一种半柔性路面用碱镁水泥基乳化沥青砂浆及其制备方法和应用

本发明涉及路面材料领域，更具体地说，它涉及一种半柔性路面用碱镁水泥基乳化沥青砂浆及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前我国路面材料主要分为水泥混凝土和沥青混凝土两大类。水泥混凝土作为刚性材料，特点是强度高、耐久稳定性好、无老化，但其成本高且对环境污染大，后期养护不便。沥青混凝土为柔性路面结构，是一种较环保的材料；具有无接缝、污染小、养护方便等优点，但其温度敏感性较高，在高温环境下沥青混凝土路面容易形成车辙及坑槽，降低了行车的安全性；且沥青混凝土低温环境下易脆裂，从而导致路面出现裂缝影响行车舒适及安全。

2、为了克服二者的缺点、发挥二者的优点，水泥-乳化沥青混凝土作为一种复合材料出现在大家的视野当中，其在力学性能方面兼具水泥混凝土和沥青混凝土的特点，具有半柔性。与传统的水泥混凝土和沥青混凝土不同的是：一方面乳化沥青的加入，降低了水泥混凝土的弹性模量，提高了其抗变形能力，另一方面水泥的加入，改善了沥青混合料的温度敏感性，并提高了其抗压强度。因此，水泥-乳化沥青砂浆被广泛应用于高速铁路无砟轨道的轨道板和混凝土底座之间的垫层材料，具有保障列车行驶安全性和舒适性的作用。在沥青路面冷再生技术领域，水泥-乳化沥青砂浆是重要的冷再生材料，其具有施工时间短、资源消耗低、对生态环境影响小等优点，是新世纪的节能环保材料。

3、目前，广泛使用的半柔性路面材料中的刚性材料为硅酸盐水泥，然而半柔性路面材料采用水泥和沥青作为胶结料，在使用过程中，存在韧性较差、内部的“沥青-水泥砂浆”界面的粘结强度无法抵抗水泥基材料的收缩应力而出现开裂现象的问题，进而使得半柔性路面容易出现开裂现象，使道路使用寿命和安全性能大幅降低。

技术实现思路

1、为了解决现有半柔性路面材料存在韧性较差、内部的“沥青-水泥砂浆”界面的粘结强度无法抵抗水泥基材料的收缩应力而出现开裂现象的问题，进而改善半柔性路面容易出现开裂的问题，本发明提供一种半柔性路面用碱镁水泥基乳化沥青砂浆及其制备方法和应用。

2、第一方面，本发明提供一种半柔性路面用碱镁水泥基乳化沥青砂浆，采用如下的技术方案：

3、一种半柔性路面用碱镁水泥基乳化沥青砂浆，由包括碱镁水泥基料、阳离子乳化沥青、羟基亚乙基二膦酸盐、填料和水的原料制成；所述碱镁水泥基料原料按重量份包括以下组分：氧化镁289.3-309.4份，硫酸镁140.6-160.7份；所述羟基亚乙基二膦酸盐用量和氧化镁用量的重量份比为(1.45-1.55：289.3-309.4)。

4、通过采取上述技术方案，对于现有的半柔性路面而言，多数使用硅酸盐水泥作为水泥基材料。发明人研究发现，由于硅酸盐水泥的韧性差、收缩较大，造成半柔性路面中的刚性和柔性材料变形协调作用较弱，从而致使半柔性路面在外界环境温度以及行车荷载的影响作用下，内部的“沥青-水泥砂浆”界面的粘结强度无法抵抗水泥基材料的收缩应力而出现的开裂现象，使道路使用寿命和安全性能大幅降低。因此发明人首先利用碱镁水泥基料代替了硅酸盐水泥基料，从而利用碱镁水泥的韧性和膨胀性能改善因水泥基材料引起的开裂等问题。

5、不过对于碱镁水泥在半柔性路面中的使用，本领域暂时没有相关应用。而直接将常规的碱镁水泥加入半柔性路面材料中，并不能很好地改善路面开裂的问题。因此，发明人针对半柔性路面，研发设计了一种碱镁水泥基料，采用规定用量的氧化镁和硫酸镁组成碱镁水泥基料。一方面，本发明的碱镁水泥和阳离子乳化沥青配合，阳离子乳化沥青可以有效包裹未反应的活性氧化镁颗粒，阻碍未反应的氧化镁在潮湿或水浸泡情况下继续发生反应生成膨胀性的水镁石。此外，阳离子乳化沥青可以致使碱镁水泥的内部孔隙形成闭孔，从而有效阻碍外部水分进入碱镁水泥固化体内部，从而改善碱镁水泥基础的耐水性问题。另外一方面，碱镁水泥是一种晶须自增韧水泥基材料，本发明的碱镁水泥可以在本发明的体系中形成稳定碱式硫酸镁晶须，其较高的韧性可以改善半柔性路面常规水泥基材料韧性差的问题。

