CN101255277A - 一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料及其制备方法 - Google Patents

一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种桥面铺装用环氧树脂改性沥青材料及其制备方法。一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料，其特征在于它由A组分和B组分组成；A组分由沥青、聚合物改性剂、酸酐固化剂、表面活性剂和稀释剂原料制备而成；A组分各原料的质量份为：沥青60～80份、聚合物改性剂1～10份、酸酐固化剂10～30份、表面活性剂0.5～3份、稀释剂2～8份；B组分为环氧树脂，A组分与B组分的质量比为3～9∶1。本发明的环氧改性沥青材料不仅强度高、相容性好、柔韧性好、热稳定性优，而且成本低廉。

Description

一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性沥青及其制备方法。
背景技术
随着世界各国大跨径桥梁的不断增加，为了减轻大跨径桥梁上部结构的自重，常采用正交异性钢桥面结构。正交异性钢桥面的刚度较小，局部变形大，这就要求桥面沥青铺装层应具有良好的变形协调能力。环氧改性沥青混凝土具有较好的高温稳定性和耐久性能，在国内外已有多座桥梁采用环氧改性沥青混凝土作为桥面铺装层。
环氧改性沥青混凝土是由环氧改性沥青与集料所组成，其中环氧改性沥青的性能对环氧改性沥青混凝土的性能起决定性作用。适用于环氧沥青混凝土的环氧改性沥青应满足以下要求：(1)环氧树脂与沥青具有良好的相容性，以保证环氧改性沥青性能的均一性；(2)良好的柔韧性，以保证环氧沥青混凝土能适应桥面因温度变化和荷载而产生的变形。然而，由于环氧树脂是极性物质，而沥青是非极性物质，两者相容性较差，制得的环氧改性沥青易分层离析，同时普通环氧树脂固化后柔韧性差，用其制备的环氧改性沥青的脆性也大，导致环氧沥青混凝土不能适应桥面的变形，容易破坏。为使环氧改性沥青能满足相容性和柔韧性要求，国外是通过合成制备专用于沥青改性的环氧树脂，但其存在的问题是成本很高，售价高昂。目前从美国和日本进口的专用环氧树脂改性沥青(沥青与固化剂∶环氧树脂约为3～5∶1)的价格为5万多人民币/吨，为普通双酚A型环氧树脂改性沥青价格的6～10倍。昂贵的价格严重制约了环氧沥青混凝土的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、相容性好、柔韧性好的桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料，其特征在于它由A组分和B组分组成；A组分由沥青、聚合物改性剂、酸酐固化剂、表面活性剂和稀释剂原料制备而成；A组分各原料的质量份为：沥青60～80份、聚合物改性剂1～10份、酸酐固化剂10～30份、表面活性剂0.5～3份、稀释剂2～8份；B组分为环氧树脂，A组分与B组分的质量比为3～9∶1。
所述的沥青是道路石油沥青，其软化点为40～65℃，25℃针入度大于40(单位为0.1mm)。
所述的聚合物改性剂是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)和丁苯橡胶(SBR)的一种或二者混合物，混合时为任意比。
所述的酸酐固化剂为甲基内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、十二烷基代顺丁烯二酸酐的一种或任意二种以上(含二种)的混合物，任意二种以上(含二种)混合时为任意比。
所述的表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠的一种或任意二种以上(含二种)的混合物，任意二种以上(含二种)混合时为任意比。
所述的稀释剂为丁基缩水甘油醚、丙三醇缩水甘油醚的一种或二者的混合物，混合时为任意比。
所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，可以是E-51型或E-44型。
上述的一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
(1)A组分原料的准备：按各原料的质量份为：沥青60～80份、聚合物改性剂1～10份、酸酐固化剂10～30份、表面活性剂0.5～3份、稀释剂2～8份，选取沥青、聚合物改性剂、酸酐固化剂、表面活性剂和稀释剂原料，备用；
(2)加热沥青至150～180℃，添加聚合物改性剂，开动剪切搅拌机，在2000～6000rpm的转速下搅拌40～120min，降温到100～150℃；
(3)加入酸酐固化剂、稀释剂和表面活性剂，保持温度为100～150℃，在500～2000rpm的转速下搅拌20～60min，即制得A组分；
(4)将预热至40～90℃的B组分加入到A组分中，B组分为环氧树脂，A组分与B组分的质量比为3～9∶1，继续搅拌5～15min，即制成桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料。
本发明的有益效果是：通过表面活性剂降低环氧树脂与沥青间的界面张力，以利于环氧树脂在沥青中的分散与稳定，从而提高环氧树脂与沥青的相容性；通过聚合物改性剂的使用，以改善环氧改性沥青的柔韧性，从而提高环氧改性沥青的变形适应能力，实现使用普通双酚A环氧树脂制备强度高、柔韧性好、热稳定性优的环氧改性沥青，以显著降低环氧改性沥青的成本，促进环氧改性沥青材料的应用。
附图说明
图1a为本发明的实施例1(采用表面活性剂)的荧光图片。
图1b为未加入表面活性剂的环氧改性沥青的荧光图片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
将7份(质量份，以下相同)丁苯橡胶(SBR)加到70份已升温至170℃的沥青(道路石油沥青，软化点48.5℃，针入度79，针入度单位为0.1mm)中，保持温度为175℃，在5000rpm的转速下搅拌60min，降温至130℃，加入17份甲基四氢邻苯二甲酸酐、1.5份十二烷基苯磺酸钠和4.5份丁基缩水甘油醚，保持混合物温度为130℃，在1500rpm的转速下搅拌反应40min，即得到A组分。B组分为E-51型双酚A环氧树脂。使用时，将A组分加热到130℃，B组分加热到80℃，A组分与B组分的质量比为5∶1，控制混合物温度为120℃，在3000rpm的转速下搅拌8min，即制得桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料(记为a)，将制好的桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料在120℃养护1天，然后在60℃养护7天后测试其性能，测试结果列于表1。
为比较表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的效果，将实施例1中沥青组分变为71.5份，不加十二烷基苯磺酸钠，其它材料和比例相同，并按相同的方法制备环氧改性沥青(记为b)。采用荧光显微镜分别对a和b两种环氧改性沥青进行微观结构观察，观察结果如图1a、图1b所示。由图1a、图1b可见，未加入十二烷基苯磺酸钠的环氧改性沥青中环氧树脂在沥青中分散较差，环氧树脂与沥青间有明显的界面，环氧树脂在沥青中的分散颗粒较大，并且环氧树脂没有形成连续相。加入十二烷基苯磺酸钠的环氧改性沥青中环氧树脂在沥青中均匀分散，环氧树脂与沥青间没有明显的界面，环氧树脂以细小的颗粒分散在沥青中，并形成了连续相。由此表明，加入十二烷基苯磺酸钠后，环氧树脂与沥青间的相容性提高。
为了比较聚合物对环氧沥青柔韧性改善作用，将实施例1中沥青组分变为77份，不加聚合物SBR，其它材料和比例相同，采用相同的方法制备环氧改性沥青，记为A1(对应表1中的实施例A1)，将制好的环氧改性沥青在120℃养护1天，然后在60℃养护7天后测试其性能，结果列于表1。由表1可见，未加入SBR的环氧沥青的断裂伸长率仅为60％，但加入SBR后，断裂伸长率达到了270％，环氧沥青的柔韧性大大提高，同时加入SBR的环氧沥青拉伸强度和剪切强度也有一定程度的提高。
