CN104861665A

CN104861665A - 一种发泡环氧沥青材料的制备方法

Info

Publication number: CN104861665A
Application number: CN201510214664.2A
Authority: CN
Inventors: 黄明; 温学钧; 徐健
Original assignee: Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2035-04-29
Also published as: CN104861665B

Abstract

本发明公开了一种发泡环氧沥青材料的制备方法，该方法是将环氧树脂与该发泡环氧沥青材料的剩余组分混合制得；所述的环氧树脂与该发泡环氧沥青材料的剩余组分的质量比为1：1.5～6.3。其包含将沥青30～84重量份、顺丁烯二酸酐4～17重量份、双丙酮丙烯酰胺20～42重量份、2-甲基咪唑8～20重量份、磷酸三丁酯3～10重量份按比例混合，然后进行发泡处理，再加入环氧树脂拌合。本发明提供的发泡环氧沥青材料的制备方法，通过环氧树脂和固化剂改性制备得到高强度、高耐热性、高疲劳寿命的泡沫环氧沥青材料，适用于高原路面、隧道铺面、冬季施工铺面等特殊路面。料，该材料适用于高原路面、隧道铺面、冬季施工铺面等特殊路面。

Description

一种发泡环氧沥青材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种可进行发泡处理的环氧沥青混合材料的制备方法，具体地，涉及一种发泡环氧沥青材料的制备方法。

背景技术

环氧沥青材料起源于上世纪60年代的美国，后于本世纪初进入中国，作为钢桥面铺装材料先后在我国南京长江二桥、润扬长江大桥、南京长江三桥、杭州湾大桥、湛江海湾大桥等大跨径钢桥面铺装中得到应用，是一种性能十分优异的路面材料，它具有强度高、刚度大、韧性好、抗疲劳性能，水稳定性能，抗化学腐蚀能力优异等优点。

目前所应用的环氧沥青中的固化体系多为酸酐类、改性胺类，均为高温固化体系，且固化温度范围狭窄，导致环氧沥青施工温度范围的要求十分严格，现行的环氧沥青施工可操作时间太短，容易造成混合料的浪费，摊铺等待时间较短，也是导致许多施工质量问题凸显的原因。这是众多环氧沥青研究人员的所共同研究的焦点问题。

泡沫沥青是基于基质沥青发泡，有着低排放、经济性优、早期强度高、环境污染少、储存性能好等特点，其关键技术在于将少量水加入沥青中，或通过发泡设备，或使用亲水材料(如沸石)、或潮湿的集料等，诱发沥青发泡，通过发泡形成的沥青膜结构来实现较低温度下对集料的裹覆和降低沥青混合料操作温度。但泡沫沥青大多不能够使用诸如SBS改性或胶粉类改性沥青进行发泡，因为这类改性沥青粘度往往较高，发泡效果甚微，而单单采用基质沥青的泡沫沥青往往强度无法提高，故导致泡沫沥青技术大多只能运用在基层或是修补工程中，用途和用量受到极大的限制。

常见钢桥面铺装用环氧沥青最大的施工弊端即在于其混合料在从摊铺到终压的过程中粘度上升太快，然而这类环氧沥青中的固化体系均表现为憎水性，在施工过程中要严格避免与水的接触，直接将这类环氧沥青进行发泡，会导致环氧树脂加入后仍无法固化，废料严重等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于可进行发泡的环氧沥青材料的制备方法。采用环氧树脂和固化剂改性的方法制备得到高强度、高耐热性、高疲劳寿命的泡沫环氧沥青材料，该材料适用于高原路面、隧道铺面、冬季施工铺面等特殊路面。

为了达到上述目的，本发明提供了一种发泡环氧沥青材料的制备方法，其中，所述的方法为将环氧树脂与该发泡环氧沥青材料的剩余组分混合制得；所述的环氧树脂与该发泡环氧沥青材料的剩余组分的质量比为1：1.5～6.3，优选为1：2.5。

