CN106832978A - 一种用于钢桥面铺装的环氧沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于钢桥面铺装的环氧沥青及其制备方法，它是由A组分、B组分和石油沥青制得；其中，A组分包括环氧树脂50‑100份、橡胶改性环氧树脂0‑40份、促进剂1‑10份和稀释剂5‑20份；B组分包括潜伏型固化剂35‑60份、酸酐类固化剂1‑10份、增韧剂1‑10份和相容剂1‑15份；石油沥青50‑100份。采用本发明提供的用于钢桥面铺装的环氧沥青，韧性高，稳定度高，低温抗裂性能及疲劳耐久性能优异，在160‑190℃环境中具有充足的施工容留时间，且在常温下的养护时间短；本发明提供的用于钢桥面铺装的环氧沥青，各项综合性能优异，可用于普通钢桥面的铺装，特别适用于重载、高温和大跨径的钢桥面铺装，机场跑道道面和高温地区道面铺装。

Description

一种用于钢桥面铺装的环氧沥青及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环氧沥青材料，具体是一种用于钢桥面铺装的环氧沥青。

背景技术

随着我国现代化路桥基础设施建设规模逐渐扩大，越来越多的钢结构桥梁相继建成并投入运营，在钢结构桥梁建设过程中，由于钢结构桥梁普遍采用正交异性钢桥面板，钢桥面板受力和变形较为复杂，其铺装材料，尤其是用于高温、重载和大跨径钢桥面的铺装材料是一个世界性热点与难点。环氧沥青铺装材料具有优异的力学性能和高温稳定性，自2001年成功应用于南京长江二桥并取得良好的效果之后，环氧沥青铺装材料在国内众多钢桥面铺装工程中得到了推广和工程应用，现已成为我国钢桥面主流铺装材料之一。

目前国内所应用的环氧沥青多为普通温拌环氧沥青，其拌合温度一般为110℃-130℃，在钢桥面铺装过程中，普通温拌环氧沥青容易引起混合料早期开裂，施工工艺比较复杂，施工容留时间短，施工难度较大；由于水汽在铺装过程中无法完全挥发，容易引起环氧沥青铺装层鼓包，进而出现开裂、坑槽等病害；此外，普通温拌环氧沥青是以羧酸作为固化剂，固化反应存在明显的时温效应,当温度降低至常温后，其固化速率慢,反应时间较长，用其所制备的环氧沥青混合料后期养护时间较长，一般需要30-45天的时间。

日本大有建设公司的TAF环氧沥青拌和温度为160-170℃，容留时间较长，但其韧性较差，成本过高，是限制其大量应用的关键因素。

在CN105838094A中公开了一种钢桥面铺装用的增韧型温拌环氧沥青，它是采用MBS核-壳接枝共聚物为增韧剂，采用酚类化合物作为相容剂，利用MBS核-壳接枝共聚物低温下柔韧性较好且能与沥青互溶的特点来对沥青材料进行增柔增韧，利用酚类化合物与沥青和环氧树脂都能互溶的特点，作为第三相来降低沥青和环氧树脂间的界面张力，以达到共混体系稳定的目的。但是，它在25℃的断裂拉伸率只有216%，拉伸强度只能达到1.89Mpa(兆帕)，70℃动稳定度只能达到35200次/mm, 弯曲疲劳性能只能达到82万次，该温拌环氧沥青的强度、韧性、稳定性，低温抗弯能力和抗疲劳性能有待进一步提高。

发明内容

本发明目的是提供一种韧性高，稳定度高，抗开裂性和抗疲劳性能优异，施工容留时间长，常温养护时间短的用于钢桥面铺装的环氧沥青；

本发明另一目的是提供一种降低铺装施工成本的用于钢桥面铺装的环氧沥青的制备方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明用于钢桥面铺装的环氧沥青，其特征在于：它是由A组分、B组分和石油沥青制得；

其中，组分按重量份比计：A组分包括环氧树脂50-100份、橡胶改性环氧树脂0-40份、促进剂1-10份和稀释剂5-20份；B组分包括潜伏型固化剂35-60份、酸酐类固化剂1-10份、增韧剂1-10份和相容剂1-15份；石油沥青50-100份。