实施例2：
将3.5份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)加到72.5份已升温至180℃的沥青(道路石油沥青，软化点46.5℃，针入度91，针入度单位为0.1mm)中，保持温度为175℃，在5000rpm的转速下搅拌90min，加入15份甲基六氢邻苯二甲酸酐，7份丙三醇缩水甘油醚和2份十二烷基二甲基甜菜碱，保持混合物温度为135℃，在1000rpm的转速下搅拌反应50min，即得到A组分。B组分为E-51型双酚A环氧树脂。使用时，将A组分加热到135℃，B组分加热到75℃，A组分与B组分的质量比为6∶1，控制混合物温度为110℃，搅拌5min，即制得桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料。将制好的桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料在120℃养护1天，然后在60℃养护7天后测试其性能，结果列于表1。表1表明，所制备的桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料具有较高的拉伸强度、剪切强度和断裂伸长率。
实施例3：
将3份苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)和2份丁苯橡胶(SBR)加到65份已升温至180℃的沥青(道路石油沥青，软化点47℃，针入度74，针入度单位为0.1mm)中，保持温度为175℃，在3000rpm的转速下搅拌110min；加入25份甲基六氢邻苯二甲酸酐、2份十二烷基二甲基甜菜碱和3份丙三醇缩水甘油醚，保持温度为140℃，以1800rpm搅拌60min；，即得到环氧改性沥青A组分。B组分为E-44型双酚A环氧树脂。使用时，将A组分加热到140℃，B组分加热到90℃，A组分与B组分的质量比为3∶1，控制混合物温度为120℃，搅拌10min，即制得桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料，将制好的桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料在120℃养护1天，然后在60℃养护7天后测试其性能，结果列于表1。表1表明，所制备的桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料具有优良的拉伸强度、剪切强度和断裂伸长率。
表1环氧改性沥青试验结果
Figure A20081004729200061
实施例4：
一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料的制备方法，它包括如下步骤：
(1)A组分原料的准备：按各原料的质量份为：沥青60份、聚合物改性剂1份、酸酐固化剂30份、表面活性剂0.5份、稀释剂2份，选取沥青、聚合物改性剂、酸酐固化剂、表面活性剂和稀释剂原料，备用；
所述的沥青是道路石油沥青，其软化点为40℃，25℃针入度大于40(单位0.1mm)；
所述的聚合物改性剂是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)；
所述的酸酐固化剂为甲基内次甲基四氢邻苯二甲酸酐；所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述的稀释剂为丁基缩水甘油醚；所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，是E-51型；
(2)加热沥青至150℃，添加聚合物改性剂，开动剪切搅拌机，在2000rpm的转速下搅拌40min，降温到100℃；
(3)加入酸酐固化剂、稀释剂和表面活性剂，保持温度为100℃，在500rpm的转速下搅拌20min，即制得A组分；
(4)将预热至40℃的B组分加入到A组分中，B组分为环氧树脂，A组分与B组分的质量比为3∶1，继续搅拌5min，即制成桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料。
实施例5：
一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料的制备方法，它包括如下步骤：
(1)A组分原料的准备：按各原料的质量份为：沥青60份、聚合物改性剂1份、酸酐固化剂30份、表面活性剂0.5份、稀释剂2份，选取沥青、聚合物改性剂、酸酐固化剂、表面活性剂和稀释剂原料，备用；
所述的沥青是道路石油沥青，其软化点为40℃，25℃针入度大于40(单位0.1mm)；
所述的聚合物改性剂是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)；
所述的酸酐固化剂为顺丁烯二酸酐；所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠；所述的稀释剂为丁基缩水甘油醚；所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，是E-51型；
(2)加热沥青至150℃，添加聚合物改性剂，开动剪切搅拌机，在2000rpm的转速下搅拌40min，降温到100℃；
(3)加入酸酐固化剂、稀释剂和表面活性剂，保持温度为100℃，在500rpm的转速下搅拌20min，即制得A组分；
(4)将预热至40℃的B组分加入到A组分中，B组分为环氧树脂，A组分与B组分的质量比为3∶1，继续搅拌5min，即制成桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料。
实施例6：
一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料的制备方法，它包括如下步骤：
(1)A组分原料的准备：按各原料的质量份为：沥青80份、聚合物改性剂10份、酸酐固化剂10份、表面活性剂3份、稀释剂8份，选取沥青、聚合物改性剂、酸酐固化剂、表面活性剂和稀释剂原料，备用；
所述的沥青是道路石油沥青，其软化点为65℃，25℃针入度大于40(单位0.1mm)；
所述的聚合物改性剂是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)和丁苯橡胶(SBR)，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和丁苯橡胶各占聚合物改性剂质量的1/2；
所述的酸酐固化剂为甲基六氢邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐和十二烷基代顺丁烯二酸酐，各占酸酐固化剂质量的1/3；
所述的表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠，各占表面活性剂质量的1/3；
所述的稀释剂为丁基缩水甘油醚和丙三醇缩水甘油醚，各占表面活性剂质量的1/2；
所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，是E-44型；
(2)加热沥青至180℃，添加聚合物改性剂，开动剪切搅拌机，在6000rpm的转速下搅拌120min，降温到150℃；
(3)加入酸酐固化剂、稀释剂和表面活性剂，保持温度为150℃，在2000rpm的转速下搅拌60min，即制得A组分；
(4)将预热至90℃的B组分加入到A组分中，B组分为环氧树脂，A组分与B组分的质量比为9∶1，继续搅拌15min，即制成桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料。

