CN116514464A

CN116514464A - 一种反光水泥胶浆及反光半柔性路面材料

Info

Publication number: CN116514464A
Application number: CN202310471404.8A
Authority: CN
Inventors: 彭博; 凌天清; 李修磊; 黄强; 李俊丽; 许松; 周子栋
Original assignee: Chongqing Jiaotong University
Current assignee: Chongqing Jiaotong University
Priority date: 2023-04-27
Filing date: 2023-04-27
Publication date: 2023-08-01

Abstract

本发明公开了一种反光水泥胶浆及反光半柔性路面材料，其中，反光水泥胶浆各组分添加量按质量份数计：包括水泥70～95份、玻璃粉5～15份、沸石粉0～15份、减水剂0.3～0.5份，水40～50份。半柔性路面材料包括上述反光水泥胶浆及基体沥青混合料和明色材料，其中明色材料的掺入量为基体沥青混合料的2～4wt％。本发明半柔性路面材料，通过玻璃粉和沸石粉的添加，协同提高了水泥胶浆的反光性能；同时通过明色化铺装进一步提升了基体沥青混合料的反光性能，将该半柔性路面用于隧道时，可以有效减少行车的安全隐患和能源浪费。

Description

一种反光水泥胶浆及反光半柔性路面材料

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种反光水泥胶浆及反光半柔性路面材料。

背景技术

半柔性路面，是一种将水泥浆灌入沥青混合料中，形成的刚柔并济的复合路面材料。相比于传统的沥青路面，半柔性路面具有黏结能力强、高温性能突出、刚度、耐久性以及抗车辙和推挤病害效果更佳的优点。因此，半柔性路面得到了越来越多的应用。

但是，半柔性路面应用于隧道路面时，由于半柔性路面表面主要含有沥青，黑色的沥青混合料具有吸光率强的特点，会将周围照射的光吸收，使得路面亮度降低，容易引起安全隐患和能源浪费。因此，亟需提供一种具有反光性能的半柔性路面，以减少安全隐患和能源浪费。

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反光水泥胶浆及反光半柔性路面材料，解决现有半柔性路面反光性能较差，容易产生安全隐患和能源浪费的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种反光水泥胶浆，各组分添加量按质量份数计：包括水泥70～95份、玻璃粉5～15份、沸石粉0～15份、减水剂0.3～0.5份，水40～50份。

优选，各组分添加量按质量份数计：包括水泥70～80份、玻璃粉10～15份、沸石粉10～15份、减水剂0.4份，水45份。

更优选，各组分添加量按质量份数计：包括水泥70份、玻璃粉15份、沸石粉15份、减水剂0.4份，水45份。

进一步，所述玻璃粉的粒径为0.1～0.2mm，沸石粉的粒径为0.05～0.1mm。

一种反光半柔性路面材料，采用如下方法制作而成：先将基体沥青混合料铺筑成大孔隙基面，然后将明色材料以表面嵌入的方式铺装在基体沥青混合料上，碾压或击实后，常温下养护24h；再将任一所述反光水泥胶浆灌注于基体沥青混合料中，常温下养护24h后即得到反光半柔性路面材料。其中，明色材料的掺入量为基体沥青混合料的2～4wt％。

所述明色材料为粒径4.75～9.5mm的白色石块或废弃玻璃。当明色材料为白色石块时，所述基体沥青混合料的油石比为3.3～3.7％；当明色材料为废弃玻璃时，所述基体沥青混合料的油石比为3.4～3.7％。

所述基体沥青混合料的沥青为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯改性沥青。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供了一种反光水泥胶浆，通过玻璃粉、沸石粉和水泥复配，协同提高水泥胶浆的反光性能；具有原料易得、成本较低，且还实现了废弃玻璃的资源化利用。其中，采用沸石粉除利用其本身白度提升反光性能之外，还可以降低因玻璃粉添加引起的膨胀反应，以及改善因玻璃粉添加导致的泌水和离析问题；此外，沸石粉还能够有效提高水泥浆的和易性，使玻璃粉能够更加均匀的分布在水泥浆内部，使路面反光性能更加均匀。