上述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其中，所述的发泡环氧沥青材料的剩余组分包含：沥青30～84重量份，顺丁烯二酸酐4～17重量份，双丙酮丙烯酰胺20～42重量份，2-甲基咪唑8～20重量份，磷酸三丁酯3～10重量份。优选的比例为：沥青62重量份，顺丁烯二酸酐11重量份，双丙酮丙烯酰胺8重量份，2-甲基咪唑15重量份，磷酸三丁酯4重量份。

上述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其中，所述的制备方法包含：将沥青、顺丁烯二酸酐、双丙酮丙烯酰胺、2-甲基咪唑、磷酸三丁酯按比例混合，然后进行发泡处理，再加入环氧树脂拌合。

上述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其中，所述的按比例混合，其过程包含以下步骤：步骤1，按比例取沥青30～84重量份，顺丁烯二酸酐4～17重量份，双丙酮丙烯酰胺20～42重量份，2-甲基咪唑8～20重量份，磷酸三丁酯3～10重量份；步骤2，将顺丁烯二酸酐与沥青在140～158℃环境下拌合4～6小时；沥青中的沥青质会产生顺酐化反应；步骤3，一次性向步骤2所得的混合物中加入双丙酮丙烯酰胺，在140～158℃环境下混合均匀；使顺酐化后的沥青进一步酸酐化，沥青质会继续酸酐化反应；步骤4，将2-甲基咪唑加入步骤3所得的混合物中继续搅拌混合；2-甲基咪唑每分钟加入的质量为步骤1中所有组分总质量的2％，且2-甲基咪唑在混合物温度降到100℃前添加完毕；步骤5，在步骤4进行的同时加入磷酸三丁酯进行搅拌混合；所述的磷酸三丁酯一次性添加完毕；步骤6，各成分混合均匀后静置得到混合组分。

上述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其中，所述的步骤6的混合组分制得后，通过发泡机进行发泡处理，再加入环氧树脂拌合，其包含以下步骤：步骤a，打开发泡机泵与加热装置，进行预热；步骤b，将所述的步骤6的混合组分倒入发泡机中的沥青存储罐，调节温度至130～150℃，打开循环系统；步骤c，调节水量至1％～4％，优选2％；步骤d，进行发泡，然后将发泡后的沥青直接喷入拌和锅；步骤e，按比例取环氧树脂加入拌和锅进行拌和。

上述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其中，所述的环氧树脂在拌合前单独密封存储。

上述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其中，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂。

上述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其中，所述的环氧树脂包含牌号为E-54、E-52、E-51或E-44的环氧树脂中的任意一种或几种的组合。这四种牌号的双酚A型环氧树脂可以等质量替代，其中牌号越高则粘度越低。最优选地采用环氧树脂E-51，因为我国此牌号环氧树脂产量大，成本较低，且常温下为容易拌和的液态。

上述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其中，牌号为E-44的所述环氧树脂必须与其他环氧树脂混合使用。

上述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其中，牌号为E-44的所述环氧树脂的质量小于或等于发泡环氧沥青材料中环氧树脂总质量的10％，以保证环氧树脂常温下的粘度不会过高。其他三种环氧树脂的比例无特殊要求。

所述的发泡环氧沥青材料，由于各种环氧树脂掺量不同会造成环氧树脂和剩余组分的比例变化，根据其平均环氧值的不同，其变化可按下列式子计算：

设环氧树脂总质量中环氧树脂E-54、环氧树脂E-52、环氧树脂E-51、环氧树脂E-44的占总质量比值分别为a、b、c和d(其中d≤0.1)，则环氧树脂与剩余组分的比例为1：3×(1.058a+1.02b+c+0.863d)～5.8×(1.058a+1.02b+c+0.863d)，当a＝1、b＝0、c＝0、d＝0时取最大范围为1：3.255～6.251，当a＝0、b＝0、c＝1、d＝0.1时取最小范围为1：1.469～4.457。如果上述剩余组分均采用优选值，则环氧树脂与剩余组分的质量比为1：2.5×(1.058a+1.02b+c+0.863d)。

