一种适用于低温潮湿环境的固化冷补料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种适用于低温潮湿环境的固化冷补料及其制备方法 (Curing cold-patch material suitable for low-temperature humid environment and preparation method thereof ) 是由 陈先华 阳静瑶 徐刚 孔佩佩 张璠 杨军 于 2021-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种适用于低温潮湿环境的固化冷补料及其制备方法,所述用冷补料包括如下重量份的组分：RAP料64-78份、新集料16-31份、再生剂0.9-1.1份以及冷补沥青3-5份。其中冷补沥青按重量份计包含以下组分：改性沥青45-56份,皂液28份,低温固化环氧胶(潜伏性环氧树脂)20-26份。制备方法是：将再生剂缓慢匀速加入预热后的RAP料中,拌和均匀后,加入冷补沥青、预热的新集料,拌和均匀,待温度≤80℃时出料。与现有技术相比,本发明所述冷补料具有在低温潮湿环境下与破损路面快速结合的优势,应用于道路养护、应急维修领域的前景广阔。(The invention relates to a solidifying cold-patch material suitable for a low-temperature humid environment and a preparation method thereof, wherein the solidifying cold-patch material comprises the following components in parts by weight: 64-78 parts of RAP material, 16-31 parts of new aggregate, 0.9-1.1 parts of regenerant and 3-5 parts of cold patch asphalt. The cold patch asphalt comprises the following components in parts by weight: 45-56 parts of modified asphalt, 28 parts of soap solution and 20-26 parts of low-temperature curing epoxy glue (latent epoxy resin). The preparation method comprises the following steps: slowly adding the regenerant into the preheated RAP material at a constant speed, uniformly mixing, adding the cold patch asphalt and the preheated new aggregate, uniformly mixing, and discharging when the temperature is less than or equal to 80 ℃. Compared with the prior art, the cold patch disclosed by the invention has the advantage of being quickly combined with a damaged pavement in a low-temperature humid environment, and has a wide prospect in the fields of road maintenance and emergency maintenance.)
技术领域
：本发明属于道路养护、应急维修领域，具体涉及一种适用于诸如雨雪季节之低温潮湿环境的固化冷补料及其制备方法，该冷补料具有低温快速固化和高耐水性优点，可在低温潮湿环境下施工的，在雨雪季节道路修补方面前景广阔。
背景技术
：道路修补作为一项较为重要的工作环节，往往在天晴气温适宜的季节进行，一方面是因为当前常见的沥青路面修补材料的性能难以在潮湿环境下充分发挥，另一方面是技术原因的限制，我国对于沥青路面修补的研究主要集中在气候温和地区。如此，对于长达半年多时间处于降雪、下雨季节的我国一些高寒地区，无法及时开展道路修补工作，将使得已经破损的道路继续承受行车和自然环境的作用，破损程度进一步加重，不仅加大了修补成本，更严重危及行车安全。因此，研制出能在雨雪季节使用的道路修补材料意义重大。
