本发明属于道路工程领域，涉及一种水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土，特别涉及一种水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土及其制备方法。
背景技术：
传统的冷拌沥青混合料能在一定程度上实现常温拌合施工，降低能源消耗，但是冷拌沥青混合料路用性能较差，无法满足现代路面对沥青材料的要求，只能应用于低质量的路面铺设或小范围的修补。
水性丙烯酸树脂种类众多，一般分为热塑性单组份的水性丙烯酸树脂和热固性的双组份水性丙烯酸树脂。热塑性丙烯酸树脂分子量大，具有良好的耐候性、耐水性、耐化学品性及良好的物理机械性能，施工便捷等优点，热同性丙烯酸树脂相对分子量较小，粘度高，性能较优，具有良好的成膜光泽、丰满度、硬度、耐候性、耐溶剂性等特点，单双组份水性丙烯酸树脂固化机理不同，制备工艺不同。
水性丙烯酸树脂乳液作为一种沥青改性剂，水性丙烯酸树脂具有强度高、弹性高、粘度高、常温可成膜等特点，因此制得的水性丙烯酸树脂乳化沥青具有优良的高温性能、抗变形、抗压能力、弹性恢复能力，但由于水性丙烯酸树脂存在不耐水损害的缺点，导致制得的水性丙烯酸树脂乳化沥青混合料水损性能不佳。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术中的技术难题，提供一种水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土及其制备方法，针对水性丙烯酸树脂乳化沥青混合料的存在的抵抗水损害性能不佳的问题，通过添加水泥的方式提高混合料的水损性能。
为实现上述目的，本发明一方面提供一种水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土，包括水泥、集料、水性丙烯酸树脂乳液、乳化沥青、水，其中，水泥、集料、水性丙烯酸树脂乳液、乳化沥青、水的重量之比为0.1-10∶100∶1.0-16∶1.0-30∶0-8。
在一些实施例中，所述水泥选自硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中的一种或多种，优选为普通硅酸盐水泥。
在一些实施例中，所述集料选自玄武岩、石灰岩、辉绿岩和凝灰岩一种或几种且均符合现行集料技术标准；优选地，所述集料包括粗集料和细集料；所述粗集料优选为玄武岩，所述细集料优选为石灰岩。
在一些实施例中，所述粗集料与细集料重量之比为30-65∶35-70；优选地，所述粗集料的公称粒径为4.74mm＜δ，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm。
在一些实施例中，所述乳化沥青选自阴离子乳化沥青或阳离子乳化沥青。
在一些实施例中，所述水性丙烯酸树脂乳液选自单组份水性丙烯酸树脂乳液、单组份水性丙烯酸树脂分散体或双组份水性丙烯酸树脂乳液，所述水性丙烯酸树脂乳液为阴离子型、阳离子型或中性型。
在一些实施例中，所述双组份水性丙烯酸树脂乳液包括含有羟基的水性丙烯酸树脂分散体和固化剂，优选地，所述固化剂利用稀释剂进行稀释。
在一些实施例中，所述单组份水性丙烯酸树脂乳液为阴离子水性丙烯酸树脂乳液或分散体；固含量为40％-70％。
在一些实施例中，所述双组份水性丙烯酸树脂乳液中的固化剂选自水性异氰酸酯或氨基类固化剂；优选固含量为100％的水性异氰酸酯，所述稀释剂优选为丙二醇甲醚醋酸酯pma；所述固化剂与所述稀释剂的质量比为70∶30-80∶20。
在一些实施例中，所述双组份水性丙烯酸树脂乳液中，水性异氰酸酯固化剂和含羟基的水性丙烯酸树脂分散体的摩尔比例为：n(-nco)∶n(-oh)＝1.3-1.5。
本发明另一方面提供一种水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)将水性丙烯酸树脂乳液与乳化沥青混合，搅拌均匀，得到水性丙烯酸树脂乳化沥青，备用；
2)水泥掺入集料中，搅拌均匀得到混合料，备用；
3)向所述混合料中加入所述水性丙烯酸树脂乳化沥青，搅拌均匀，养护，即得水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土。
在一些实施例中，所述方法还包括在集料中加入水的步骤。
在一些实施例中，所述水性丙烯酸树脂乳液为双组份水性丙烯酸树脂乳液，步骤1)包括：
11)在搅拌条件下，将固化剂与稀释剂搅拌均匀，得到稀释的固化剂溶液；优选地，搅拌时间为120s-500s；搅拌速度为500r/min-1500r/min；
12)在搅拌条件下，将水性丙烯酸树脂分散体与稀释的固化剂溶液搅拌均匀，得到双组份水性丙烯酸树脂乳液；优选地，搅拌时间为120s-400s；搅拌速度为500r/min-5000r/min；