为进一步提高上述环氧沥青的性能，A组分包括环氧树脂55-80份、橡胶改性环氧树脂10-25份、促进剂1-6份和稀释剂4-13份；B组分包括潜伏型固化剂35-45份、酸酐类固化剂3-10份、增韧剂2-5份和相容剂7-15份；石油沥青84-100份。

为更进一步提高上述环氧沥青的性能，A组分包括环氧树脂60份、橡胶改性环氧树脂12份、促进剂3份和稀释剂9份；B组分包括潜伏型固化剂40份、酸酐类固化剂6份、增韧剂3份和相容剂9份；石油沥青90份。

本发明中环氧树脂选用双酚A型环氧树脂E-44、双酚A型环氧树脂E-51、双酚F型环氧树脂DER-354、双酚F型环氧树脂GY-281中的一种或几种任意组合；橡胶改性环氧树脂选用丁腈橡胶双酚A型环氧树脂；促进剂选用苯酚、水杨酸、三乙醇胺、苄基二甲胺中的一种或几种任意组合；稀释剂选用邻苯二甲酸二辛酯或二丙二醇二苯甲酸酯；潜伏型固化剂选用3,3'-二甲基-4,4'-二氨基-二环己基甲烷、聚醚胺、二氰二氨中的一种或几种任意组合；酸酐类固化剂选用聚壬二酸酐、六氯内亚甲基四氢苯二甲酸酐、二苯醚四酸二酐中的一种或几种任意组合；增韧剂选用聚丙二醇二缩水甘油酯或月桂基缩水甘油醚；相容剂选用萘油或沥青焦油；石油沥青选用70#石油沥青或90#石油沥青。

优选地，本发明中石油沥青为70#石油沥青。

更优选地，本发明中环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-51；促进剂为苄基二甲胺；稀释剂为二丙二醇二苯甲酸酯；潜伏型固化剂为聚醚胺；酸酐类固化剂为二苯醚四酸二酐；增韧剂为月桂基缩水甘油醚；相容剂为萘油；石油沥青为70#石油沥青。

本发明中所有原料均为本领域普通技术人员知晓的市售产品。

一种用于钢桥面铺装的环氧沥青及其制备方法,其特征在于按如下步骤进行：

取50-100份环氧树脂、0-40份橡胶改性环氧树脂、1-10份促进剂和5-20份稀释剂混合，搅拌1-1.5小时，得到A组分；取35-60份潜伏型固化剂、1-10份酸酐类固化剂、1-10份增韧剂和1-15份相容剂混合，搅拌0.5-0.8小时，得到B组分；取50-100份石油沥青加热至130-150℃，得到加热后的石油沥青；将前述所得的A组分、B组分和加热后的石油沥青混合，搅拌2.5-3小时，得到用于钢桥面铺装的环氧沥青。

优选地，取60份环氧树脂、12份橡胶改性环氧树脂、3份促进剂和9份稀释剂混合，搅拌1.2小时，得到A组分；取40份潜伏型固化剂、6份酸酐类固化剂、3份增韧剂和9份相容剂混合，搅拌0.7小时，得到B组分；取90份石油沥青加热至140℃，得到加热后的石油沥青；将前述所得的A组分、B组分和加热后的石油沥青混合，搅拌2.5小时，得到用于钢桥面铺装的环氧沥青。

本发明具有如下的有益效果：

采用本发明提供的用于钢桥面铺装的环氧沥青，既能大幅提高环氧沥青混合料的稳定性和韧性，提升环氧沥青混合料的低温抗裂性能及疲劳耐久性能，还能在高温环境下延长环氧沥青混合料的施工容留时间，缩短常温养护时间，此外，还能够降低环氧沥青混合料的空隙率。

经测试，由本发明制备的用于钢桥面铺装的环氧沥青混合料，其马歇尔稳定度达到100KN（千牛顿）以上；其拉伸强度达到7.4Mpa(兆帕)；其车辙动稳定度达到107500次/mm；其断裂伸长率可以达到420%；其四点弯曲疲劳性超过100万次；其-10℃环境下的低温弯曲应变可达到8603.86με（长度相对变化量）；其在160-170℃的条件下，施工容留时间可以达3小时，空隙率小于1.8%，在180-190℃的条件下，施工容留时间可以达2小时，空隙率小于2.59%；采用本发明提供的环氧沥青，在5-40℃范围内，只需要养护7天就可以完全固化，且固化后的马歇尔稳定度超过100KN。

