，现有技术主要使用的冷补液为挥发性有机溶剂，使用过程中溶剂逐渐挥发，冷补料随之凝结硬化形成强度，但冷补液易溶解冷补料周围的完好的沥青混凝土，长期修补效果受限，而且不环保。

沥青是非常好的防水材料，可以用于防水材料的沥青通常以沥青防水卷材和热拌沥青方式，防水卷材容易受到尖锐物刺穿而失去防水效果，采用热拌沥青可以采用浇注形式，不容易被刺穿，防水效果能得到保证，但热拌沥青很容易失去流动性，特别是浇筑时接触常温物体温度快速下降而失去流动性。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种冷拌沥青材料及其制备方法，具有流动性好、可在常温和低温下浇注施工、凝结硬化快和使用方便特点，并且环保和耐久，可用于沥青道路路面快速修补和防水等场所。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种冷拌沥青材料，包括固态组分和液态组分，液态组分与固态组分的质量比为1:(0.3-15)；

所述固态组分包括氧化镁、半水石膏中的一种或者两者混合物；

所述液态组分包括乳化沥青、酸式磷酸盐和改性剂，其中，乳化沥青固含量为30%-75%，乳化沥青与酸式磷酸盐质量比为1:(0.1-0.5)，改性剂用量为酸式磷酸盐用量的1-10%。

本发明在对冷拌沥青材料进行深入研究时发现，现有技术常依靠不同类型的乳化剂制备不同性能的乳化沥青，直接使用乳化沥青进行冷拌施工，其主要依靠水分蒸发实现乳化沥青破乳进而逐渐形成强度，通常情况下强度发展缓慢，通常要3天甚至7天以上的时间，而且初期强度很低，难以满足使用要求，如果用于较大体积情况下，沥青形成强度要一个月以上的时间，有些情况下乳化沥青甚至难以破乳，无法发挥沥青材料的性能。因此现有技术主要采用有机溶剂将沥青溶解，从而得到冷拌沥青材料，依靠溶剂挥发沥青材料逐渐达到所需强度。但是，这类材料价格高，材料性能取决于有机溶剂性能，而且对环境危害大，特别是用于沥青路面修补，其中溶剂会溶解已硬化的沥青，破坏坑槽周围正常的路面；此外当用于体积较大时这种沥青材料溶剂挥发也需要几天甚至更长时间，不能达到热拌沥青冷却后即获得强度的效果。

本发明采用不同于现有冷拌沥青材料的原料和制备方法。冷拌沥青中的主要原料以液态和固态两种形式存在，单独制备然后分别储存，当需要使用时，液态组分和固态组分在常温或者低温下进行混合，利用液态组分和固态组分中的功能组分之间的快速反应促进乳化沥青快速破乳，同时消耗乳化沥青中的自由水分，反应生成物还能在沥青材料中起到骨架作用，使沥青材料能够快速凝结硬化形成强度，在保持沥青特点的基础上，又能实现常温甚至低温条件下施工并能快速形成强度。其中，液态组分和固态组分具有很好的稳定性，液态组分和固态组分混合前单独存放可以保持原状态6个月以上。并且，固态组分可以在比较大的范围内变化，主要是固态组分中集料的用量进行变化，大体积应用时可以采用比较多的集料，用于道路路面薄层修补或者防水时降低集料用量，而且相应降低集料粒径。通常需要沥青材料具有较高强度时提高集料用量，而需要沥青材料具有较大延展性可以降低集料用量，同时降低集料的粒径，甚至不加入集料，而通过液态和固态组分功能组分发生反应生成的反应物提供沥青材料的骨架作用。不加集料拌合而成的乳化沥青浆体具有极好的流动性，因此本发明还可以用于缝隙充填。乳化沥青破乳后和液态固体组分中功能组分快速反应形成强度的冷拌沥青材料能兼具柔性与刚性，且根据固态组分中建筑石膏或氧化镁与液态组分的比例变化可以调整最终冷拌沥青材料的柔性与刚性比重，以适应不同场景的需求。

本发明还提供了一种冷拌沥青材料的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1：按照上述冷拌沥青材料进行备料，将固态组分、液态组分分别混合均匀后备用；