本发明提供的发泡环氧沥青材料的制备方法具有以下优点：

本发明制备的发泡环氧沥青材料具有粘结力好、强度高、耐热性高、疲劳寿命高等优点；另外，应用本发明的发泡环氧沥青材料进行铺面施工时，由于采用中温拌合，可有效降低施工气体排放；同时，应用本发明的发泡环氧沥青材料进行铺面施工还可解决一般环氧沥青可操作时间短的问题。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明提供的发泡环氧沥青材料的制备方法，是将环氧树脂与该发泡环氧沥青材料的剩余组分混合制得；环氧树脂与该发泡环氧沥青材料的剩余组分的质量比为1：1.5～6.3，优选为1：2.5。

发泡环氧沥青材料的剩余组分包含：沥青30～84重量份，顺丁烯二酸酐4～17重量份，双丙酮丙烯酰胺20～42重量份，2-甲基咪唑8～20重量份，磷酸三丁酯3～10重量份。优选的比例为：沥青62重量份，顺丁烯二酸酐11重量份，双丙酮丙烯酰胺8重量份，2-甲基咪唑15重量份，磷酸三丁酯4重量份。其中各组分的结构式如下：

顺丁烯二酸酐：

双丙酮丙烯酰胺：

2-甲基咪唑：

磷酸三丁酯：

本发明提供的发泡环氧沥青材料的制备方法，将沥青、顺丁烯二酸酐、双丙酮丙烯酰胺、2-甲基咪唑、磷酸三丁酯按比例混合，然后进行发泡处理，再加入环氧树脂拌合。

即，把发泡环氧沥青材料中的环氧树脂称为A组分，剩余组分称为B组分，将A、B两组分混合制得产品。混合前A、B两组分单独密封存储，直到进行制备沥青混合料时。施工拌合之前，用泡沫沥青发泡机对B组分进行发泡处理。

其中，B组分的制备包含如下步骤：

步骤1，按比例取沥青30～84重量份，顺丁烯二酸酐4～17重量份，双丙酮丙烯酰胺20～42重量份，2-甲基咪唑8～20重量份，磷酸三丁酯3～10重量份。

步骤2，将顺丁烯二酸酐与沥青拌合；顺丁烯二酸酐与沥青在140～158℃环境下拌合4～6小时，沥青中的沥青质会产生顺酐化反应。

步骤3，紧接步骤2，加入双丙酮丙烯酰胺；双丙酮丙烯酰胺一次性加入混合物中混合，使顺酐化后的沥青进一步酸酐化，沥青质会继续酸酐化反应，仍在140～158℃环境下进行。

步骤4，将2-甲基咪唑加入到步骤3完成后拌合好的混合物中继续搅拌混合；2-甲基咪唑每分钟加入的质量为B组分总质量的2％，且2-甲基咪唑在混合物温度降到100℃前添加完毕。

步骤5，在步骤4进行的同时加入磷酸三丁酯进行搅拌混合；该磷酸三丁酯一次性添加完毕。

步骤6，各成分混合均匀后静置即制得B组分。

然后用泡沫沥青发泡机对B组分进行发泡处理，并与A组分混合，其包含如下步骤：

步骤a，打开发泡机泵与加热体系，使之预热。

步骤b，将B组分倒入发泡机中的沥青存储罐，调节温度至130～150℃，打开循环系统。

步骤c，调节水量至1％～4％，优选2％。

步骤d，进行发泡。然后将沥青直接喷入拌和锅。

步骤e，拌和。按比例取A组分，并按需要与石料、矿粉等加入拌和锅进行拌和。

本发明提供的发泡环氧沥青材料的制备方法，采用的环氧树脂为双酚A型环氧树脂。其结构式如下：

其中，n＝0～1，n值越小，牌号越高，粘度越小；n值越大，牌号越低，粘度越大。

环氧树脂包含牌号为E-54、E-52、E-51或E-44的环氧树脂中的任意一种或几种的组合。这四种牌号的双酚A型环氧树脂可以等质量替代，其中牌号越高则粘度越低，来源均为市购。最优选地采用环氧树脂E-51，因为我国此牌号环氧树脂产量大，成本较低，且常温下为容易拌和的液态。E-51的结构式如下：