Claims (8)

1.一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料，其特征在于它由A组分和B组分组成；A组分由沥青、聚合物改性剂、酸酐固化剂、表面活性剂和稀释剂原料制备而成；A组分各原料的质量份为：沥青60～80份、聚合物改性剂1～10份、酸酐固化剂10～30份、表面活性剂0.5～3份、稀释剂2～8份；B组分为环氧树脂，A组分与B组分的质量比为3～9∶1。
2.根据权利要求1所述的一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料，其特征在于：所述的沥青是道路石油沥青，软化点为40～65℃，25℃针入度大于40，针入度的单位为0.1mm。
3.根据权利要求1所述的一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料，其特征在于：所述的聚合物改性剂是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和丁苯橡胶的一种或二者混合物，混合时为任意比。
4.根据权利要求1所述的一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料，其特征在于：所述的酸酐固化剂为甲基内次甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐、十二烷基代顺丁烯二酸酐的一种或任意二种以上的混合物，任意二种以上混合时为任意比。
5.根据权利要求1所述的一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料，其特征在于：所述的表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠的一种或任意二种以上的混合物，任意二种以上混合时为任意比。
6.根据权利要求1所述的一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料，其特征在于：所述的稀释剂为丁基缩水甘油醚、丙三醇缩水甘油醚的一种或二者的混合物，混合时为任意比。
7.根据权利要求1所述的一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料，其特征在于：所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
8.如权利要求1所述的一种桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
(1)A组分原料的准备：按各原料的质量份为：沥青60～80份、聚合物改性剂1～10份、酸酐固化剂10～30份、表面活性剂0.5～3份、稀释剂2～8份，选取沥青、聚合物改性剂、酸酐固化剂、表面活性剂和稀释剂原料，备用；
(2)加热沥青至150～180℃，添加聚合物改性剂，开动剪切搅拌机，在2000～6000rpm的转速下搅拌40～120min，降温到100～150℃；
(3)加入酸酐固化剂、稀释剂和表面活性剂，保持温度为100～150℃，在500～2000rpm的转速下搅拌20～60min，即制得A组分；
(4)将预热至40～90℃的B组分加入到A组分中，B组分为环氧树脂，A组分与B组分的质量比为3～9∶1，继续搅拌5～15min，即制成桥面铺装用柔性环氧改性沥青材料。
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