6、同时，为了使得碱镁水泥可以适用于半柔性路面，发明人加入了羟基亚乙基二膦酸盐；羟基亚乙基二膦酸盐的加入，一方面羟基亚乙基二膦酸盐的多配位键将会与电离出的mg2+发生络合反应，这些含mg2+的络合物将在mgo表面大量形成，这些含mg2+的络合物在mgo表面为不断电离出来的mg2+提供原位点，由于外加剂中鳌和配位键较高的吸附作用，可以使mg2+在颗粒表面均匀的分散形成络合物。这样就显著减少了mg(oh)2沉淀的形成，从而减少了水泥基体的膨胀，从而在本发明的体系中，羟基亚乙基二膦酸盐可以将碱镁水泥调至一个合适的微膨胀状态，使得水泥和砂浆充分结合，从而改善因“沥青-水泥砂浆”界面的粘结强度无法抵抗水泥基材料的收缩应力而出现的开裂现象，提高砂浆的强度。另一方面，羟基亚乙基二膦酸盐的使用，有助于[(mgoh)(h2o)]+将直接与mg2+、so42-和oh-形成稳定的碱式硫酸镁晶须，从而可有效提高硫氧镁水泥的性能；而且形成的络合物在氧化镁表面可以提高硫氧镁水泥的抗水性，提高半柔性路面的使用寿命。而且相比于硅酸盐水泥，本发明中的碱镁水泥的使用，使得本发明材料还存在快速凝结的优势。

7、从而，本发明碱镁水泥基乳化沥青半柔性路面材料的韧性得到进一步改善，且具有良好的强度，不易开裂，使道路使用寿命和安全性能得到进一步提高。

8、进一步地，所述羟基亚乙基二磷酸盐包括钠盐和钾盐中的至少一种。所述填料为河沙，所述填料用量和所述氧化镁用量的重量份比为(1150-1550：289.3-309.4)，所述河沙的粒径为0.35-0.5mm。所述水用量和氧化镁用量的重量份比为(81-135：289.3-309.4)。所述阳离子乳化沥青用量和所述氧化镁用量的重量份比为(45-135：289.3-309.4)。

9、再进一步地，原料按重量份包括以下组分：

10、氧化镁289.3-309.4份，硫酸镁140.6-160.7份，阳离子乳化沥青45-135份，羟基亚乙基二膦酸盐1.45-1.55份，填料1150-1550份，水81-135份。

11、第二方面，本发明提供一种半柔性路面用碱镁水泥基乳化沥青砂浆的制备方法，采用如下的技术方案：

12、一种半柔性路面用碱镁水泥基乳化沥青砂浆的制备方法，包括以下步骤：

13、将氧化镁和硫酸镁混合均匀得到干粉；将羟基亚乙基二膦酸钠加入到水中，溶解得到羟基亚乙基二膦酸钠溶液；将羟基亚乙基二膦酸钠溶液加入到干粉中，混合均匀后加入阳离子乳化沥青和填料，搅拌均匀，得到半柔性路面用碱镁水泥基乳化沥青砂浆。

14、第三方面，本技术还提供了一种半柔性路面用碱镁水泥基乳化沥青砂浆在半柔性路面中的应用，采用如下的技术方案：

15、将上述碱镁水泥基乳化沥青砂浆应用在半柔性路面中，采用与常规的半柔性路面材料类似的施工方法，浇筑上述碱镁水泥基乳化沥青砂浆后，相比于一般的半柔性路面材料需要自然养护28天，本发明自然养护7天后即可通车使用。

16、综上所述，本发明具有以下有益效果：

17、1、本发明通过碱镁水泥的自身调配和羟基亚乙基二膦酸钠的配合使用，使得碱镁水泥顺利被用于到半柔性路面中，其不仅使得碱镁水泥可以形成稳定的碱式硫酸镁晶须，具有良好的韧性，而且可以将碱镁水泥调节至合适的微膨胀状态，改善因“沥青-水泥砂浆”界面的粘结强度无法抵抗水泥基材料的收缩应力而出现的开裂现象。

18、2、本发明中羟基亚乙基二膦酸盐的使用，有助于[(mgoh)(h2o)]+将直接与mg2+、so42-和oh-形成稳定的碱式硫酸镁晶须，从而可有效提高硫氧镁水泥的力学性能；同时，形成的络合物在氧化镁表面可以提高硫氧镁水泥的抗水性，提高半柔性路面的使用寿命。