一种水基聚合物乳液稳定碎石材料及制备方法

1.本发明涉及路面建筑材料技术领域，具体涉及一种水基聚合物乳液稳定碎石材料及制备方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
3.半刚性基层沥青路面为公路建设中主要的路面结构形式，但以水泥稳定碎石为主的半刚性基层在干湿、冻融循环以及车辆荷载的反复作用下易产生裂缝，基层裂缝向上延伸，导致沥青面层出现反射裂缝，成为半刚性基层路面结构最主要的病害。为从根本上解决半刚性基层反射裂缝问题，柔性基层沥青路面开始应用于道路建设中，相较于半刚性基层路面结构，柔性基层具有良好的应力分散能力，能够有效地减缓反射裂缝的产生。因此，针对目前柔性基层工程实践，提出一种新型水性高分子聚合稳定碎石基层材料及制备方法，在满足路用性能的情况下，同时具有良好的抗干缩与温缩能力，从而较好地解决基层反射裂缝问题，延长沥青路面结构的使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明提供一种水基聚合物乳液稳定碎石材料及制备方法，克服现有半刚性基层的缺点和不足，在具有良好力学性能的前提下，同时具有较好的抗干缩和温缩能力，能够有效解决半刚性基层沥青路面反射裂缝问题，同时具有很好的水稳定性和耐磨性，解决了现有柔性基层水稳定性不足的问题。本发明的制备方法拌和设备简单，无需加热，常温拌和，低碳环保，加快了水性聚合物稳定碎石技术的本土化应用。
5.为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
6.一种水基聚合物稳定碎石基层材料，其原料由聚硅氧烷改性苯丙乳液、水和级配碎石组成。所述聚硅氧烷改性苯丙乳液和水均采用外掺法，聚硅氧烷改性苯丙乳液掺量为0.5％～1.5％；根据级配击实试验确定水基聚合物稳定碎石的最佳含水率，去除聚硅氧烷改性苯丙乳液的含水量后，得到水的添加量。其中，级配碎石作为水基聚合物稳定碎石基层材料的主体，起到骨架支撑作用，为稳定碎石嵌锁力的主要贡献者。聚硅氧烷改性苯丙乳液是由多种压力敏感性树脂、高强抗老化树脂聚合而成的高分子聚合物路用稳定剂，在高分子聚合物稳定碎石体系中作胶黏剂，其可与水任意比例混合后均匀分散于级配碎石表面，同时与级配碎石有较好的交互作用，经过有效压实及水分挥发后，在级配碎石表面形成有机粘膜并起到粘结作用，与级配碎石共同构成强而韧的柔性结构层，能够明显改善传统半刚性基层的反射裂缝问题，经聚硅氧烷改性后的苯丙溶液与传统乳液相比有更好的耐水性和耐磨性，解决了柔性基层存在的水稳定性不足的问题
7.优选的，所述聚硅氧烷改性苯丙乳液的固含量为55％
±
1％，粘度为1000～5000mpa
·
s，ph为7.0～9.0，添加量占级配碎石干重的0.5％～1.5％。
8.优选的，级配碎石的级配范围为：标准筛孔26.5mm通过率为98％～100％，标准筛
孔19mm通过率为82％～86％，标准筛孔16mm通过率为73％～79％，标准筛孔13.2mm通过率为65％～72％，标准筛孔9.5mm通过率为53％～62％，标准筛孔4.75mm通过率为35％～45％，标准筛孔2.36mm通过率为22％～31％，标准筛孔1.18mm通过率为13％～22％，标准筛孔0.6mm通过率为8％～15％,标准筛孔0.3mm通过率为5％～10％，标准筛孔0.15mm通过率为3％～7％，标准筛孔0.075mm通过率为2％～5％。
9.优选的，所述级配碎石中的粗集料需满足条件：压碎值≤26％，洛杉矶磨耗值≤30％，坚固性试验采用硫酸钠5个循环＜12％。
10.所述水基聚合物稳定碎石基层材料的制备方法包括以下步骤：
11.s1：按照规定级配范围，采用标准料进行配料；
12.s2：加水稀释聚硅氧烷改性苯丙乳液，并通过搅拌方式将所述水与聚硅氧烷改性苯丙乳液混合均匀；
13.s3：将级配碎石加入搅拌机中干拌后，然后加入稀释后的聚硅氧烷改性苯丙乳液，与级配碎石混合搅拌，得到水基聚合物稳定碎石材料。