13)在搅拌条件下，将所述双组份水性丙烯酸树脂乳液与乳化沥青搅拌均匀，得到水性丙烯酸树脂乳化沥青；优选地，搅拌时间为60s-200s；搅拌速度为500r/min-1500r/min。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明首次将水泥加入到水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土中，利用水泥水化作用产生的水化产物一方面填充一部分孔隙，另一方面与水性丙烯酸树脂乳化沥青形成更密实的网状结构与集料的裹附性更好，提高了早期强度、高温性能，同时也弥补了水损害性能的不足。
2)本发明所制备的水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土，是一种全新的路面材料，不仅具有传统冷拌沥青混凝土的特点，而且具有优良的力学性能和稳定性，路用性能优异，大大延长了路用寿命，缩短了养护时间。
3)本发明所制备的水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土，在水性丙烯酸的选择上比较全面，不仅有物理反应，分子自聚的单组份的水性丙烯酸树脂乳液，还有发生化学交联反应的双组份水性丙烯酸树脂乳液，较全面的研究了水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土及其制备工艺。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。
本发明针对水性丙烯酸树脂乳化沥青混合料的存在的抵抗水损害性能不佳的问题，提出一种水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土，包括原料水泥、集料、水性丙烯酸树脂乳液、乳化沥青和水，所述水泥、集料、水性丙烯酸树脂乳液、乳化沥青和水的重量之比为0.1-10∶100∶1.0-16∶1.0-30∶0-8。
水泥在水性丙烯酸树脂乳化沥青混合料的作用主要体现在两方面：一方面水泥的加入，与水发生水化反应放热，吸收水性丙烯酸树脂乳化沥青中的乳液，热量产生促进乳化沥青破乳，水性丙烯酸分子与沥青分子聚集固化，缩短了强度形成时间；另一方面，纤维状的水化产物向周围环境中发展，填充了混合料中水分挥发留下的孔隙，同时由于水泥水化物与水性丙烯乳化沥青形成沥青膜，相互独立又相互交织，形成密实的立体网状结构，比之前的水性丙烯酸树脂乳化沥青膜更能很好地粘附石料。水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青与集料形成的密实稳定结构，使混合料具有足够的早期强度，增强了沥青抵抗高温软化导致混合料变形的能力及水稳定性能。
本发明通过水性丙烯酸树脂对乳化沥青进行改性，使其不仅具备乳化沥青施工便捷、安全、经济、节约能源、能耗的特点，同时使乳化沥青具备水性丙烯酸树脂的高粘度、高强度等特点，同时水泥的加入更加优化了高温性能，同时弥补了早期强度低和水损害性能不足的特点，提高了路用性能，使水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土及混合料不仅用于稀浆封层、微表处、路面修补、也能应用于新建道路中。
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
本发明实施例中水泥包括：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等。优选普通硅酸盐水泥。
本发明实施例中集料为玄武岩、石灰岩、辉绿岩、凝灰岩中的一种或多种且均符合现行技术标准集料；所述集料由粗集料和细集料组成，所述粗集料优选玄武岩，细集料优选石灰岩；所述粗集料、细集料的重量比为30-65∶35-70，所述粗集料的公称粒径为4.74mm＜δ≤13.2，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm。
本发明实施例中水性丙烯酸树脂为水性丙烯酸树脂乳液或分散体，其固含量为40％-70％；双组份水性丙烯酸树脂乳液中固化剂为水性异氰酸酯固化剂，固化剂的固含量为100％；固化剂的稀释剂为丙二醇甲醚醋酸酯pma。
实施例1
1)制备水性丙烯酸树脂乳化沥青
按照如下重量配比备料：
单组份水性丙烯酸树脂乳液392.70g乳化沥青386.26g
将水性丙烯酸树脂乳液与乳化沥青混合，在500/min的速度下充分搅拌120s，得到绿色且均匀的混合物，即得。
其中单组份水性丙烯酸树脂乳液和乳化沥青均为阴离子型。
2)制备水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土
将5100g集料置于拌合锅中，添加水102g，常温下搅拌100s，制得混合料；
称取步骤1)制备的水性丙烯酸树脂乳化沥青708g置于拌合锅中与混合料拌合，常温拌合200s，养护，即得水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土。