传统道路对于病害集中、破损面积较大区域的修补采取铣刨重铺热拌沥青混合料的方式，但这对坑槽分散、工程量小的局部区域，难以控制热补沥青的保温和施工机械的调配。为了节约成本，保证施工质量，对小面积坑槽主要采用冷补料的方式。然而，当前常用的冷补料无法在潮湿环境下施工，且雨水季节修补的坑槽容易松散剥落，低温下结块严重，出现补了又烂的二次修补现象。针对上述不足，近年来许多科研者尝试将水泥作为集料加入冷补料中，利用水泥的水化反应，不仅能消耗混合料内部水分促进早期固化，更能提高整体的强度。但是水泥的冬季收缩变形较大，容易产生开裂、唧泥等病害。专利CN110171942 B申请了一种湿固化反应型冷补料，利用单组份湿固化聚氨酯与空气中的水蒸气发生固化反应来提高冷补料的早期强度，为解决雨雪季节冷补料的性能问题提供了借鉴，但是聚氨酯仍无法在潮湿环境下施工。针对高寒地区道路在雨雪季节的养护维修困难，采用环氧胶作为湿固材料制备冷补料，不仅具有聚氨酯相同的优点，更能在潮湿状态下固化。目前环氧胶被广泛应用于桥梁水下桩基础的修补，潮湿环境下的修补效果良好，将其应用于冷补料上有望解决雨雪季节固化的难题。
乳化沥青是一种能在常温下就表现出较好流变性的低粘度材料，良好的防水能力使其成为冷补料中最常采用的沥青之一。申请号为CN202110244807.X的专利申请文件公开了一种缓释型抗凝冰雾封层材料，由缓释型抗凝冰材料、乳化沥青、水性环氧树脂、固化剂和渗透剂组成，其将掺有缓释型抗凝冰材料的改性乳化沥青材料喷洒在旧沥青路面上，不仅具有封闭路面微小裂缝，避免路面结构产生水损；修复沥青胶结料的粘结作用，延长路表材料使用寿命。同时，在雾封层中加入抗凝冰材料，还可抑制冰点，有主动融冰雪的作用，提高冬季行车安全。申请号为CN202110168588.1的发明专利申请公开了一种抗冻融土壤固化剂，以100重量份的原料计包括：水性环氧改性乳化沥青35-65；阴离子表面活性剂10-40；固化剂2-5；水玻璃3-10；无机盐1-10；多元醇2-10；孔隙封闭剂0.5-2；水10-30。该抗冻融土壤固化剂可提升土壤固化物的耐水稳定性和抗冻融性，该土壤固化剂还具有加工工艺简单、应用便捷、凝结时间快、耐水性好、结合强度高，对不同土壤的普适性优等特点。发明人所在的课题组于2020.01.17申请的申请号为CN202010051544.6，公开了一种稳定有砟轨道道床的改性乳化沥青，按重量百分比包含以下组分：再生胶改性沥青45％～56％，皂液28％，水性环氧树脂13％～23％，速凝剂3％～4％。其中，所述的皂液有市面普通皂液中必备的乳化剂、蒸馏水外，为了提高复合改性乳化沥青与石料的粘结性，提高复合改性沥青的抗水损效果，本专利的皂液中特意添加了硅烷偶联剂。该改性乳化沥青提高了有砟轨道的稳定性和耐久性，降低了工程造价，适合于高铁全路段铺筑。可见，将环氧胶与乳化沥青复合，利用环氧树脂在潮湿环境下生成的固化物与沥青的蒸发残留物在分子水平上高密度交融，可大幅提高乳化沥青与集料的界面粘结性能，从而进一步提升乳化沥青的冷补性能。
总之，目前对冷补沥青混合料的研究大多数是关于常温少雨环境下沥青路面坑槽的修补应用，尚缺乏针对低温潮湿环境下冷补材料的研制。
发明内容
：为了克服现有技术的缺点，本发明提出一种适用于低温潮湿环境的固化冷补料及其制备方法，将低温固化环氧胶掺入复合改性乳化沥青中制备冷补沥青，确保冷补料能低温快速固化、高耐水。所制备的冷补料具有在低温潮湿环境下与破损路面快速结合的优势，应用于沥青路面的日常养护和特殊气候条件下应急维修方面。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于低温潮湿环境的固化冷补料，该冷补料由RAP料、新集料、再生剂以及冷补沥青组成，质量比为64-78：16-31：0.9-1.1：3-5。
所述RAP料为沿途道路大面积修补时产生的铣刨料，经充分破碎后，控制RAP料的最大粒径在16mm以下。RAP料中老化沥青的含量应采用离心抽提法或燃烧法进行测定，控制老化沥青的含量不小于4％。
所述新集料应优选憎水性石料，如石灰岩、玄武岩，以提高冷补沥青与冷补料骨料的粘附性，保证冷补料的技术性能。
所述RAP料和新集料配置成的冷补料骨料，级配满足LB-13型冷补料的级配范围：
16mm筛孔通过率100％，13.2mm筛孔通过率90～100％，9.5mm筛孔通过率70～85％，4.75mm筛孔通过率35～50％，2.36mm筛孔通过率18～35％，1.18mm筛孔通过率12～25％，0.6mm筛孔通过率8～18％，0.3mm筛孔通过率5～12％，0.15mm筛孔通过率3～8％，0.075mm筛孔通过率2～5％。
所述再生剂为高渗透性再生剂(由江苏苏博特新材料股份有限公司提供的润强高性能沥青再生剂)，要求其芳香烃成分不少于50％，不仅能调节RAP料中老化沥青中的轻质组分含量，还能充分渗透入凝聚的沥青质中，更有效地恢复老化沥青的胶体结构，提高再生效果。
所述的冷补沥青按重量份计包含以下组分：改性沥青45-56份，皂液28份，低温固化环氧胶20-26份。
上述原料的具体加入量根据实际的施工及环境温度确定。
冷补沥青的制备方法为：
(1)将改性沥青加热至180℃，缓慢注入皂液，以4500r/min的转速高速剪切15min制备得复合改性乳化沥青。
(2)按比例将低温固化环氧胶加入复合改性乳化沥青中，在常温下拌和均匀即得冷补沥青。
所述改性沥青优选高胶沥青、SBR改性沥青中的一种或复合改性沥青，以提高冷补沥青的粘结性，改善冷补料的低温性能、抗水损害及抗老化性。
所述皂液由乳化剂，硅烷偶联剂及蒸馏水按照1.1:0.4:26.5的质量比制备而成。所述乳化剂为非离子型乳化剂，控制固含量在55～65％，以保证破乳后的沥青具有较好的粘附性。