2、将本发明反光水泥胶浆用于隧道内的半柔性路面，并通过在基体沥青混合料表面嵌入明色材料，进一步提升了半柔性路面的反光性能，反光半柔性路面平均亮度相比传统的AC-13路面提升了4倍左右，反射系数高达0.192。本发明半柔性路面材料采用反光水泥胶浆灌注制得，对于提升路面反光性能、减少安全隐患和能源浪费具有重大意义。

3、本发明还研究了不同明色材料种类、掺入量以及粒径对路面反光性能的影响，从而确定了最佳的明色化铺装方案。

附图说明

图1为本发明实施例1～6反光水泥胶浆和现有水泥胶浆的太阳辐射反射率对比图；

图2为本发明反光半柔性路面的制备流程图；

图3为本发明实施例7-16所得反光半柔性路面材料和对比例传统沥青混合料路面AC-13在隧道模型内的平均照度图；

图4为本发明实施例7-16所得反光半柔性路面材料和对比例传统沥青混合料路面AC-13在隧道模型内的平均亮度图；

图5为本发明实施例7-16所得反光半柔性路面材料和对比例传统沥青混合料路面AC-13在隧道模型内的反射系数图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

本发明中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可通过购买或已知的方法合成。

本发明中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。

一、一种反光水泥胶浆

包括以下组分并按质量份数计：水泥70～95份、玻璃粉5～15份、沸石粉0～15份、减水剂0.3～0.5份，水40～50份。

其中，水泥为水泥灌浆料的主料之一。可以采用本领域常见的水泥，但优选硅酸盐水泥；水泥是反光胶浆力学强度满足要求的重要保障，水泥的加入对反光胶浆力学强度的提高起到了决定性的作用，并且水泥水化后会给粉煤灰的火山灰反应提供很好的碱环境，可以实现资源再利用。

玻璃粉为废弃玻璃或白色石块破碎后研磨得到，原料来源易得，且又实现了废弃玻璃的资源化利用。玻璃粉为明色化材料，但是玻璃中的二氧化硅含量较高，当玻璃被应用于水泥混凝土时，混凝土中的碱与游离的硅反应形成碱硅胶时，会发生如式(1)所示的ASR膨胀反应：

SiO₂+2Na⁺(K⁺)+2OH^—→Na₂(K₂)SiO₃H₂O (1)

使得水泥混凝土的膨胀率过高，路面性能下降。因此，玻璃粉粒径控制在0.1～0.2mm。

沸石是一种框架结构的水合铝硅酸盐矿物，由于其火山灰的性质，被广泛用作补充胶凝材料。不饱和沸石结构能吸收混凝土中的碱性离子并能降低混凝土孔隙溶液的碱度，从而降低ASR膨胀。防止水泥胶浆与沥青混合料交接面之间出现破坏性的嵌挤作用。并且在实验中发现，玻璃粉代替水泥后的水泥胶浆很容易出现泌水和离析的现象，而多孔隙结构的沸石粉具有良好的保水性，可以有效的改善泌水和离析的问题。沸石粉的平均粒径控制在0.05～0.1mm为宜。

减水剂优选聚羧酸。减水剂在用水量不变的条件下，加入适当减水剂，既不影响胶浆的力学性能还能制备出流动性良好的胶浆。同时，胶浆内部的胶凝材料也能更加均匀的分散在浆体中。

二、反光水泥胶浆实施例

实施例1～5和对比例各原料配比如表1所示。

表1实施例1-5反光水泥胶浆和对比例水泥胶浆的原料配比表(重量份数)