步骤2：将固态组分和液态组分混合，搅拌均匀得到所述冷拌沥青材料。

步骤3：将步骤2得到的冷拌沥青材料应在沥青破乳前应用于需要的场所。

本发明还提供了一种冷拌沥青材料的应用，按照上述制备方法制备得到冷拌沥青材料，用于路面修补、防水等需要快速凝结硬化等场所，具体为通过浇筑、摊铺或灌浆的方式将其置于目标场所，并对所述冷拌沥青材料进行处理后使其密实。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明将沥青材料采用液态和固态两种形式，使用时将液态和固态按比例混合，混合均匀后的沥青材料具有一定的流动性可以采用浇注、摊铺或灌浆形式用于沥青路面坑槽修补和防水层或防渗墙等用途，液态和固态组分使用前无需特殊处理，可以常温甚至低温条件下使用，实现冷拌施工，由于液态和固态组分中功能组分接触后发生快速反应而消耗乳化沥青中的水分，因此能快速形成强度，通常情况下10-30min就能满足使用要求。因此本发明使用时非常方便，特别适合小体积的沥青路面快速修补和特殊要求的防水场所，可采用人工拌合。施工过程可无需机械，无需加热，除乳化沥青外其他组分均为无机材料，因此本发明的冷拌沥青材料使用时无环境污染，采用液态和固态双组分能做到随用随拌，无废料产生。

2、本发明的冷拌沥青材料主要组分仍然为乳化沥青和集料，与传统热拌沥青和乳化沥青混合料相近，外加的功能组分与乳化沥青有很好相容性，有利于乳化沥青的稳定，反应后还能起到非常好的增强作用，因此使得本发明的冷拌沥青材料能够兼具无机胶凝材料和沥青的特性，保持沥青柔性以及防水性的基础上快速形成强度。本发明的冷拌沥青材料中液态和固态组分中的功能组分发生反应后增强作用仍能随龄期增长，因此本发明的冷拌沥青材料用于路面修补或防水时具有更好的耐久性。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步说明。

一、实施例和对比例

实施例1

本实施例中集料为0.3-9.5mm的玄武岩，液态组分采用固含量为50%的阳离子型乳化沥青，加入质量比1:0.4的磷酸二氢铵和1:0.036的硼砂，混合均匀后备用，固态组分采用粒径小于75μm的重烧氧化镁，加入质量比1:10的集料混合均匀后备用。再将液态组分与固态组分按质量比为1:6.13混合均匀得到具有可塑性的混合料，将混合料倒入70.7mm的立方试模中，采用抹刀压实刮平后得到冷拌沥青材料试件，采用痕迹法记录乳化沥青破乳时间，自然养护30、60、180min测试强度。

实施例2

本实施例中液态组分采用固含量为60%的阳离子型乳化沥青，加入质量比1：0.42的磷酸二氢铵和1：0.08的硼砂，混合均匀后备用，固态组分采用粒径小于75μm的重烧氧化镁3份和轻烧氧化镁2份混合， 加入质量比1:20的集料混合均匀后备用。再将液态组分与固态组分按质量比为1:7.22混合均匀得到具有极好流动性的混合料，将混合料倒入70.7mm的立方试模中，采用抹刀刮平后得到冷拌沥青材料试件，采用痕迹法记录乳化沥青破乳时间，自然养护30、60、180min测试强度。

实施例3

本实施例中液态组分采用固含量为50%的阳离子型乳化沥青，加入质量比1：0.15的磷酸二氢铵和1：0.014的硼砂和1：0.001的柠檬酸，混合均匀后备用，固态组分采用粒径小于75μm的重烧氧化镁9份和粒径小于100μm的建筑石膏7份混合，加入质量比1:10的集料混合均匀后备用。再将液态组分与固态组分按质量比为1:7.55混合均匀得到具有可塑性的混合料，将混合料倒入70.7mm的立方试模中，采用抹刀插捣刮平后得到冷拌沥青材料试件，采用痕迹法记录乳化沥青破乳时间，自然养护30、60、180min测试强度。

实施例4

本实施例中液态组分采用固含量为60%的阳离子型乳化沥青，加入质量比1：0.11的磷酸二氢铵和1：0.01的硼砂和1：0.001的柠檬酸，混合均匀后备用，固态组分采用粒径小于75μm的重烧氧化镁9份、轻烧氧化镁1份和粒径小于的100μm建筑石膏5份混合，加入质量比1:20的集料混合均匀后备用。再将液态组分与固态组分按质量比为1:9.31混合均匀得到具有极好流动性的混合料，将混合料倒入70.7mm的立方试模中，采用抹刀刮平后得到冷拌沥青材料试件，采用痕迹法记录乳化沥青破乳时间，自然养护30、60、180min测试强度。

实施例5

本实施例中液态组分采用固含量为50%的阳离子型乳化沥青，加入质量比1：0.1的磷酸二氢铵和1：0.01的硼砂和1：0.001的柠檬酸，混合均匀后备用，固态组分采用粒径小于75μm的重烧氧化镁3份和粒径小于100μm的建筑石膏5份混合，加入质量比1:10的集料混合均匀后备用。再将液态组分与固态组分按质量比为1:7.92混合均匀得到具有较好流动性的混合料，将混合料倒入70.7mm的立方试模中，采用抹刀插捣刮平后得到冷拌沥青材料试件，采用痕迹法记录乳化沥青破乳时间，自然养护30、60、180min测试强度。