14.优选的，干拌时间为90s；
15.优选的，所述混合搅拌的搅拌时间为180s。
16.优选的，整个拌和过程均在常温下进行。
17.聚硅氧烷改性苯丙乳液可与水任意比例稀释，需加水将聚硅氧烷改性苯丙乳液稀释，稀释加水量可一次加至最佳含水量，当稀释加水量与所述聚硅氧烷改性苯丙乳液乳液质量比低于2:1时，在所述稀释后的聚硅氧烷改性苯丙乳液乳液与所述级配碎石拌和时，继续添加水直至总水量达到最佳含水量。
18.本发明级配范围具有以下优点：(1)、0.075mm通过率为2％～5％，保证混合料性能稳定；且规定通过率≥2％，可以更好保证密实度；通过率≤5％比表面积小，适合固化剂用量低的材料特点。(2)、4.75-0.15mm细料孔径通过率整体较低，比表面积小，适合固化剂用量低的材料特点。(3)、4.75mm以上粗料通过率整体较高且级配曲线更为圆滑，有利于混合料的密实性和均匀性从而提高强度，改善疲劳性能。
19.本技术按照适用高速公路基层的设计标准，采用更加严苛的级配范围，各粒径的级配容许波动范围更小，符合当今加强基层施工质量控制的发展趋势；此外，本技术对每一级筛孔都规定了上下限范围，尽可能避免因级配设计引起工程质量离散型较大的现象。本技术中0.075mm以下的细集料含量范围较小，一方面，可有效改善水基聚合物稳定碎石的收缩特性；另一方面，为保证水基聚合物稳定碎石具有良好的抗疲劳性，将0.075mm的级配下限设置为2％。
20.本发明的有益效果如下：
21.(1)该水基聚合物稳定碎石基层材料应用于沥青路面作柔性基层材料，同时具有较好的承载能力及抗失水收缩以及抗温度收缩性能，使得其作为铺路材料具有更高的抗变形能力，解决传统半刚性基层易受温度和失水收缩开裂的问题。
22.(2)本发明的级配碎石具有特定的级配范围，通过该级配范围的设置，提高了该水基聚合物稳定碎石基层材料的抗疲劳性、收缩特性、密实度和强度，使得该水基聚合物稳定碎石基层材料满足高速公路基层的性能需求。
具体实施方式
23.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
24.下属实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
25.实施例1：
26.本实施例中，采用一种聚硅氧烷改性苯丙乳液，掺量为1％，其技术指标实测结果如表1所示：
27.表1聚硅氧烷改性苯丙乳液技术指标
28.性能指标单位实施例1外观颜色 乳白色固含量％55粘度mpa
·
s2000ph值(25℃) 7.5玻璃化转变温度℃7.4成膜性 成膜平整、连续机械稳定性 无凝胶、分层、破乳
29.水基聚合物稳定碎石矿料级配如表2所示：
30.表2水基聚合物稳定碎石矿料级配
[0031][0032]
根据级配击实试验确定水基聚合物稳定碎石的最佳含水率为4.4％，最终确定水基聚合物稳定碎石配合比为，级配碎石：聚硅氧烷改性苯丙乳液：水＝100:1:4。
[0033]
水基聚合物稳定碎石基层材料的制备方法如下：
[0034]
按表2所示的合成级配依次称取标准料放入拌和锅中拌和90s；然后按比例称取对应比例的聚硅氧烷改性苯丙乳液和水，混合搅拌稀释均匀；最后将混合和好的聚硅氧烷改性苯丙乳液溶液加入拌和锅中与级配碎石共同拌合180s，得到水基聚合物稳定碎石材料。将水基聚合物稳定碎石在单位压力为600kpa、旋转角度1.25
°
、旋转速度30r/min、设定旋转压实次数为100次、压实度为98％的条件下进行压实成型尺寸为φ150mm
×
150mm圆柱形试件。采用重型击实方法，分三层装料，每层击实98次，成型尺寸为φ152mm
×
120mm的cbr试件。采用静压法成型尺寸为400mm
×
100mm
×
100mm的梁型试件。
[0035]
对聚硅氧烷改性苯丙乳液级配碎石进行路用性能测试，测试结果如表3所示：
[0036]
表3聚硅氧烷改性苯丙乳液级配碎石路用性能指标测试结果(表格中加上水稳定性的指标)