实施例	水泥	玻璃粉	沸石粉	水	减水剂	28d膨胀率％
							实施例1	95	5	0	45	0.4	0.012
实施例2	90	10	0	45	0.4	0.05
							实施例3	85	10	5	45	0.4	0.036
实施例4	80	10	10	45	0.4	0.03
							实施例5	70	15	15	45	0.4	0.025
实施例6	90	0	10	45	0.4	/
							对比例	100	0	0	45	0.4	/

所述反光水泥胶浆的制备方法，包括如下步骤：

(1)按配比称好水泥、玻璃粉、沸石粉和减水剂，再倒入搅拌锅内，机器搅拌60s，直至均匀无分层现象。

(2)将称好的水加进已搅拌均匀的胶凝材料搅拌锅内，先人工搅拌约60s，直至均匀无结团现象，再使用机器搅拌60s，得到反光胶浆。

由于半柔性路面材料所需胶浆流动度都很大，直接使用机器搅拌容易出现胶浆飞溅的情况，造成反光胶浆的损失，因此本发明在机器搅拌前，先人工进行搅拌。

由实施例1和实施例2的对比可以看出，随着玻璃粉的增加，水泥胶浆的膨胀率增加；而从实施例2～4的对比可以看出随着沸石粉含量的增加，水泥胶浆的膨胀率逐渐降低，说明沸石粉的加入能够有效抑制玻璃粉添加带来的水泥胶浆膨胀，从而可以防止水泥胶浆与沥青混合料交接面之间出现破坏性的嵌挤作用。

图1为本发明实施例1～6反光水泥胶浆和现有水泥胶浆的太阳辐射反射率对比图(图1中B表示玻璃粉，F表示沸石粉，B和F后的数字为对应物质的添加量)。由图1可知，随着玻璃粉含量的增加，水泥胶浆的反光率逐渐增加。可见，在水泥胶浆中添加玻璃粉后可以显著提高水泥胶浆的反光率，将其应用于半柔性路面时，可以降低隧道行车的安全隐患和不必要的能源浪费。同时实现废弃玻璃的再利用，对于资源换再利用和环境保护均有重大意义。

而当玻璃粉或白色石块含量一定时，随着沸石粉的增加，反光率先下降后增加。发明人分析认为原因可能是：玻璃粉在流动度较大的水泥浆中容易出现分层离析现象，部分玻璃粉并未均匀的分散到水泥浆中，而是沉淀在表面，而沸石粉能够有效提高水泥浆的和易性，使玻璃粉能够更加均匀的分布在水泥浆内部，因此刚开始加入沸石粉时，其反光率反而下降。而沸石粉的白度比较高，随着沸石掺量的增加，使得砂浆的颜色变浅也能起到提升反光率的作用，因此后来随着沸石粉的增加反射率逐渐升高。可见，沸石粉的添加，不仅可以增强水泥胶浆的反光率，还可以增强玻璃粉的和易性，使之能够均匀分散于水泥胶浆中，从而增强路面材料的反光性能。

而单独添加10份沸石粉时，其反射率和单独添加5份玻璃粉的反射率相当，说明玻璃粉的反光性能显著优于沸石粉，再加上选用废弃玻璃作为反光主材，可以实现废弃玻璃的再利用，成本较低，因此本发明反光胶浆主要选用玻璃粉作为反光材料。

三、一种反光半柔性路面材料

参见图2，一种反光半柔性路面材料，其制备方法包括如下步骤：先将基体沥青混合料铺筑成大孔隙基面，然后将明色材料以表面嵌入的方式铺装在基体沥青混合料上，碾压或击实后，常温下养护24h；再将本发明所述反光水泥胶浆灌注于基体沥青混合料中，常温下养护24h后即得到。

