本发明属于公路养护领域，具体涉及一种乳化沥青及制备方法、稳定耐久型水泥路面稀浆封层下封层及其制备方法。
背景技术：
水泥路面因其优异的承载能力和耐久性能，广泛应用于诸如城市停车场、公交车站及高速公路收费站等承受静载的场合，以及交通量大和交通轴载重的我国沿海发达地区。但是，实际应用发现，由于外界气候和车辆荷载等因素，水泥路面常常出现板面裂缝、拱起、断板及唧浆等病害，严重降低了水泥路面的通行能力和服务水平，并带来了恶劣的社会影响。如何有效地防止或减轻水泥路面上述病害，延长病害出现的时间及水泥路面服务寿命，成为各道路从业人员亟待解决的问题。在水泥路面结构中增设稳定耐久的下封层是解决上述水泥路面病害的措施之一，目前实际工程中常常采用基质和sbr改性乳化沥青稀浆封层，二者表现出以下不足：①强度相对不足，不能够有效地传递车辆荷载；②高温和感温性能相对不足，满足不了严酷气候条件对材料性能的要求；③抗动水冲刷性能相对不足。在车辆荷载的作用下，沿水泥路面板接缝渗入的大气降水将成为有压水，从而造成封层自身的水损害，使其丧失支承、封水和隔离功能。尤其在诸如多雨、降水集中等特殊地区，封层水损害已成为水泥路面十分突出的问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种乳化沥青及制备方法、稳定耐久型水泥路面稀浆封层下封层及其制备方法，解决了现有水泥路面封层强度、高温性能、感温性能和抗动水冲刷性能不足的问题，有效保证了封层的防水和隔离功能。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明提供的一种乳化沥青，所述乳化沥青为阳离子型乳化沥青，且由原料制备而成，所述原料包括sbr改性乳化沥青、水性环氧树脂和水性环氧固化剂，其中，sbr改性乳化沥青占原料总质量的(94～98)％，水性环氧树脂和水性环氧固化剂占原料总质量的(2～6)％，且水性环氧树脂和水性环氧固化剂的质量比为1：(0.8～1.2)。优选地，按质量份计，sbr改性乳化沥青由100份的水、173～187份的沥青、8～11份的ph调节试剂、4.5～5.8份的乳化剂、0.1～1.4份的无机稳定剂、0.4～0.9份的有机稳定剂和8.6～11.5份的sbr胶乳制备而成。优选地，sbr改性乳化沥青的制备方法包括以下步骤：步骤一，按质量份计，称取100份的水、173～187份的沥青、8～11份的ph调节试剂、4.5～5.8份的乳化剂、0.1～1.4份的无机稳定剂、0.4～0.9份的有机稳定剂和8.6～11.5份的sbr胶乳；步骤二，将步骤一所称取的有机稳定剂溶解于水中，形成透明均匀的有机稳定剂溶液；步骤三，将步骤二中所得的有机稳定剂溶液加热至50～60℃，并依次添加步骤一所称取的无机稳定剂、乳化剂和sbr胶乳，搅拌均匀得到溶液体系；步骤四，向步骤三中所得的溶液体系中加入步骤一所称取的ph调节试剂；步骤五：预热胶体磨，并将步骤四得到的溶液体系加热，之后注入预热后的胶体磨中，启动胶体磨并开始往胶体磨内注入步骤一所称取的沥青，沥青添加完毕后，待胶体磨循环10～30s后，得到sbr改性乳化沥青；其中，所述沥青的温度为130～140℃。一种权利要求1-3中任一项所述的乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：步骤一：称取原料，原料包括sbr改性乳化沥青、水性环氧树脂和水性环氧固化剂，其中，sbr改性乳化沥青占原料总质量的(94～98)％，水性环氧树脂和水性环氧固化剂占原料总质量的(2～6)％，且水性环氧树脂和水性环氧固化剂的质量比为1：(0.8～1.2)；步骤二，将步骤一所称取的水性环氧树脂和水性环氧固化剂添加入步骤一所称取的sbr改性乳化沥青中，并采用外掺法制备得到所需的乳化沥青。一种稳定耐久型水泥路面稀浆封层下封层，包括已成型的半刚性基层下承层，已成型的半刚性基层下承层上摊铺有稀浆封层混合料，其中，按质量份计，稀浆封层混合料由99份的矿料、1份的水泥、10～15份的由权利要求1-3中任一项制备得到的乳化沥青和8～10份的水制备而成。