本發(fā)屬于明公路養(yǎng)護領(lǐng)域，涉及霧封層材料，具體涉及一種瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
瀝青路面因其具有行車舒適性好、施工方便、養(yǎng)護維修簡單以及噪音小等優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用于我國高等級路面的建設(shè)。然而，當瀝青路面開放交通后，在復(fù)雜的自然因素及大量的行車荷載作用下，會逐步出現(xiàn)輕微疲勞龜裂、微裂縫、集料松散、抗?jié)B和抗滑性能下降等病害，造成路面功能性破壞。如果不及時加以處理，路面表面的水會通過微裂縫滲入瀝青路面結(jié)構(gòu)層中，導(dǎo)致路面整體結(jié)構(gòu)的降低，加速瀝青路面結(jié)構(gòu)性破壞。因此，不僅將大幅提高瀝青路面中后期養(yǎng)護的難度與成本，而且會縮短瀝青路面的使用壽命。鑒于以上原因，近年來預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)迅速發(fā)展，并在工程中得到廣泛應(yīng)用。
霧封層技術(shù)由于具有施工效率高，路表功能恢復(fù)快等優(yōu)勢，現(xiàn)已發(fā)展成為預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)中重要的一種。該技術(shù)可補充瀝青混合料中被磨耗掉的瀝青結(jié)合料，填充細縫，固鎖骨料，還原被氧化的瀝青，并推遲原有瀝青的老化，恢復(fù)路面功能性，具有施工簡便，養(yǎng)護效果明顯，改善視覺效果等一系列特點。但目前普遍使用的霧封層材料存在防滲水作用不理想，抗滑性能較低，粘結(jié)力不強，耐磨耗性能較差等缺陷，在車輛荷載作用下各項功能下降明顯，因此導(dǎo)致預(yù)養(yǎng)護效果的耐久性不佳，不能顯著延長瀝青路面的養(yǎng)護周期?；诖耍景l(fā)明將提供一種瀝青路面用耐久型高抗?jié)B的霧封層材料，大幅提升霧封層的路用性能與養(yǎng)護效果。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料及其制備方法，該材料可對出現(xiàn)早期病害的路面進行表面修復(fù)，具有耐磨耗，高抗滑性能，高抗?jié)B和抗裂性能等技術(shù)特性，可有效提高瀝青路面預(yù)養(yǎng)護效果，延長瀝青路面的養(yǎng)護周期和使用壽命。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
一種瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料，由乳狀組合物和砂混合制成，乳狀組合物和砂的重量比為1：(0.25～0.44)；所述的乳狀組合物，以重量分數(shù)計，由以下原料組成：SBS改性乳化瀝青為35％～42％，碳納米管為5％～6.5％，玻璃鱗片為14％～16％，苯丙乳液為11％～17.7％，水性氟碳樹脂為10％～13％，偶聯(lián)劑為4.8％～6％，丙烯酸酯嵌段聚合物分散劑為1.2％～2.2％，余量為水，原料的重量百分數(shù)之和為100％。
本發(fā)明還具有如下區(qū)別技術(shù)特征：
所述的碳納米管為羧基化雙壁碳納米管，管徑為2～4nm，長度為40～50μm，羧基重量百分率為2.58％。
所述的苯丙乳液為環(huán)氧樹脂改性苯丙乳液。
所述的砂為粒徑0.15～0.6mm的鎢礦尾砂。
所述的水性氟碳樹脂為由三氟氯乙烯單體與非氟烯烴單體經(jīng)乳液聚合而成的共聚乳液，氟含量為12±1％，固含量為43±2％，最低成膜溫度為11±2℃。
所述的偶聯(lián)劑由鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋯酸酯偶聯(lián)劑按4：6的質(zhì)量比配制而成。
所述的丙烯酸酯嵌段聚合物分散劑為黃色透明液體，固含量大于等于85％。
一種瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料的制備方法，該方法采用如上所述的瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料，具體包括以下步驟：
步驟一，按照原料及其質(zhì)量百分比選擇原料；
步驟二，將SBS改性乳化瀝青加熱到60℃后依次加入碳納米管和丙烯酸酯嵌段聚合物分散劑，用高速剪切乳化機在4000rpm的剪切速率下剪切30分鐘得到混合物A；