牌号为E-44的环氧树脂必须与其他环氧树脂混合使用。且该牌号为E-44的环氧树脂的质量小于或等于发泡环氧沥青材料中环氧树脂总质量的10％，以保证环氧树脂常温下的粘度不会过高。其他三种环氧树脂的比例无特殊要求。

本发明提供的发泡环氧沥青材料的制备方法，其中由于各种环氧树脂掺量不同会造成环氧树脂和剩余组分的比例变化，根据其平均环氧值的不同，其变化可按下列式子计算：

下面通过实施例对本发明做更进一步描述。

实施例1

A组分为我国牌号双酚A型环氧树脂E-51和E-54按1:1的比例的混合物；B组分由61重量份的沥青、10重量份的顺丁烯二酸酐、10重量份的2-甲基咪唑，11重量份的双丙酮丙烯酰胺和4重量份的磷酸三丁酯组成；拌和前，B组分进行143℃的发泡处理，A组分在80℃环境下保温1h，拌合时石料与矿粉温度为140℃。

A组分与B组分的质量比为1：3.1。

按照表1进行级配筛选。

表1 AC-13混合料配合比。

粒径

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

通过率

100

92

71

50

33

20

14

9

7

5

发泡机选用实验室用维特根WLB10型发泡机，水量为2％，测得发泡环氧沥青的半衰期为10s，膨胀率为11倍。

实施例2

本发明制备的发泡环氧沥青材料由A、B两种组分拌和而成，A组分为我国牌号双酚A型环氧树脂E-51(单组份，无其他牌号)；B组分由73重量份的沥青、5重量份的顺丁烯二酸酐、10重量份的2-甲基咪唑，10重量份的双丙酮丙烯酰胺，2重量份的磷酸三丁酯组成。拌和前，B组分进行143℃的发泡处理，A组分在80℃环境下保温1h，拌合时石料与矿粉温度为140℃。

A组分与B组分的质量比为1：2.8。

实施例3

普通的基质沥青进行发泡、拌和。选用SK产70号基质沥青，沥青指标如表2所示。

表2 基质沥青的常规指标。

三种实施例中混合料的目标空隙率相同，均为4％，选取四种沥青用量：4.2％、4.7％、5.2％和5.7％；分别击实成型，空隙率计算结果如表3。

表3 三组实施例中沥青用量的确定。

沥青用量(％)	4.2	4.7	5.2	5.7
					实施例1，空隙率(％)	4.9	4.3	3.6	3.0
实施例2，空隙率(％)	4.8	4.3	3.5	3.0
					实施例3，空隙率(％)	5.8	5.1	4.5	4.0

本发明制备的发泡环氧沥青材料，可用于公路或桥梁的沥青上面层的摊铺，也可以用在中面层、下面层或柔性基层的铺设。

试验最终选取5.0％作为本发明的实施例1和2中发泡环氧沥青材料的最佳油石比，5.7％为实施例3中普通发泡沥青混合料的最佳油石比。表3中“沥青用量”一行中，对于本发明的发泡环氧沥青材料是指A、B组分总共的用量。

根据现有的马歇尔试验设计方法确定的级配与油石比，对所有完成的试件均采取室温静置24h处理，而后采用JTG E20-2011中的马歇尔试验、车辙试验和冻融劈裂试验分别对比三个实施例中的混合料的路用性能。试验结果如表4所示。

表4 性能测试试验对比。

由结果可知，本发明制备的发泡环氧沥青材料，其路用性能均满足JTGF40—2004的要求，而仅用基质沥青发泡的沥青混合料的高温车辙性能和与水损害相关的冻融劈裂值均无法达到要求。