优选地，所述矿料包括细集料和矿粉，所述细集料和矿粉质量比为85:14。优选地，稀浆封层混合料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，按质量份计，称取99份的矿料、1份的水泥、10～15份的乳化沥青和8～10份的水；同时，将称取所得的99份的矿料和1份水泥进行搅拌均匀，得到混合物；步骤二，将步骤一称取所得的8～10份的水加入到上述混合物中进行搅拌均匀，然后再加入步骤一称取所得的10～15份的乳化沥青进行搅拌，得到稀浆封层混合料。一种稳定耐久型水泥路面稀浆封层下封层的制备方法，包括以下步骤：步骤一，按质量份计，称取99份的矿料、1份的水泥、10～15份的由权利要求1-3中任一项制备得到的乳化沥青和8～10份的水；同时，将称取所得的99份的矿料和1份水泥进行搅拌均匀，得到混合物；步骤二，将步骤一称取所得的8～10份的水加入到上述混合物中进行搅拌均匀，然后再加入步骤一称取所得的10～15份的乳化沥青进行搅拌，得到稀浆封层混合料；步骤三，将步骤二中所得的稀浆封层混合料摊铺在已成型的半刚性基层下承层，形成稀浆封层下封层。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种乳化沥青，采用的乳化沥青为阳离子型乳化沥青，该乳化沥青具有与集料良好的粘结性能，同时具有足够强度、高温性能、感温性能和优良的防动水冲刷性能。进一步的，本发明采用水性环氧树脂和sbr胶乳对乳化沥青进行复合改性，二者改性剂发挥互补优势，使改性后的乳化沥青性能明显优于基质乳化沥青和sbr单一改性乳化沥青，扩大了乳化沥青的使用场合及环境范围。进一步的，将乳化沥青应用于水泥路面稀浆封层下封层，显著增强了稀浆封层混合料的抗动水冲刷能力，具有优异的稳定耐久性能，同时将带来良好的经济和社会效益。进一步的，本发明采用的水性环氧树脂经化学接枝反应制备而成，采用的固化剂为一种环氧-多胺加成物分散体，二者固化后可形成致密的三维网状薄膜，其将包裹束缚沥青微粒，赋予乳化沥青优异的高温性能和低温性能，显著增强了其温度稳定性。本发明还提供了一种稳定耐久型水泥路面稀浆封层下封层的制备方法，本发明采用外掺法自制的乳化沥青为阳离子型乳化沥青，具有与集料良好的黏附性能，将其应用于水泥路面稀浆封层下封层，显著增强了稀浆封层混合料的抗动水冲刷能力，具有优异的稳定耐久性能；同时，本发明制备的稀浆封层下封层具有足够的强度，显著增强了其传递车辆荷载的能力；同时，本发明制备的稀浆封层下封层具有与半刚性基层良好的粘结性能，增强了稀浆封层下封层与半刚性基层层间的接触状态，利于水泥路面结构的受力。附图说明图1是本发明的动水冲刷试验结果图。具体实施方式本发明提供一种乳化沥青及制备方法、稳定耐久型水泥路面稀浆封层下封层及其制备方法，以解决现有技术中稀浆封层强度、高温和感温性能及防动水冲刷性能不足的问题。本发明提供的一种稳定耐久型水泥路面稀浆封层下封层，是由在已成型的半刚性基层下承层上摊铺的稀浆封层混合料凝固形成，其中，按质量份计，稀浆封层混合料由99份的矿料、1份的水泥、10～15份的由权利要求1制备得到的乳化沥青和8～10份的水制备而成。所述乳化沥青为阳离子型乳化沥青，且由原料制备而成，所述原料包括sbr改性乳化沥青、水性环氧树脂和水性环氧固化剂，其中，sbr改性乳化沥青占原料总质量的(94～98)％，水性环氧树脂和水性环氧固化剂占原料总质量的(2～6)％，且水性环氧树脂和水性环氧固化剂的质量比为1：(0.8～1.2)。按质量份计，sbr改性乳化沥青由100份的水、173～187份的沥青、8～11份的ph调节试剂、4.5～5.8份的乳化剂、0.1～1.4份的无机稳定剂、0.4～0.9份的有机稳定剂和8.6～11.5份的sbr胶乳制备而成。