所述低温固化环氧胶为潜伏性环氧树脂，具有在密闭环境下适用期较长，而经较低温度、水分作用下迅速固化的优势。
一种适用于低温潮湿环境的固化冷补料的制备方法如下：
(1)将新集料在180±5℃下预热6h。
(2)将RAP料在120±2℃下,预热2h后,倒入拌和锅中拌和1.5min。
(3)将再生剂缓慢匀速加入拌和锅中拌和2min。
(4)将冷补沥青、已预热的新集料按比例逐次加入拌和锅中，拌和2min，待温度≤80℃时出料。
有益效果：
1.本发明就地取材，将沿途修补时铣刨产生的废旧沥青路面材料(RAP料)处理后作为冷补料的原料之一，解决了多雨高寒地区施工原材料运送困难的问题，同时作为一种新的RAP料处理方式，可有效提高RAP料的利用率。
2.本发明设计的雨雪季节用低温固化冷补料，充分调研传统高寒地区的路面结构形式，采用连续密级配构成的悬浮密实结构，其黏聚力较大，透水性较小，应用于高寒地区可有效阻隔雨雪的下渗，且与旧路面结构的适应性较强。
3.本发明改进了传统冷补料利用水泥来消耗水分提高初始强度的方法，采用低温固化环氧胶制备的冷补料能在低温潮湿环境中进行固化，解决了雨雪等恶劣天气条件下道路抢修的难题；另一方面，所制备冷补料的黏结体为橡胶及环氧材料耦连体，具备高弹性特征，可以增强路面的弹性响应，不仅能解决掺入水泥的冷补料无法适应高寒地区的低温开裂问题，更能利用其在应力作用下的形变抑制道路结冰，提高路面安全性。
4.本发明解决了低温潮湿环境下沥青路面采用冷补料修补的耐久性差的问题，本发明的冷补料可在低温潮湿环境下固化，且冷补沥青固化反应后形成的交联网络，具有优良的阻隔性、粘聚力以及抗水损能力，可有效避免二次修补。
附图说明
图1是本发明实施例所得肯塔堡飞散试验结果；
图2是本发明实施例所得不同养生时间下的马歇尔稳定度试验结果；
图3是本发明实施例所得浸水车辙试验。
具体实施方式
：
以下结合具体实施方式用以说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明所述的冷补料，由RAP料、新集料、再生剂和冷补沥青组成；所述集料中的新集料应优选憎水性石料，RAP料的老化沥青含量不低于4％。
所述RAP料和新集料配置成的冷补料骨料级配满足LB-13型冷补料的级配要求，见表1所示(其中通过质量分数单位是％)：
表1集料级配(通过筛孔mm的质量百分率/％)
筛孔/mm
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
通过质量分数
100
90～100
70～85
35～50
18～35
12～25
8～18
5～12
3～8
2～5
实施例1-3所采用的不同配比的原料如表2所示，其中，所述的实施例1-3中所采用的新集料分别是石灰岩、玄武岩、玄武岩。
表2
制备方法为：
(1)将新集料在185℃下预热6h。
(2)将RAP料在120℃下,预热2h后,倒入拌和锅中拌和1.5min。
(3)将再生剂缓慢匀速加入拌和锅中拌和2min。
(4)将已预热的新集料、冷补沥青按比例逐次加入拌和锅中，拌和2min，待温度≤80℃时出料。
其中冷补沥青的制备方法为：
(1)将改性沥青加热至180℃，并缓慢注入皂液，以4500r/min的转速高速剪切15min制备得复合改性乳化沥青。
(2)按比例将低温固化环氧胶加入复合改性乳化沥青中，在常温下拌和均匀即得冷补沥青。
实施例4不同冷补料性能测试：
为了反映冷补料在有潮湿情况下的粘聚力，本发明将设计以下试验来评价一种适用于低温潮湿环境的固化冷补料的初期稳定性及耐久性。
(1)肯塔堡飞散试验
将制备得到的冷补料在常温下拌和并击实成型(50次/面)马歇尔试件，每种冷补料成型4个试件，在5℃环境中养生24h，之后再在5℃环境箱中进行肯塔堡飞散试验。各冷补料的初期抗飞散能力见图1，结果说明:在一定范围内沥青用量越多，RAP料掺量越少，冷补料的粘结性能越好，更能适应低温潮湿环境。
(2)马歇尔稳定度
采用上述同样方法制备马歇尔试件后，在20℃环境中分别养生1天和7天，之后再在常温下进行马歇尔稳定度试验。各冷补料的初期强度见图2。
(3)浸水车辙试验
制备密级配(AC-13)车辙板，其表面中心留一个的圆柱形(直径30cm，深度3cm)坑槽，往坑槽中注入2/3的纯净水后，再倒入冷补料，按照四周-中间-四周的锤击方式将冷补料夯实。将车辙板表面稍微洒水后进行车辙试验，以产生10mm变形对应的次数来评价冷补料在潮湿环境下的粘聚力，试验结果见图3。
经测试，实施例3的肯塔堡损失率、马歇尔稳定度及浸水车辙试验结果最佳，实施例3中冷补料的RAP料及新集料的掺量最小且冷补沥青掺量最多，表明在冷补料成型早期，冷补沥青提供了较大的粘聚力来抵抗车辆荷载及气候环境的作用。
综上所述，本发明制备的低温固化冷补料在低温潮湿环境下的能有效固化，且形成的固化物能有效改善集料之间的粘附性，提高冷补料的早期强度，应用于雨雪季节路面修补的前景广阔。
本发明已公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。因此，在不脱离本发明原理的前提下，本技术领域的普通技术人员还可以做出适当的改进和润饰，但均视为本发明的保护范围。
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