实施例6

本实施例中液态组分采用固含量为50%的阳离子型乳化沥青，加入质量比1：0.3的磷酸二氢铵和1：0.03的硼砂和0.001的柠檬酸，混合均匀后备用，固态组分采用粒径小于75μm的重烧氧化镁3份和粒径小于100μm的建筑石膏2份混合，加入质量比1:1.33的集料混合均匀后备用。再将液态组分与固态组分按质量比为1:2.63混合均匀得到具有极好流动性的混合料，将混合料倒入70.7mm的立方试模中，采用抹刀刮平后得到冷拌沥青材料试件，采用痕迹法记录乳化沥青破乳时间，自然养护30、60、180min测试强度。

实施例7

本实施例中液态组分采用固含量为50%的阳离子型乳化沥青，加入质量比1：0.08的磷酸二氢铵和1：0.003的硼砂和1：0.0008的柠檬酸，混合均匀后备用，固态组分采用粒径小于75μm的重烧氧化镁1份和粒径小于100μm的建筑石膏4份混合，加入质量比1:2的集料混合均匀后备用。再将液态组分与固态组分按质量比为1:3.56混合均匀得到具有可塑性的混合料，将混合料倒入70.7mm的立方试模中，采用抹刀压实刮平后得到冷拌沥青材料试件，采用痕迹法记录乳化沥青破乳时间，自然养护30、60、180min测试强度。

实施例8

本实施例中液态组分采用固含量为50%的阳离子型乳化沥青，加入质量比1：0.3的磷酸二氢铵和1：0.03的硼砂和1：0.002的柠檬酸，混合均匀后备用，固态组分采用粒径小于75μm的重烧氧化镁3份和粒径小于100μm的建筑石膏2份混合，无集料掺入，混合均匀后备用。再将液态组分与固态组分按质量比为1:0.75混合均匀得到具有流动性极好的混合料，将混合料倒入70.7mm的立方试模中，混合料可以自流平填充试模，采用抹刀清除表面浮浆后得到冷拌沥青材料试件，采用痕迹法记录乳化沥青破乳时间，自然养护30、60、180min测试强度。

对比例1

本实施例中液态组分采用固含量50%的阳离子乳化沥青，固态组分采用粒径小于100μm不具有活性的石灰石细粉，加入质量比1:10的集料混合均匀后备用。再将液态组分与固态组分按质量比为1:8.8混合均匀得到流动性较好的混合料，将混合料倒入70.7mm的立方试模中，采用抹刀刮平后得到冷拌沥青材料试件，采用痕迹法记录乳化沥青破乳时间，自然养护30、60、180min测试强度。

对比例2

选用山东某工厂生产成品AC-10沥青冷补料，将混合料倒入70.7mm的立方试模中，采用抹刀刮平后得到冷拌沥青材料试件，采用痕迹法记录乳化沥青破乳时间，自然养护30、60、180min测试强度。

常用于冷拌沥青材料制备的乳化沥青还包括阴离子型乳化沥青，其与阳离子型乳化沥青制备原理以及使用方法均相同，仅因为所用乳化剂种类不同而在乳化沥青中带不同电荷。同样可按上述实施例方法拌合冷补沥青材料，功能组分快速反应消耗乳化沥青中的水分，并产生强度提供骨架支撑，也可根据使用需求加入集料，应用于防水场所以及路面修补等场景中，而且阴离子型乳化沥青具有更好的成本优势。但是阴离子型乳化沥青中沥青的微粒表面带有阴离子电荷，而湿润集料表面也带有阴离子电荷，同性相斥的原因，使沥青微粒不能尽快的粘附到集料表面，因此，与阳离子型乳化沥青的粘附效果相比，其与集料的粘附性相对较差，但仍然能够用于制备得到本发明所述冷拌沥青材料，并且能够达到本发明所述技术效果。

二、性能分析

参考《沥青路面坑槽冷补成品料》（JT/T 972-2015）和《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB／T50081-2016）对上述实施例1-7及对比例1-2所得到的冷拌沥青材料进行性能测试，所得结果如表1所示。

表1 实施例和对比例的样品性能测试结果

通过表1分析可知：

①本发明发现，氧化镁、半水石膏和酸式磷酸盐的种类均会对所述冷拌沥青材料的性能产生影响：对比实施例1、实施例2和实施例4的强度可以看出，轻烧氧化镁的活性高于重烧氧化镁，能够快速与液体组分进行反应，当功能组分中有较高轻烧氧化镁比例时，能进一步加快破乳速率形成强度。