一种乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：步骤一：称取原料，所述原料包括sbr改性乳化沥青、水性环氧树脂和水性环氧固化剂，其中，sbr改性乳化沥青占原料总质量的(94～98)％，水性环氧树脂和水性环氧固化剂占原料总质量的(2～6)％，且水性环氧树脂和水性环氧固化剂的质量比为1：(0.8～1.2)；步骤二，将步骤一所称取的水性环氧树脂和水性环氧固化剂添加入步骤一所称取的sbr改性乳化沥青中，并采用外掺法制备得到所需的乳化沥青。sbr改性乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：步骤一，按质量份计，称取100份的水、173～187份的沥青、8～11份的ph调节试剂、4.5～5.8份的乳化剂、0.1～1.4份的无机稳定剂、0.4～0.9份的有机稳定剂和8.6～11.5份的sbr胶乳；步骤二，将步骤一所称取的有机稳定剂溶解于水中，形成透明均匀的有机稳定剂溶液；步骤三，将步骤二中所得的有机稳定剂溶液加热至50～60℃，并依次添加步骤一所称取的无机稳定剂、乳化剂和sbr胶乳，搅拌均匀得到溶液体系；步骤四，向步骤三中所得的溶液体系中加入步骤一所称取的ph调节试剂；步骤五：预热胶体磨，并将步骤四得到的溶液体系加热，之后注入预热后的胶体磨中，启动胶体磨并开始往胶体磨内注入步骤一所称取的沥青，沥青添加完毕后，待胶体磨循环10～30s后，得到sbr改性乳化沥青；其中，所述沥青的温度为130～140℃。一种稳定耐久型水泥路面稀浆封层下封层的制备方法，包括以下步骤：步骤一，按质量份计，称取99份的矿料、1份的水泥、10～15份的由上述方法制备所得的乳化沥青和8～10份的水；同时，将称取所得的99份的矿料和1份水泥进行搅拌均匀，得到混合物；步骤二，将步骤一称取所得的8～10份的水加入到上述混合物中进行搅拌均匀，然后再加入步骤一称取所得的10～15份的乳化沥青进行搅拌，得到稀浆封层混合料；步骤三，将步骤二中所得的稀浆封层混合料摊铺在已成型的半刚性基层下承层，形成稀浆封层下封层。本发明中所用的原材料具有以下特征：所述矿料包括细集料和矿粉，且二者质量比为细集料：矿粉＝85:14。所述细集料岩性为石灰岩，矿粉为石灰岩矿粉，水泥为普通硅酸盐水泥p.o42.5。所述沥青为昆仑90#基质沥青，进一步地，其含蜡量小于2％。所述乳化剂为阳离子型乳化剂，进一步地，其为慢裂快凝型脂肪胺类乳化剂。所述ph调节试剂为稀盐酸，浓度为48％。所述无机稳定剂为化学试剂nh4cl，有机稳定剂为化学试剂聚乙烯醇pva。所述sbr胶乳为阳离子型丁苯胶乳，进一步地，其固含量为60％。所述水性环氧树脂为经化学接枝反应制备而成，具有亲水能力和纯环氧树脂的特性，进一步地，其树脂含量为60％，环氧当量为180～230g/mol。所述水性环氧固化剂为一种环氧-多胺加成物分散体，侧链带有疏水烷基长链，进一步地，其树脂含量为45％，胺值为220～280mgkoh/g。所述稀浆封层下封层摊铺厚度1cm，矿料和水泥总用量为1.9kg/m2。本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：(ⅰ)本发明采用水性环氧树脂和sbr胶乳对乳化沥青进行复合改性，二者改性剂发挥互补优势，使改性后的乳化沥青性能明显优于基质乳化沥青和sbr单一改性乳化沥青，扩大了乳化沥青的使用场合及环境范围。(ⅱ)本发明采用外掺法自制的水性环氧树脂-sbr复合改性乳化沥青为阳离子型乳化沥青，具有与集料良好的黏附性能，将其应用于水泥路面稀浆封层下封层，显著增强了稀浆封层混合料的抗动水冲刷能力，具有优异的稳定耐久性能。(ⅲ)本发明采用的水性环氧树脂经化学接枝反应制备而成，采用的固化剂为一种环氧-多胺加成物分散体，二者固化后可形成致密的三维网状薄膜，其将包裹束缚沥青微粒，赋予乳化沥青优异的高温性能和低温性能，显著增强了其温度稳定性。(ⅳ)本发明制备的稀浆封层下封层具有足够的强度，显著增强了其传递车辆荷载的能力。(ⅴ)本发明制备的稀浆封层下封层具有与半刚性基层良好的粘结性能，增强了稀浆封层下封层与半刚性基层层间的接触状态，利于水泥路面结构的受力。