其中，所述集料由粗集料和细集料组成，所述粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩；所述粗集料、细集料的重量比为30-65∶35-70，所述粗集料的公称粒径为4.74mm＜δ≤13.2mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm。
实施例2
1)制备水性丙烯酸树脂乳化沥青
按照如下重量配比备料：
单组份水性丙烯酸树脂乳液374.0g乳化沥青294.30g
将水性丙烯酸树脂乳液与乳化沥青混合，在500/min的速度下充分搅拌150s，得到褐色且均匀的混合物，即得。
其中单组份水性丙烯酸树脂乳液和乳化沥青均为阴离子型。
2)制备水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土
将5100g集料置于拌合锅中，添加水泥25.5g，常温下搅拌50s，制得混合料；
称取步骤1)制备的水性丙烯酸树脂乳化沥青607.54g置于拌合锅中与混合料拌合，常温拌合150s，养护，即得水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土。
其中，所述集料由粗集料和细集料组成，所述粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩；所述粗集料、细集料的重量比为30-65∶35-70，所述粗集料的公称粒径为4.74mm＜δ≤13.2mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm。
实施例3
1)制备水性丙烯酸树脂乳化沥青
按照如下重量配比备料：
双组份水性丙烯酸树脂分散体197.2g固化剂39.44g
稀释剂pma9.86g乳化沥青320.05g
将固化剂与稀释剂混合，在500/min的速度下充分搅拌250s，得到稀释后的固化剂，备用；
将双组份水性丙烯树脂分散体与稀释后的固化剂混合，在500/min的速度下充分搅拌140s，得到双组份水性丙烯酸聚氨酯乳液；
将水性丙烯酸树脂乳液与乳化沥青混合，在500/min的速度下充分搅拌2000s，得到褐色且均匀的混合物，即得双组份水性丙烯酸树脂乳化沥青。
其中，双组份水性丙烯酸树脂乳液和乳化沥青均为阴离子型；
其中，固化剂为水性异氰酸酯固化剂，固含量为100％。
2)制备水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土
将5100g集料置于拌合锅中，称取步骤1)制备的水性丙烯酸树脂乳化沥青515.9g置于拌合锅中与混合料拌合，常温拌合150s，养护，即得水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土。
其中，所述集料由粗集料和细集料组成，所述粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩；所述粗集料、细集料的重量比为30-65∶35-70，所述粗集料的公称粒径为4.74mm＜δ≤13.2mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm。
实施例4
1)制备水性丙烯酸树脂乳化沥青
按照如下重量配比备料：
双组份水性丙烯酸树脂分散体44.31g固化剂9.43g
稀释剂pma2.35g乳化沥青374g
将固化剂与稀释剂混合，在500/min的速度下充分搅拌250s，得到稀释后的固化剂，备用；
将双组份水性丙烯树脂分散体与稀释后的固化剂混合，在500/min的速度下充分搅拌140s，得到双组份水性丙烯酸聚氨酯乳液；
将水性丙烯酸树脂乳液与乳化沥青混合，在500/min的速度下充分搅拌2000s，得到褐色且均匀的混合物，即得双组份水性丙烯酸树脂乳化沥青。
其中，双组份水性丙烯酸树脂乳液和乳化沥青均为阳离子型；
其中，固化剂为水性异氰酸酯固化剂，固含量为100％。
2)制备水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土
将5100g集料置于拌合锅中，添加水153g，常温下搅拌50s，制得混合料；
称取步骤1)制备的水性丙烯酸树脂乳化沥青391g置于拌合锅中与混合料拌合，常温拌合150s，养护，即得水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土。
其中，所述集料由粗集料和细集料组成，所述粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩；所述粗集料、细集料的重量比为30-65∶35-70，所述粗集料的公称粒径为4.74mm＜δ≤13.2mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm。
实施例5
1)制备水性丙烯酸树脂乳化沥青
按照如下重量配比备料：
单组份水性丙烯酸树脂乳液449.96875乳化沥青151.7459
将水性丙烯酸树脂乳液与乳化沥青混合，在500/min的速度下充分搅拌150s，得到褐色且均匀的混合物，即得。
其中单组份水性丙烯酸树脂乳液和乳化沥青均为阴离子型。