本发明提供的用于钢桥面铺装的环氧沥青，各项综合性能优异，可用于普通钢桥面的铺装，特别适用于重载、高温和大跨径的钢桥面铺装，机场跑道道面和高温地区道面铺装。

本发明用于钢桥面铺装的环氧沥青的制备方法，能够确保各原料组分在生成环氧沥青前充分混合，均匀扩散，有利于提高环氧沥青各组分的相容性，缩短环氧沥青反应时间，从生产工序方面节约了铺装施工成本，此外，还可以防止原料反应不充分而影响工程质量。

附图说明

图1是本发明用于钢桥面铺装的环氧沥青的粘度-时间曲线图。

图2是本发明用于钢桥面铺装的环氧沥青的养护时间-马歇尔稳定度曲线图。

具体实施方式

实施例1：

取60份双酚A环氧树脂E-51、12份丁腈橡胶双酚A型环氧树脂、3份苄基二甲胺和9份二丙二醇二苯甲酸酯混合，搅拌1.2小时，得到A组分；取40份聚醚胺、6份二苯醚四酸二酐、3份月桂基缩水甘油醚和9份萘油混合，搅拌0.7小时，得到B组分；取90份70#石油沥青加热至140℃，得到加热后的石油沥青，将前述所得A组分、B组分和加热后的石油沥青混合，搅拌2.5小时，得到用于钢桥面铺装的环氧沥青。

实施例2：

取55份双酚A环氧树脂、10份丁腈橡胶双酚A型环氧树脂、1份三乙醇胺和4份邻苯二甲酸二辛酯混合，搅拌1小时，得到A组分；取35份二氰二氨、3份聚壬二酸酐、2份聚丙二醇二缩水甘油酯和7份沥青焦油混合，搅拌0.5小时，得到B组分；取84份90#石油沥青加热至130℃，得到加热后的石油沥青；将前述所得的A组分、B组分和加热后的石油沥青混合，搅拌2.5小时，得到用于钢桥面铺装的环氧沥青。

实施例3：

取80份双酚F型环氧树脂DER-354、25份丁腈橡胶双酚A型环氧树脂、6份水杨酸和13份二丙二醇二苯甲酸酯混合，搅拌1.5小时，得到A组分；取45份3,3'-二甲基-4,4'-二氨基-二环己基甲烷、10份二苯醚四酸二酐、5份月桂基缩水甘油醚和15份萘油混合，搅拌0.8小时，得到B组分；取100份70#石油沥青加热至150℃，得到加热后的石油沥青，将前述所得A组分、B组分和加热后的石油沥青混合，搅拌3小时，得到用于钢桥面铺装的环氧沥青。

实施例4：

取100份双酚F型环氧树脂GY-281、40份丁腈橡胶双酚A型环氧树脂、10份苯酚和20份邻苯二甲酸二辛酯混合，搅拌1.5小时，得到A组分；取60份聚醚胺、10份六氯内亚甲基四氢苯二甲酸酐、10份月桂基缩水甘油醚和15份萘油混合，搅拌0.8小时，得到B组分；取100份70#石油沥青加热至150℃，得到加热后的石油沥青，将前述所得A组分、B组分和加热后的石油沥青混合，搅拌3小时，得到用于钢桥面铺装的环氧沥青。

实施例5：

取50份双酚A环氧树脂E51、5份丁腈橡胶双酚A型环氧树脂、1份苄基二甲胺和5份二丙二醇二苯甲酸酯混合，搅拌1.4小时，得到A组分；取35份聚醚胺、1份二苯醚四酸二酐、1份月桂基缩水甘油醚和1份萘油混合，搅拌0.7小时，得到B组分；取50份70#石油沥青加热至130℃，得到加热后的石油沥青，将前述所得A组分、B组分和加热后的石油沥青混合，搅拌2.7小时，得到用于钢桥面铺装的环氧沥青。