为了更好地阐述本发明，依据上述具体步骤，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均在本发明的保护范围之内。实施例1：本实施例提供的一种乳化沥青，所述乳化沥青为阳离子型乳化沥青，且由原料制备而成，所述原料包括sbr改性乳化沥青、水性环氧树脂和水性环氧固化剂，其中，sbr改性乳化沥青占原料总质量的94％，水性环氧树脂和水性环氧固化剂占原料总质量的2％，且水性环氧树脂和水性环氧固化剂的质量比为1：0.8。按质量份计，sbr改性乳化沥青由100份的水、173份的沥青、8份的ph调节试剂、4.5份的乳化剂、0.1份的无机稳定剂、0.49份的有机稳定剂和8.6份的sbr胶乳制备而成。sbr改性乳化沥青的制备方法包括以下步骤：步骤一，按质量份计，称取100份的水、173份的沥青、8份的ph调节试剂、4.5份的乳化剂、0.1份的无机稳定剂、0.4份的有机稳定剂和8.6份的sbr胶乳；步骤二，将0.4份的有机稳定剂溶解于25～30℃的100份水中，形成透明均匀的有机稳定剂溶液；步骤三，将步骤二中所得的有机稳定剂溶液加热至50～60℃，并依次添加0.1份的无机稳定剂、4.5份的乳化剂和8.6份的sbr胶乳，搅拌均匀得到溶液体系；步骤四，采用数显酸度计测定步骤二所得液体系的ph，添加8份的ph调节试剂，即为制备完成的皂液；步骤五：向胶体磨内注入开水并开启胶体磨，以预热胶体磨，预热胶体磨后关闭胶体磨并排尽其内部的水；步骤六：将步骤四得到的皂液加热至50～60℃后注入步骤四预热后的胶体磨，启动胶体磨并开始往胶体磨内注入130～140℃的173份沥青，沥青添加完毕后，待胶体磨循环10～30s后，关闭胶体磨，并排出沥青乳液，即为sbr改性乳化沥青。一种乳化沥青的制备方法，包括以下步骤：步骤一：称取原料，原料包括制备所得的sbr改性乳化沥青、水性环氧树脂和水性环氧固化剂，其中，sbr改性乳化沥青占原料总质量的94％，水性环氧树脂和水性环氧固化剂占原料总质量的2％，且水性环氧树脂和水性环氧固化剂的质量比为1：0.8；步骤二，将步骤一所称取的水性环氧树脂和水性环氧固化剂添加入步骤一所称取的sbr改性乳化沥青中，采用搅拌机在转速500r/min的条件下搅拌10分钟，得到所需的乳化沥青。一种稳定耐久型水泥路面稀浆封层下封层，包括已成型的半刚性基层下承层，已成型的半刚性基层下承层上摊铺有稀浆封层混合料，其中，按质量份计，稀浆封层混合料由99份的矿料、1份的水泥、10份的制备得到的乳化沥青和8份的水制备而成。稀浆封层混合料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，按质量份计，称取99份的矿料、1份的水泥、10份的乳化沥青和8份的水；同时，将称取所得的99份的矿料和1份水泥采用水泥胶砂搅拌机搅拌1min，使其混合均匀，得到混合物；步骤二，将步骤一称取所得的8份的水加入到上述混合物中，采用水泥胶砂搅拌机搅拌1.5～3min，然后再加入10份的乳化沥青并搅拌1～2min，得到均匀的稀浆封层混合料。其中，矿料设计级配如下表：一种稳定耐久型水泥路面稀浆封层下封层的制备方法，是将制备所得的稀浆封层混合料摊铺在已成型的半刚性基层下承层，形成稀浆封层下封层。实施例2至实施例6的制备方法与实施例1的制备方法相同，不同之处在于表1至表3：表1(按质量份计，sbr改性乳化沥青由水、沥青、ph调节试剂、乳化剂、无机稳定剂、有机稳定剂和sbr胶乳制备而成)表2(乳化沥青的原料包括sbr改性乳化沥青、水性环氧树脂和水性环氧固化剂)sbr改性乳化沥青(％)水性环氧树脂(％)水性环氧固化剂(％)实施例29510.8实施例39610.9实施例49711实施例59811.1实施例69411.2表3(按质量份计，稀浆封层混合料由矿料、水泥、制备得到的乳化沥青和水制备而成)矿料水泥乳化沥青水实施例2991118.4实施例3991128.8实施例4991139.2实施例5991149.6实施例69911510对比例1：本对比例给出一种普通型水泥路面稀浆封层下封层，按质量份数计，由以下原材料制成：矿料99份，水泥1份，乳化沥青10份，水10份；其中，按质量份数计，乳化沥青由以下原材料制成：水100份，沥青173份，乳化剂4.5份，ph调节试剂8份，无机稳定剂0.1份，有机稳定剂0.4份，sbr胶乳8.6份。