步驟三，將鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋯酸酯偶聯(lián)劑按4：6的質(zhì)量比配制成復(fù)配的偶聯(lián)劑溶液B，再將玻璃鱗片倒入溶液B中攪拌均勻然后靜置2小時，烘干后得到混合物C；
步驟四，將混合物C和備好的苯丙乳液以及水性氟碳樹脂倒入容器中，均勻攪拌10分鐘，得到混合物D；
步驟五，將混合物D倒入裝有混合物A的容器中，均勻攪拌15分鐘，得到組合物E，E即為上述乳狀組合物；
步驟六，將乳狀組合物與稱得的砂充分攪拌，均勻混合，即可得到瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果：
(Ⅰ)碳納米管作為一種新型納米材料，具有出色的力學(xué)性能，其抗拉強度為鋼的100倍，彈性模量可達1TPa，與金剛石相當，同時材料還具有極高的韌性。將其摻加于霧封層材料中，可顯著提高材料的韌性，有效改善混合料的高低溫性能。另外，碳納米管由于具有獨特的多孔和空心結(jié)構(gòu)，較大的比表面積，具有優(yōu)異的吸附性能。本發(fā)明所采用的羧基化雙壁碳納米管與SBS改性乳化瀝青有良好的親和性，可對乳化劑和分散劑等外加劑產(chǎn)生穩(wěn)定吸附，保證了碳納米管在乳化瀝青內(nèi)的均勻分散。因此，所制備的霧封層材料在瀝青路面表面可形成一層均勻的強化層，提高路面抵抗表面破壞與耐磨耗性能，整體表現(xiàn)為路面的功能性與耐久性顯著提升。
(Ⅱ)環(huán)氧樹脂改性的苯丙乳液不僅保持了苯丙乳液的耐候性、分散性好等特點，并具有強度高、耐腐蝕、附著力強等優(yōu)勢，可將玻璃鱗片通過強大的粘結(jié)力黏合在一起，大幅提高SBS改性乳化瀝青與玻璃鱗片的粘結(jié)性能，改善其成膜作用，抑制玻璃鱗片松散現(xiàn)象的發(fā)生，使材料的抗?jié)B性、耐磨耗性能大幅增強。同時，水性氟碳樹脂的引入可以與苯丙乳液發(fā)生適度交聯(lián)，大幅提高霧封層材料的成膜性、粘結(jié)性與機械強度，使霧封層材料與瀝青路面上面層緊密粘結(jié)，使霧封層與砂不易脫落，從而提高了材料的耐磨耗性能。另外，氟碳鍵的引入能大幅改善SBS改性乳化瀝青與苯丙乳液的抗紫外老化性能，使得霧封層材料的耐候性及耐侵蝕性得以大幅提升。
(Ⅲ)玻璃鱗片縱橫比高達30～120，扁平的玻璃鱗片在材料中呈平行重疊排列的宮式結(jié)構(gòu)，不僅能形成致密的防滲層結(jié)構(gòu)，而且碳納米管均勻分散于宮式結(jié)構(gòu)內(nèi)部，可對其形成的平行曲折結(jié)構(gòu)進行加密補強，改善結(jié)構(gòu)的均勻性，有效緩解固化收縮過程中粘結(jié)界面的殘余應(yīng)力。所以待乳化瀝青破乳后可形成一層經(jīng)過多層次雜化改性的強化薄膜，更進一步提高了霧封層材料的強度和抗變形能力，兼具有機和無機增韌的雙重優(yōu)點，使霧封層具有出色的抗?jié)B和抗裂性能，可顯著延緩瀝青路面的水損害，延長瀝青路面的使用壽命。
(Ⅳ)本發(fā)明經(jīng)過大量的研究和實驗，結(jié)果表明，將本發(fā)明制備的材料應(yīng)用于出現(xiàn)早期病害的瀝青路面霧封層，可對出現(xiàn)早期病害的路面進行表面修復(fù)，使路面保持優(yōu)良的抗滑性能。材料具有高抗?jié)B性，可有效抑制水滲透到瀝青路面的微裂縫中，防止路面早期結(jié)構(gòu)性破壞。同時，材料的耐磨耗性能突出，顯著提高了瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護效果，延長了瀝青路面的養(yǎng)護周期和使用壽命。
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體內(nèi)容作進一步詳細解釋說明。
具體實施方式
以下給出本發(fā)明的具體實施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實施例，凡在本申請技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護范圍。
對比例1：碳納米管改性霧封層材料
本對比例給出一種碳納米管改性霧封層材料，其由乳狀組合物和砂均勻混合而成，其對應(yīng)重量比為1：0.44。
其中，乳狀組合物以質(zhì)量分數(shù)計，由以下原料組成：42.0％SBS改性乳化瀝青，6.5％碳納米管，17％苯丙乳液，2％丙烯酸酯嵌段聚合物分散劑，32.5％水，質(zhì)量百分數(shù)之和為100％。