[0037][0038]
对水基聚合物稳定碎石进行干缩及温缩试验，测试结果如表4及表5所示：
[0039]
表4干缩试验结果
[0040]
时间(d)干缩系数(10-6
)1101.57280.34370.62465.32561.14657.86755.68954.271153.161352.541551.86
[0041]
表5温缩试验结果
[0042]
温度区间(℃)温缩系数(10-6
)40～303.6130～203.6220～104.1110～04.480～-105.10-10～-205.35
[0043]
从表3、表4、表5的试验结果可知，本实施例中的水基聚合物稳定碎石基层材料具
有较好的无侧限抗压强度及劈裂强度，可承接面层传递的车辆荷载。此外，本实施例中的水基聚合物稳定碎石基层材料具有很好的局部抗剪切变形能力、高温稳定性、水稳定性、干缩性能及温缩性能，有效提高路面结构使用寿命。由此可知，当采用聚硅氧烷改性苯丙乳液代替水泥，聚硅氧烷改性苯丙乳液在失水干燥后形成致密的有机高分子薄膜且不发生水化反应，能有效阻断外部水分浸入水基聚合物稳定碎石基层材料内部，同时可增加集料界面间的粘结作用，增强水基聚合物稳定碎石基层材料水稳定性能并能更好的抵御施工初期的收缩开裂及后期的动态开裂。
[0044]
实施例2：
[0045]
本实施例中，采用与实施例1中相同的聚硅氧烷改性苯丙乳液，掺量为1.5％，其技术指标参见表1。
[0046]
水基聚合物稳定碎石矿料级配如表6所示：
[0047]
表6水基聚合物稳定碎石矿料级配
[0048][0049][0050]
根据级配击实试验确定水基聚合物稳定碎石的最佳含水率为4.5％，最终确定水基聚合物稳定碎石配合比为，级配碎石：聚硅氧烷改性苯丙乳液：水＝100:1.5:3.9。
[0051]
水基聚合物稳定碎石基层材料的制备方法如下：
[0052]
按表6所示的合成级配依次称取标准料放入拌和锅中拌和90s；然后按比例称取对应比例的聚硅氧烷改性苯丙乳液和水，混合搅拌稀释均匀；最后将混合和好的聚硅氧烷改性苯丙乳液溶液加入拌和锅中与级配碎石共同拌合180s，得到水基聚合物稳定碎石材料。将水基聚合物稳定碎石在单位压力为600kpa、旋转角度1.25
°
、旋转速度30r/min、设定旋转压实次数为100次、压实度为98％的条件下进行压实成型尺寸为φ150mm
×
150mm圆柱形试件。采用重型击实方法，分三层装料，每层击实98次，成型尺寸为φ152mm
×
120mm的cbr试件。采用静压法成型尺寸为400mm
×
100mm
×
100mm的梁型试件。
[0053]
对聚硅氧烷改性苯丙乳液级配碎石进行路用性能测试，测试结果如表7所示：
[0054]
表7聚硅氧烷改性苯丙乳液级配碎石路用性能指标测试结果
[0055][0056]
对水基聚合物稳定碎石进行干缩及温缩试验，测试结果如表8及表9所示：
[0057]
表8干缩试验结果
[0058]
时间(d)干缩系数(10-6
)1112.98289.57375.42470.66566.13662.86760.39959.111157.641356.251555.46
[0059]
表9温缩试验结果
[0060]
温度区间(℃)温缩系数(10-6
)40～304.2530～204.7420～104.2910～04.620～-105.10-10～-205.91
[0061]
从表7-9可知，本实施例中的水基聚合物稳定碎石基层材料无侧限抗压强度及劈裂强度均强于实施例1，且本实施例中的水基聚合物稳定碎石基层材料也具有很好的局部抗剪切变形能力、高温稳定性、水稳定性，其干缩性能及温缩性能也与实施例1相近。由此可知，聚硅氧烷改性苯丙乳液在失水后恢复粘性，从而增强聚硅氧烷改性苯丙乳液与石料的
黏结力，增加聚硅氧烷改性苯丙乳液掺量有助于提高水基聚合物稳定碎石基层材料的劈裂强度。
[0062]
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。