实施例6：

取12份双酚A型环氧树脂E-44、12份双酚A型环氧树脂E-51、12份双酚F型环氧树脂DER-354、12份双酚F型环氧树脂GY-281和12份丁腈橡胶双酚A型环氧树脂混合均匀后得到环氧树脂混合物，取3份苯酚、3份水杨酸、3份三乙醇胺和3份苄基二甲胺混合均匀后得到促进剂混合物，取1.5份邻苯二甲酸二辛酯和1.5份二丙二醇二苯甲酸酯得到稀释剂混合物，将前述所得环氧树脂混合物、促进剂混合物和稀释剂混合物混合，搅拌1.2小时，得到A组分；

取20份3,3'-二甲基-4,4'-二氨基-二环己基甲烷、10份聚醚胺和10份二氰二氨混合均匀后得到潜伏型固化剂混合物，取2份聚壬二酸酐、2份六氯内亚甲基四氢苯二甲酸酐和2份二苯醚四酸二酐得到酸酐类固化剂混合物，取1.5份聚丙二醇二缩水甘油酯和1.5份月桂基缩水甘油醚混合均匀后得到增韧剂混合物，取4.5份萘油和4.5份沥青焦油混合均匀后得到相容剂混合物；将前述所得潜伏型固化剂混合物、酸酐类固化剂混合物、增韧剂混合物、增韧剂混合物和相容剂混合物混合，搅拌0.6小时，得到B组分；

取45份70#石油沥青和45份90#石油沥青混合后加热至140℃，搅拌1小时，得到石油沥青混合物；

将前述所得A组分、B组分和石油沥青混合物混合，搅拌2小时，得到用于钢桥面铺装的环氧沥青。

性能测试:

取本发明实施例1中制备的用于钢桥面铺装的环氧沥青，在23℃条件下进行拉伸性能测试，另取日本taf环氧沥青 (以下简称日本环氧沥青)在相同条件下进行拉伸性能测试，得到测试结果见表1所示：

由表1可知，由本发明制备的用于钢桥面铺装的环氧沥青拉伸强度可达7.4 Mpa，断裂伸长率可达420%，其韧性能远远优于日本环氧沥青的韧性；

取本发明实施例1中制备的用于钢桥面铺装的环氧沥青和沥青矿料，按照重量比=7：100混合，再根据拌合温度和拌合时间制得用于钢桥面铺装的环氧沥青混合料进行粘度测试，得到不同温度下粘度-时间曲线图（附图1）；

由图1可知，由本发明制备的用于钢桥面铺装的环氧沥青混合料在高温（160-190℃）条件下，拌合时间可以达到3小时，且将粘度控制在2000Mpa.s内时，延长了施工容留时间长。

取本发明实施例1中制备的用于钢桥面铺装的环氧沥青和沥青矿料按照重量比=7：100混合，加热至175℃，拌和3min，得到用于钢桥面铺装的环氧沥青混合料，取前述所得环氧沥青混合料进行施工容留时间测试和路用性能测试，得到环氧沥青混合料在不同温度下施工容留时间规律（表2）和不同养护时间下的马歇尔稳定度变化规律（图2）；

表2 用于钢桥面铺装的环氧沥青混合料在不同温度下施工容留时间测试结果

由表2可知，本发明制备的用于钢桥面铺装的环氧沥青混合料在160-170℃的条件下，施工容留时间可以达3小时，空隙率小于1.8%，在180-190℃的条件下，施工容留时间可以达2小时，空隙率小于2.59%，远远高于普通环氧沥青混合料的施工容纳时间，此外，它在160-190℃的条件下，马歇尔稳定度均超过100kN。

另取日本环氧沥青混合料在前述相同条件下进行性能测试，并将本发明环氧沥青混合料测试结果与日本环氧沥青混合料性能测试结果进行对比，见表3所示；

由表3和图2可知，由本发明制备的用于钢桥面铺装的环氧沥青混合料的车辙动稳定度达到107500次/mm，其四点弯曲疲劳性超过100万次，其-10℃环境下的低温弯曲应变可达到8603.86με，采用本发明提供的用于钢桥面铺装的环氧沥青，在5-40℃范围内，只需要养护7天就可以完全固化，且固化后的马歇尔稳定度超过100KN。