其中，明色材料的掺入量为基体沥青混合料的2～4wt％。所述基体沥青混合料的空隙率为20～30％。所述明色材料为粒径为4.75～9.5mm的废弃玻璃块或白色石块。

当明色材料为废弃玻璃块时，所述基体沥青混合料的油石比为3.4～3.7％。考虑到成本因素，优选油石比为3.4％。

当明色材料为白色石块时，所述基体沥青混合料的油石比为3.3～3.7％。考虑到成本因素，优选油石比为3.3％。

四、反光半柔性路面材料实施例

实施例7-16为反光半柔性路面材料的优选实施例，在基体沥青混合料和反光胶浆相同的情况下，实施例7-16明色材料的种类、粒径以及掺入量的对比表如表2所示。

表2明色材料的种类、粒径以及掺入量的对比表

注：S─白色石块；B─废弃玻璃块；A─单一粒径明色材料掺入量为2％；C─单一粒径明色材料掺入量为4％；D─两种粒径明色材料掺入量之和为4％。

五、评价反光半柔性路面材料反光性能

为还原实际隧道工程，本发明在自制简易隧道模型内进行反光性能试验，研究不同反光半柔性路面材料对隧道路面平均亮度、平均照度及其反射系数的影响。实验所用反光半柔性路面材料为实施例7-16所得反光半柔性路面材料和对比例传统沥青混合料路面AC-13。

其中，路面平均照度是指对路面上设点测得或计算得到的各点照度的平均值。照度计算公式如下：

E＝dΦ/dA

式中：E—目标表面上一点处的照度值(lx)；dΦ—包含该点面上的光通量(lm)；dA—该面元面积(m²)

路面平均亮度可通过在路面上预先设定的点上测得的或计算得到的各点亮度的平均值。

亮度计算公式如下：

L＝dΦ/(dA·θ·dΩ)

式中，L—亮度(cd/m²)；dΦ—测试点的光束元在测试方向的立体角元dΩ内传播的光通量(lm)；θ—指测试光束方向与截面法线间的夹角(°)；dA—测试点的光束截面积(m²)；dΩ—测试方向的立方角元(sr)。

反射系数指在入射光线的光谱组成、偏振状态和几何分布指定条件下，反射的光通量与入射光通量之比。能够通过亮度与照度间的换算得到，《照明测量方法》中规定了路面材料为漫反射材料，反射系数的计算式如下：

ρ＝πL/E

ρ—路面反射系数；L—路面的亮度，单位为坎德拉每平方米(cd/㎡)；E—路面的照度，单位为勒克斯(lx)。

1、路面平均照度

图3为实施例7-16所得反光半柔性路面材料和对比例传统沥青混合料路面AC-13在隧道模型内的平均照度图。图3中，(a)为各明色材料半柔性路面材料平均照度图；(b)为玻璃类半柔性路面材料平均照度图；(c)为白色石块类半柔性路面材料平均照度图。

由图3(a)可知，相比于传统AC-13路面材料，本发明各个级配反光半柔性路面材料对隧道内平均照度有明显的提升效果，这与半柔性路面材料自身构造缝中有反光水泥胶浆有一定关系。其中，白色石块类明色材料对平均照度的提升整体略高于玻璃类明色材料，其原因可能是，透明的玻璃块在底色为黑色的沥青混合料上，导致整体颜色依然较黑，光的吸收率依然很大，所以即便是玻璃块拥有更良好的镜面反射表面，但是应用在沥青路面中效果依旧不如白色石块。

由图3(b)可知，玻璃类明色材料随着表面嵌入量的增多，隧道环境内的平均照度提升增大，但是不能明显观察出玻璃类明色材料粒径变化与平均照度变化的关系；

由图3(c)可知，白色石块类明色材料不仅嵌入量增加环境照度会增加，并且随着粒径的增大环境照度也会增加。其原因在于大块的石料相比小块的石料，单位面积内更加光滑，其镜面反射更强。