2)制备水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土
水泥25.5g，水102g
将5100g集料与25.5g水泥置于拌合锅中，添加水102g，常温下搅拌50s，制得混合料；
称取步骤1)制备的水性丙烯酸树脂乳化沥青547.01g置于拌合锅中与混合料拌合，常温拌合150s，养护，即得水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土。
其中，所述集料由粗集料和细集料组成，所述粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩；所述粗集料、细集料的重量比为30-65∶35-70，所述粗集料的公称粒径为4.74mm＜δ≤13.2mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm。
实施例6
1)制备水性丙烯酸树脂乳化沥青
按照如下重量配比备料：
双组份水性丙烯酸树脂分散体98.6固化剂19.72
稀释剂pma4.93g乳化沥青426.7279
将固化剂与稀释剂混合，在500/min的速度下充分搅拌250s，得到稀释后的固化剂，备用；
将双组份水性丙烯树脂分散体与稀释后的固化剂混合，在500/min的速度下充分搅拌140s，得到双组份水性丙烯酸聚氨酯乳液；
将水性丙烯酸树脂乳液与乳化沥青混合，在500/min的速度下充分搅拌2000s，得到褐色且均匀的混合物，即得双组份水性丙烯酸树脂乳化沥青。
其中，双组份水性丙烯酸树脂乳液和乳化沥青均为阴离子型；
其中，固化剂为水性异氰酸酯固化剂，固含量为100％。
2)制备水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土
水泥76.5g水204g
将5100g集料与水泥置于拌合锅中，添加水204g，常温下搅拌50s，制得混合料；
称取步骤1)制备的水性丙烯酸树脂乳化沥青510.0g置于拌合锅中与混合料拌合，常温拌合150s，养护，即得水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土。
其中，所述集料由粗集料和细集料组成，所述粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩；所述粗集料、细集料的重量比为30-65∶35-70，所述粗集料的公称粒径为4.74mm＜δ≤13.2mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm。
对照例1
除了不加入水性丙烯酸树脂乳液外，其余均与实施例2相同，制得冷拌乳化沥青混凝土。
其中，所述集料由粗集料、细集料和填料组成，所述粗集料、细集料和填料的重量比为50∶60∶7，所述粗集料的公称粒径为：δ＞4.75mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm，所述填料的公称粒径为δ≤0.075mm。
试验例1
将实施例1-6制备的水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土和对照例1制备的冷拌乳化沥青混凝土按照规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(jtje20-2011)》成型试件、养护和进行马歇尔性能测试。测试结果如表1所示。
表1马歇尔性能测试结果
注1：技术要求的依据为《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(jtje20-2011)》t0709
由表1可以看出，对照例1制备的冷拌乳化沥青混凝土稳定度差，马歇尔稳定度指标达不到技术要求，水损害性能较差，不能用于道路摊铺；实施例1-6制备的水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土经过水性丙烯酸树脂的改性作用，其马歇尔稳定度与对照例1比均有提高，实施例2甚至可达5倍以上，水损害性能也提高。
实施例2为单组份水性丙烯酸树脂乳化沥青添加水泥，由表1可知，本发明的水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土的各项指标较高。实施例5、6在双组份水性丙烯酸树脂乳化沥青混合料的基础上添加水泥，其指标较不添加时有提高。不仅提高了力学性能，同时提高了水稳定性。
综上，本发明制备的水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土强度大，并具有优良的水稳定性能，通过水性丙烯酸树脂的改性作用，冷拌的工艺达到了技术效果，尤其单组份水泥-水性丙烯酸树脂乳化沥青混凝土是一种路用性能优异的路面材料，可广泛应用于沥青路面修补、稀浆封层、微表处和新建道路中。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。