②实施例1-8中破乳时间参数均在半小时以内，与对比例1相比破乳时间大幅缩短，最短仅为8min，且破乳时间可以根据调整液态组分中的外加剂用量调整，考虑到施工工序内需要消耗一定时间，所以其完全满足路面快速修补材料的施工要求，由于对比例2中为溶剂型冷补料，所以其并无严格的破乳时间。

③新拌合混合料贯入强度整体都符合JT/T 972-2015中的要求，均在0.5-4.0kg·cm^-2的区间内，说明实施例1-8及对比例1-2中的产品流动性都较好，满足冷补料的施工要求；对比拌合10min、破乳时混合料贯入强度可以看出本发明中功能组分在破乳过程中发生反应，生成具有一定强度的化合物，在体系中起到骨架黏结作用，且反应随时间发展迅速，对比实施例6可以看出，当功能组分比例较高时更为明显；

④将实施例1-8和对比例1-2中的强度进行对比，其中对比实施例1、实施例3和实施例5可以看出，功能组分与集料比例相当时用部分建筑石膏取代重烧氧化镁可以促进早期强度发展；对比实施例4与实施例6可以看出当冷拌沥青材料中功能组分比例较高而集料比例较低时可以得到较高的早期强度；对比例1作为空白对照可以看出通过掺入本发明中产品可以极大促进冷补料早期强度发展，有利于路面修补中尽早开放交通；对比例2中所购商用冷补料则完全依靠嵌挤作用实现坑槽修补，与本发明相比由于自身并无强度，不利于路面修补区域的长期使用。

此外，对固态组分中无集料的冷拌沥青材料防水性能进行试验，将采用实施例8相同配比的浆体材料置于直径10cm左右的杯中，于破乳前采用直径7cm圆柱体插入浆体中成型壁厚约为1.5cm的杯状构造，沥青破乳硬化后取出圆柱体得到杯状试件，再将杯状试件的构造中装满水并封闭，通过观察构造内部的水分变化情况以检验材料的防水性能。经过约30天的观察杯中水量并无明显变化，杯状试件外壁干燥，可以说明本发明沥青材料具有优异的防水性能。由于双组分中的固态组分反应后本身既具有一定的强度，相比于传统的防水材料，本发明能够在满足防水性能的基础上，还具有一定的刚度，满足更多应用场景中的防水需求。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种冷拌沥青材料，其特征在于，包括固态组分和液态组分，液态组分与固态组分的质量比为1:(0.3-15)；

所述固态组分包括氧化镁、半水石膏中的一种或者两者混合物；

所述液态组分包括乳化沥青、酸式磷酸盐和改性剂，其中，乳化沥青固含量为30%-75%，乳化沥青与酸式磷酸盐质量比为1:(0.1-0.5)，改性剂用量为酸式磷酸盐用量的1-10%。

2.根据权利要求1所述冷拌沥青材料，其特征在于，所述氧化镁为轻烧氧化镁、重烧氧化镁中的一种或者两者混合物，粒径小于200μm，氧化镁中粒径小于80μm的质量分数至少为60%。

3.根据权利要求1所述冷拌沥青材料，其特征在于，所述半水石膏为建筑石膏、高强石膏中的一种或者两者混合物，粒径小于100μm。

4.根据权利要求1所述冷拌沥青材料，其特征在于，所述固态组分中还包括集料，所述集料为砂和石子，且固态组分中氧化镁或半水石膏或两者混合物与集料的质量比为1:(0-20)。

5.根据权利要求1所述冷拌沥青材料，其特征在于，当所述固态组分包括氧化镁和半水石膏的混合物时，氧化镁与半水石膏的质量比为1:(0.1-10)。

6.根据权利要求1所述冷拌沥青材料，其特征在于，所述酸式磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠其中一种或者两种以上混合物，改性剂为硼砂或者硼砂和柠檬酸的混合物；当改性剂为硼砂和柠檬酸的混合物时，柠檬酸与硼砂的质量比为1:(50-500)。

7.根据权利要求6所述冷拌沥青材料，其特征在于，所述乳化沥青中固含量为30%-75%。

8.一种冷拌沥青材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1：按照权利要求1-7任一所述冷拌沥青材料进行备料，将固态组分、液态组分分别混合均匀后备用；

步骤2：使用时将固态组分和液态组分混合，搅拌均匀得到所述冷拌沥青材料；

步骤3：将步骤2得到的冷拌沥青材料应在沥青破乳前应用于需要的场所。