2、路面平均亮度

图4为实施例7-16所得反光半柔性路面材料和对比例传统沥青混合料路面AC-13在隧道模型内的平均亮度图。图4中，(a)为各明色材料半柔性路面材料平均亮度图；(b)为玻璃类半柔性路面材料平均亮度图；(c)为白色石块类半柔性路面材料平均亮度图。

由图4(a)可知，反光半柔性路面材料对隧道内路面亮度的提升十分明显，白色石块嵌入量为4％，粒径为9.5mm时，反光半柔性路面相比于AC-13路面提升了4倍的平均亮度；玻璃块嵌入量为2％，粒径为4.75mm时，反光半柔性路面平均亮度相对较弱，但相比于AC-13路面平均亮度也提升了3倍左右。此外，根据图4(a)同样可以发现白色石块类明色材料对平均亮度的提升整体略高于玻璃类明色材料。

由图4(b)可知，玻璃类明色材料的平均亮度的变化规律与平均照度相似，随着嵌入量的增加而变大，与粒径关系不明显；

由图4(c)可知，白色石块类明色材料的平均亮度的变化规律与平均照度相似，随着明色材料嵌入量和粒径的增大而增大。

3、路面反射系数

图5为实施例7-16所得反光半柔性路面材料和对比例传统沥青混合料路面AC-13在隧道模型内的反射系数图。由图5可知，反光半柔性路面材料对路面反射系数的提升十分显著，玻璃类反光半柔性路面材料当玻璃嵌入量为4％、粒径为9.5mm时，路面的反光系数由AC-13的0.048提升到0.156；而对于白色石块类反光半柔性路面材料当嵌入量为4％、粒径为9.5mm时，反射系数可以高达0.192。变化规律与平均照度和平均亮度一致，路面材料的反光系数与明色材料的嵌入量成正比，并且明色材料的粒径越大，路面相对更加平滑，因此反射系数更高。

综上，采用本发明反光半柔性路面材料进行隧道内路面铺装，可以显著提高路面的照度、亮度和反射系数，对于提高隧道内路面的反光性能，减少安全隐患和节约能源具有重大意义。

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

1.一种反光水泥胶浆，其特征在于，各组分添加量按质量份数计：包括水泥70～95份、玻璃粉5～15份、沸石粉0～15份、减水剂0.3～0.5份，水40～50份。

2.根据权利要求1所述反光水泥胶浆，其特征在于，各组分添加量按质量份数计：包括水泥70～80份、玻璃粉10～15份、沸石粉10～15份、减水剂0.4份，水45份。

3.根据权利要求1所述反光水泥胶浆，其特征在于，各组分添加量按质量份数计：包括水泥70份、玻璃粉15份、沸石粉15份、减水剂0.4份，水45份。

4.根据权利要求1所述反光水泥胶浆，其特征在于，所述玻璃粉的粒径为0.1～0.2mm，沸石粉的粒径为0.05～0.1mm。

5.一种反光半柔性路面材料，其特征在于，采用如下方法制作而成：先将基体沥青混合料铺筑成大孔隙基面，然后将明色材料以表面嵌入的方式铺装在基体沥青混合料上，碾压或击实后，常温下养护24h；再将权利要求1～4任一所述反光水泥胶浆灌注于基体沥青混合料中，常温下养护24h后即得到反光半柔性路面材料。

6.根据权利要求5所述反光半柔性路面材料，其特征在于，其中，明色材料的掺入量为基体沥青混合料的2～4wt％。

7.根据权利要求5所述反光半柔性路面材料，其特征在于，所述明色材料为粒径4.75～9.5mm的白色石块或废弃玻璃。

8.根据权利要求7所述反光半柔性路面材料，其特征在于，当明色材料为白色石块时，所述基体沥青混合料的油石比为3.3～3.7％；当明色材料为废弃玻璃时，所述基体沥青混合料的油石比为3.4～3.7％。

9.根据权利要求5所述反光半柔性路面材料，其特征在于，所述基体沥青混合料的沥青为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯改性沥青。