本對比例的性能測試結(jié)果參見表1至表3。
對比例2：玻璃鱗片改性霧封層材料
本對比例給出一種玻璃鱗片改性霧封層材料，其由乳狀組合物和砂均勻混合而成，其對應(yīng)重量比為1：0.44。
其中，乳狀組合物以質(zhì)量分數(shù)計，由以下原料組成：42.0％SBS改性乳化瀝青，15.0％玻璃鱗片，15％苯丙乳液，5％偶聯(lián)劑，23％水，質(zhì)量百分數(shù)之和為100％。
本對比例的性能測試結(jié)果參見表1至表3。
對比例3：苯丙乳液改性霧封層材料
本對比例給出一種苯丙乳液改性霧封層材料，其由乳狀組合物和砂均勻混合而成，其對應(yīng)重量比為1：0.44。
其中，乳狀組合物以質(zhì)量分數(shù)計，由以下原料組成：42.0％SBS改性乳化瀝青，15％苯丙乳液，12％水性氟碳樹脂，2％丙烯酸酯嵌段聚合物分散劑，29％水，質(zhì)量百分數(shù)之和為100％。
本對比例的性能測試結(jié)果參見表1至表3。
實施例1：
本實施例給出一種瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料，由乳狀組合物和砂混合制成，乳狀組合物和砂的重量比為1：0.44；所述的乳狀組合物，以重量分數(shù)計，由以下原料組成：SBS改性乳化瀝青為35％，碳納米管為5％，玻璃鱗片為16.0％，苯丙乳液為17.7％，水性氟碳樹脂為10％，偶聯(lián)劑為6％，丙烯酸酯嵌段聚合物分散劑為1.2％，水為9.1％。
其中，碳納米管為羧基化雙壁碳納米管，管徑為2～4nm，長度為40～50μm，羧基重量百分率為2.58％。
苯丙乳液為環(huán)氧樹脂改性苯丙乳液。
砂為粒徑0.15～0.6mm的鎢礦尾砂。
水性氟碳樹脂為由三氟氯乙烯單體與非氟烯烴單體經(jīng)乳液聚合而成的共聚乳液，氟含量為12±1％，固含量為43±2％，最低成膜溫度為11±2℃。
偶聯(lián)劑由鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋯酸酯偶聯(lián)劑按4：6的質(zhì)量比配制而成。
丙烯酸酯嵌段聚合物分散劑為黃色透明液體，固含量大于等于85％。
本實施例的瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟一，按照原料及其質(zhì)量百分比選擇原料；
步驟二，將SBS改性乳化瀝青加熱到60℃后依次加入碳納米管和丙烯酸酯嵌段聚合物分散劑，用高速剪切乳化機在4000rpm的剪切速率下剪切30分鐘得到混合物A；
步驟三，將鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋯酸酯偶聯(lián)劑按4：6的質(zhì)量比配制成復(fù)配的偶聯(lián)劑溶液B，再將玻璃鱗片倒入溶液B中攪拌均勻然后靜置2小時，烘干后得到混合物C；
步驟四，將混合物C和備好的苯丙乳液以及水性氟碳樹脂倒入容器中，均勻攪拌10分鐘，得到混合物D；
步驟五，將混合物D倒入裝有混合物A的容器中，均勻攪拌15分鐘，得到組合物E，E即為上述乳狀組合物；
步驟六，將乳狀組合物與稱得的砂充分攪拌，均勻混合，即可得到瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料。
本實施例的性能測試結(jié)果參見表1至表3。
實施例2：
本實施例給出一種瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料，由乳狀組合物和砂混合制成，乳狀組合物和砂的重量比為1：0.40；所述的乳狀組合物，以重量分數(shù)計，由以下原料組成：SBS改性乳化瀝青為38％，碳納米管為5.6％，玻璃鱗片為15.0％，苯丙乳液為13.0％，水性氟碳樹脂為13％，偶聯(lián)劑為4.8％，丙烯酸酯嵌段聚合物分散劑為2％，水為8.6％。
其中，本實施例中對各組分的優(yōu)選要求與實施例1相同。
本實施例的瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料的制備方法與實施例1基本相同。
本實施例的性能測試結(jié)果參見表1至表3。
實施例3：