本对比例的普通型水泥路面稀浆封层下封层制备方法与实施例1基本相同。对比例2：本对比例给出一种普通水泥路面稀浆封层下封层，按质量份数计，由以下原材料制成：矿料99份，水泥1份，乳化沥青12份，水9份；其中，按质量份数计，乳化沥青由以下原材料制成：水100份，沥青180份，乳化剂5.5份，ph调节试剂11份，无机稳定剂0.3份，有机稳定剂0.8份，sbr胶乳11份。本对比例的普通型水泥路面稀浆封层下封层制备方法与实施例4基本相同。本发明实施例1～6及对比例1和2的路用性能测试结果如下：(一)乳化沥青性能测试结果按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》jtge20-2011，测试本发明实施例1～6的水性环氧树脂-sbr复合改性乳化沥青及对比例1和2的普通型乳化沥青各性能指标，测试结果如下：根据上表，水性环氧树脂-sbr复合改性乳化沥青的各性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》jtgf40-2004规范要求，且较普通型乳化沥青，该复合改性乳化沥青残留物的高低温性能、感温性能和与集料的黏附性能均有显著提升，这是水泥路面稀浆封层下封层具有良好性能的保证。(二)稀浆封层下封层路用性能(1)稀浆封层的抗压强度借鉴热拌沥青混合料马歇尔试件制作方法，成型稀浆封层混合料马歇尔试件，并采用万能试验机(mts)测定其无侧限抗压强度，以评价稀浆封层下封层的抗压强度。测定结果如下表：根据上表，水性环氧树脂-sbr复合改性乳化沥青稀浆封层具有足够的抗压强度，较普通稀浆封层下封层，该稀浆封层下封层的抗压强度提高了7.9～44.4％。(2)抗动水冲刷性能试验成型“5cm半刚性基层+1cm水性环氧树脂-sbr改性乳化沥青稀浆封层下封层”组合板式试件(15cm×15cm×6cm)，进行动水冲刷试验，以动水冲刷试验前后组合试件的质量损失率评价下封层的抗动水冲刷性能，测定结果如下表和图1所示：根据测试结果，较普通稀浆封层下封层，水性环氧树脂-sbr复合改性乳化沥青稀浆封层的抗动水冲刷性能具有明显的优势，且水性环氧树脂-sbr复合改性乳化沥青稀浆封层的抗动水冲刷性能随着水性环氧树脂掺量及复合改性乳液掺量的增大而提高。且根据上图，水性环氧树脂-sbr复合改性乳化沥青稀浆封层随动水冲刷时间的增加其质量衰减速率明显低于普通稀浆封层质量衰减率，表明水性环氧树脂-sbr复合改性乳化沥青具有优异的耐久性。(3)下封层与半刚性基层层间粘结性能试验成型“5cm半刚性基层+1cm水性环氧树脂-sbr复合改性乳化沥青稀浆封层下封层”组合圆柱体试件(φ10cm×6cm)，进行拉拔试验，以拉拔强度评价二者间的粘结性能。并且，成型“5cm半刚性基层+1cm水性环氧树脂-sbr复合改性乳化沥青稀浆封层下封层+4cm水泥混凝土面板”组合圆柱体试件(φ10cm×10cm)，进行直接剪切试验，以剪切强度指标评价下封层与半刚性基层层间粘结性能。拉拔强度和剪切强度测定结果如下表所示：结合上表，水性环氧树脂-sbr改性乳化沥青稀浆封层与半刚性基层间的剪切强度和拉拔强度均较高，表明二者层间具有良好的粘结性能。良好的粘结性能保证了二者层间趋于连续接触，这有助于水泥路面结构的受力。综上，较普通乳化沥青，水性环氧树脂-sbr复合改性乳化沥青具有优异的高低温性能、感温性能和与集料的黏附性能，制备的水性环氧树脂-sbr复合改性乳化沥青稀浆封层具有足够的抗压强度，优异的抗动水冲刷性能和与半刚性基层层间良好的粘结性能，属于一种稳定耐久的稀浆封层下封层。当前第1页12