Claims (8)

1.一种用于钢桥面铺装的环氧沥青，其特征在于：它是由A组分、B组分和石油沥青制得；

其中，组分按重量份比计：A组分包括环氧树脂50-100份、橡胶改性环氧树脂5-40份、促进剂1-10份和稀释剂5-20份；B组分包括潜伏型固化剂35-60份、酸酐类固化剂1-10份、增韧剂1-10份和相容剂1-15份；石油沥青50-100份。

2.根据权利要求1所述的用于钢桥面铺装的环氧沥青，其特征在于：A组分包括环氧树脂55-80份、橡胶改性环氧树脂10-25份、促进剂1-6份和稀释剂4-13份；B组分包括潜伏型固化剂35-45份、酸酐类固化剂3-10份、增韧剂2-5份和相容剂7-15份；石油沥青84-100份。

3.根据权利要求1所述的用于钢桥面铺装的环氧沥青，其特征在于：A组分包括环氧树脂60份、橡胶改性环氧树脂12份、促进剂3份和稀释剂9份；B组分包括潜伏型固化剂40份、酸酐类固化剂6份、增韧剂3份和相容剂9份；石油沥青90份。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于钢桥面铺装的环氧沥青，其特征在于：

环氧树脂选用双酚A型环氧树脂E-44、双酚A型环氧树脂E-51、双酚F型环氧树脂DER-354、双酚F型环氧树脂GY-281中的一种或几种任意组合；橡胶改性环氧树脂选用丁腈橡胶双酚A型环氧树脂；促进剂选用苯酚、水杨酸、三乙醇胺、苄基二甲胺中的一种或几种任意组合；稀释剂选用邻苯二甲酸二辛酯或二丙二醇二苯甲酸酯；潜伏型固化剂选用3,3'-二甲基-4,4'-二氨基-二环己基甲烷、聚醚胺、二氰二氨中的一种或几种任意组合；酸酐类固化剂选用聚壬二酸酐、六氯内亚甲基四氢苯二甲酸酐、二苯醚四酸二酐中的一种或几种任意组合；增韧剂选用聚丙二醇二缩水甘油酯或月桂基缩水甘油醚；相容剂选用萘油或沥青焦油；石油沥青选用70#石油沥青或90#石油沥青。

5.根据权利要求4所述的用于钢桥面铺装的环氧沥青，其特征在于：石油沥青为70#石油沥青。

6.根据权利要求5所述的用于钢桥面铺装的环氧沥青，其特征在于：环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-51；促进剂为苄基二甲胺；稀释剂为二丙二醇二苯甲酸酯；潜伏型固化剂为聚醚胺；酸酐类固化剂为二苯醚四酸二酐；增韧剂为月桂基缩水甘油醚；相容剂为萘油；石油沥青为70#石油沥青。

7.如权利要求1-6任一项所述的用于钢桥面铺装的环氧沥青的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：

取50-100份环氧树脂、0-40份橡胶改性环氧树脂、1-10份促进剂和5-20份稀释剂混合，搅拌1-1.5小时，得到A组分；取35-60份潜伏型固化剂、1-10份酸酐类固化剂、1-10份增韧剂和1-15份相容剂混合，搅拌0.5-0.8小时，得到B组分；取50-100份石油沥青加热至130-150℃，得到加热后的石油沥青；将前述所得的A组分、B组分和加热后的石油沥青混合，搅拌2.5-3小时，得到用于钢桥面铺装的环氧沥青。

8.如权利要求7所述的用于钢桥面铺装的环氧沥青的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：

取60份双酚A环氧树脂E-51、12份丁腈橡胶双酚A型环氧树脂、3份苄基二甲胺和9份二丙二醇二苯甲酸酯混合，搅拌1.2小时，得到A组分；取40份聚醚胺、6份二苯醚四酸二酐、3份月桂基缩水甘油醚和9份萘油混合，搅拌0.7小时，得到B组分；取90份70#石油沥青加热至140℃，得到加热后的石油沥青，将前述所得A组分、B组分和加热后的石油沥青混合，搅拌2.5小时，得到用于钢桥面铺装的环氧沥青。