本實施例給出一種瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料，由乳狀組合物和砂混合制成，乳狀組合物和砂的重量比為1：0.40；所述的乳狀組合物，以重量分數(shù)計，由以下原料組成：SBS改性乳化瀝青為40.0％，碳納米管為6.0％，玻璃鱗片為14.3％，苯丙乳液為12.7％，水性氟碳樹脂為11.0％，偶聯(lián)劑為5.0％，丙烯酸酯嵌段聚合物分散劑為2.2％，水為8.8％。
其中，本實施例中對各組分的優(yōu)選要求與實施例1相同。
本實施例的瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料的制備方法與實施例1基本相同。
本實施例的性能測試結(jié)果參見表1至表3。
實施例4：
本實施例給出一種瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料，由乳狀組合物和砂混合制成，乳狀組合物和砂的重量比為1：0.30；所述的乳狀組合物，以重量分數(shù)計，由以下原料組成：SBS改性乳化瀝青為42.0％，碳納米管為6.5％，玻璃鱗片為14％，苯丙乳液為11％，水性氟碳樹脂為12.5％，偶聯(lián)劑為5.5％，丙烯酸酯嵌段聚合物分散劑為1.5％，水為7.0％。
其中，本實施例中對各組分的優(yōu)選要求與實施例1相同。
本實施例的瀝青路面用耐久型高抗?jié)B霧封層材料的制備方法與實施例1基本相同。
本實施例的性能測試結(jié)果參見表1至表3。
性能測試：
下面將對比例1～3和實施例1～4的樣品進行性能測試。
(1)摩擦系數(shù)、滲透系數(shù)檢測：
先根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG E60-2008)規(guī)定的擺式摩擦系數(shù)測定儀方法對同一瀝青路面路段劃分出7塊不同區(qū)域進行摩擦系數(shù)檢測。每塊區(qū)域檢測6處。
將制備好的對比例1～3和實施例1～4的樣品通過霧化撒布機分別均勻噴灑到經(jīng)清掃的上述4塊不同區(qū)域的瀝青路面上。其中，撒布量為0.3～0.5kg/m2，自然干燥4h，現(xiàn)場環(huán)境溫度為20℃。隨后采用同樣的方法對撒布后各區(qū)域進行摩擦系數(shù)檢測，各區(qū)域檢測6處。摩擦系數(shù)檢測結(jié)果見表1。
滲水系數(shù)檢測采用滲水儀，根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTGE60-2008)規(guī)定的瀝青路面滲水系數(shù)測定方法，對撒布后的區(qū)域進行試驗，每塊區(qū)域各檢測6次，滲水系數(shù)檢測結(jié)果見表2。
(2)馬歇爾穩(wěn)定度測試：
按瀝青：礦粉：碎石重量比為4.2：8.3：87.5的配比，混合料級配類型為AC-13，用馬歇爾擊實儀成型24個馬歇爾試件，平均分為8組。其中一組為基準組，其余7組各自分別用對比例1～3和實施例1～4的霧封層材料噴涂其全表面積，噴涂量為0.3～0.5kg/m2，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)對各組試件的穩(wěn)定度進行測試，試驗結(jié)果見表3。
如表1所示，本發(fā)明霧封層材料實施例1～4應(yīng)用于瀝青路面霧封層養(yǎng)護，可大幅提高路面的抗滑性能，確保行車安全性，雖然對比例1～3也能提高路面的摩擦系數(shù)，但是相比于實施例來講幅度較小。如表2所示，實施例1～4的抗?jié)B性能突出，基本是不滲水的，可有效抑制水分滲透到瀝青路面結(jié)構(gòu)中，防止瀝青路面早期的水損害導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性破壞；對于對比例來講，對比例2的抗?jié)B性能最好，但相比于實施例1～4來講抗?jié)B性能仍略有不足。如表3所示，均勻噴灑實施例1～4的霧封層材料后，馬歇爾試件的穩(wěn)定度都有明顯上升，說明其對瀝青混合料表面有增強作用，因此可提高瀝青路面的抗裂性能；而噴灑對比例1～3后，穩(wěn)定度提升幅度很小?？傮w來看，對比例1～3雖然也能一定程度的恢復(fù)路表功能，但是效果一般，而本發(fā)明提供的實施例1～4在碳納米管、玻璃鱗片、苯丙乳液和水性氟碳樹脂的協(xié)同作用下，大幅度提高了瀝青路面養(yǎng)護效果，可明顯延長瀝青的養(yǎng)護周期和使用壽命，充分體現(xiàn)了其優(yōu)越性。
表1樣品撒布前后路面摩擦系數(shù)測試結(jié)果
表2樣品撒布后滲水系數(shù)檢測結(jié)果
表3噴灑樣品前后馬歇爾試件穩(wěn)定度測試結(jié)果