本发明提供的发泡环氧沥青材料的制备方法，是通过在制备沥青混合料的过程中，添加环氧树脂到发泡后的沥青里进行固化反应，形成一种空间网状结构以加大沥青的粘结力。其中发泡环氧沥青材料B组分的固化体系属于水性或自乳化型环氧固化剂，可在有水的环境下持续固化，通过将环氧沥青B组分发泡，可以有效降低施工温度，在A组分加入后，粘度亦不会过快的上升；而随着水的蒸发排出，固化体系与环氧树脂进行反应，混合料的强度上升，在10-24h内达到预期强度；此法可有效减少材料的浪费和能源的消耗，进一步扩展环氧沥青混合料的施工工艺和使用范围，此外，还可使生产成本降低，废料的风险降低，温度下降则施工成本也随之降低，降低粉尘排放、降低NO_x的排放，具有较好的社会效益。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种发泡环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，所述的方法为将环氧树脂与该发泡环氧沥青材料的剩余组分混合制得；所述的环氧树脂与该发泡环氧沥青材料的剩余组分的质量比为1：1.5～6.3。

2.如权利要求1所述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，所述的发泡环氧沥青材料的剩余组分包含：

沥青 30～84重量份，

顺丁烯二酸酐 4～17重量份，

双丙酮丙烯酰胺 20～42重量份，

2-甲基咪唑 8～20重量份，

磷酸三丁酯 3～10重量份。

3. 如权利要求2所述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包含：将沥青、顺丁烯二酸酐、双丙酮丙烯酰胺、2-甲基咪唑、磷酸三丁酯按比例混合，然后进行发泡处理，再加入环氧树脂拌合。

4. 如权利要求3所述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，所述的按比例混合，其过程包含以下步骤：

步骤1，按比例取沥青30～84重量份，顺丁烯二酸酐4～17重量份，双丙酮丙烯酰胺20～42重量份，2-甲基咪唑8～20重量份，磷酸三丁酯3～10重量份；

步骤2，将顺丁烯二酸酐与沥青在140～158℃环境下拌合4～6小时；

步骤3，一次性向步骤2所得的混合物中加入双丙酮丙烯酰胺，在140～158℃环境下混合均匀；

步骤4，将2-甲基咪唑加入步骤3所得的混合物中继续搅拌混合；2-甲基咪唑每分钟加入的质量为步骤1中所有组分总质量的2%，且2-甲基咪唑在混合物温度降到100℃前添加完毕；

步骤5，在步骤4进行的同时加入磷酸三丁酯进行搅拌混合；所述的磷酸三丁酯一次性添加完毕；

步骤6，各成分混合均匀后静置得到混合组分。

5. 如权利要求4所述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤6的混合组分制得后，通过发泡机进行发泡处理，再加入环氧树脂拌合，其包含以下步骤：

步骤a，打开发泡机泵与加热装置，进行预热；

步骤b，将所述的步骤6的混合组分倒入发泡机中的沥青存储罐，调节温度至130～150℃，打开循环系统；

步骤c，调节水量至1%～4%；

步骤d，进行发泡，然后将发泡后的沥青直接喷入拌和锅；

步骤e，按比例取环氧树脂加入拌和锅进行拌和。

6. 如权利要求5所述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，所述的环氧树脂在拌合前单独密封存储。

7. 如权利要求6所述的发泡环氧沥青材料的制备方法，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7所述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，所述的环氧树脂包含牌号为E-54、E-52、E-51或E-44的环氧树脂中的任意一种或几种的组合。

9. 如权利要求8所述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，牌号为E-44的所述环氧树脂必须与其他环氧树脂混合使用。

10. 如权利要求9所述的发泡环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，牌号为E-44的所述环氧树脂的质量小于或等于发泡环氧沥青材料中环氧树脂总质量的10%。