CN106977966A - 一种冷拌冷铺型环氧改性沥青材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷拌冷铺型环氧改性沥青材料及其制备方法。所述一种冷拌冷铺型环氧改性沥青材料由主剂A和固化剂B组成；所述主剂A中包括如下重量份的各组分：0~50份环氧树脂、40~90份增韧剂、5~15份活性稀释剂、10~40份沥青、10~40份活性增容剂以及0~5份偶联剂；所述固化剂B包括如下重量份的各组分：0~100份柔性固化剂、0~100份脂环胺类固化剂以及0~10份促进剂；所述主剂A与固化剂B的比例为1~5：1。本发明利用活性增容剂在沥青微粒表面的自组装行为解决了弱极性沥青与强极性环氧树脂间的相容性问题；通过增韧剂及柔性固化剂将柔性链段引入环氧沥青三维结构网络中，大幅度提升了环氧沥青材料的疲劳韧性，有效抑制了由韧性不足而引起的二次开裂现象。

Description

一种冷拌冷铺型环氧改性沥青材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，尤其涉及一种钢桥面铺装养护用冷拌冷铺型环氧改性沥青材料及其制备方法。

背景技术

环氧沥青钢桥面铺装存在“强度有余、疲劳不足”的性能缺陷，在国内重载、高温、多雨的服役条件下，国内早期建设的环氧沥青钢桥面铺装相继进入坑槽病害多发期，急需采用施工方便、养护周期短、疲劳性能好的胶结料对坑槽病害进行修复。

若采用与原铺装一致的热拌环氧沥青对坑槽病害进行处治，则需要配备专用的加热设备及小型热拌设备，且其常温养生时间长达30天，无法满足快速养护、快速开放交通的实际需求。由于乳化沥青冷补料等传统沥青路面修补材料的高温稳定性较差，且与钢板或原铺装间的粘结性较差，故修补后很快便发生二次破损。

近年来，业内相关学者尝试采用冷拌树脂混凝土、冷拌环氧沥青混凝土等对环氧沥青钢桥面铺装坑槽病害进行修复。专利CN103215874B通过拌合环氧树脂与冷拌沥青混合料制备而成的修补料来修补环氧沥青钢桥面坑洞，但仍需在40～80℃下对冷拌沥青混合料进行预拌合；专利CN104031396A和CN104031394A采用大量二甲苯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等有毒溶剂来实现环氧沥青在常温下的拌合，不利于操作及使用人员的身体健康；专利CN103696366B所述冷固性树脂沥青胶结料的韧性较差，其断裂伸长率>10％，-10℃低温极限弯拉应变>600με，易产生疲劳裂缝，从而造成二次开裂。美国ChemCoSystems公司结合热拌环氧沥青的性能特点，提供了配套的坑槽修补专用树脂047，该树脂在苏通大桥、鄂东大桥等大桥的实际应用效果并不理想，多处坑槽修补后很快便发生二次开裂，且价格昂贵。

有鉴于上述现有的桥面铺装用修补材料存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种冷拌冷铺型环氧改性沥青材料及其制备方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有钢桥面铺装养护用修补材料存在的性能缺陷，而提供一种冷拌冷铺型环氧改性沥青材料及其制备方法，简化环氧沥青钢桥面铺装坑槽病害的养护施工工艺，满足“当日养护、当日开放交通”的实际养护需求，并杜绝坑槽修补处铺装发生二次开裂现象，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，由主剂A和固化剂B组成。

所述主剂A中包括如下重量份的各组分：

0～50份环氧树脂；

40～90份增韧剂；

5～15份活性稀释剂；

10～40份沥青；

10～40份活性增容剂；

0～5份偶联剂。

所述固化剂B包括如下重量份的各组分：

0～100份柔性固化剂；

0～100份脂环胺类固化剂；

0～10份促进剂。

所述主剂A与固化剂B的比例为1～5：1。

更进一步的，前述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，所述环氧树脂为双酚A缩水甘油醚型环氧树脂E-42、E-44、E51、E54中的一种或几种。

更进一步的，前述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，所述增韧剂为端环氧基聚硫橡胶、端环氧基丁腈橡胶以及端环氧基聚氨酯预聚体中的一种或几种。

更进一步的，前述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，所述活性稀释剂为苯基缩水甘油醚、C8-10烷基缩水甘油醚、C12-14烷基缩水甘油醚、(聚)乙二醇二缩水甘油醚以及(聚)丙二醇二缩水甘油醚中的一种或几种。

更进一步的，前述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，所述沥青为50号、70号、90号、110号以及130号石油沥青中的一种或几种。

更进一步的，前述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，所述活性增容剂为蓖麻油缩水甘油醚、腰果酚缩水甘油醚、环氧脂肪酸甲酯、环氧硬脂酸丁酯、环氧硬脂酸辛酯和2-乙基环氧硬脂酸己酯中的一种或几种。

更进一步的，前述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，所述偶联剂为γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷以及β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

更进一步的，前述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，所述柔性固化剂为端氨基聚醚D-230、D-400、D-2000、T-403以及端氨基聚氨酯预聚体中的一种或几种。

更进一步的，前述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，所述脂环胺类固化剂为孟烷二胺、N-氨乙基哌嗪、异佛尔酮二胺以及1,3-双(氨甲基)环己烷中的一种或几种。

更进一步的，前述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，所述促进剂为DMP-30、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、苯甲醇、苯酚、间苯二酚以及壬基酚中的一种或几种。

前述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料的制备方法，包括如下的操作步骤：

步骤(1)，将所述活性增容剂和沥青依次投入反应釜中搅拌混合，得到液态沥青；

步骤(2)，将所述环氧树脂、增韧剂、活性稀释剂和偶联剂依次投入步骤(1)中的液态沥青中继续搅拌混合，得到所述主剂A；

步骤(3)，将所述柔性固化剂、脂环胺类固化剂和促进剂依次投入反应釜中搅拌混合，得到所述固化剂B；

步骤(4)，将所述步骤(2)中制得的主剂A与所述步骤(3)中制得的固化剂B搅拌混合，得到目标产物。

更进一步的，前述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料的制备方法，包括如下搅拌工艺：

所述步骤(1)在80～140℃下搅拌混合30～60min；

所述步骤(2)在50～80℃下搅拌混合60～120min；

所述步骤(3)在室温～40℃下搅拌混合30～60min；

所述步骤(4)在室温～40℃下搅拌混合10～30min。

借由上述技术方案，本发明的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料及其制备方法至少具有下列优点：

(1)本发明采用的活性增容剂具有“两亲结构”，即非极性或弱极性端亲沥青，强极性端亲环氧树脂。活性增容剂在沥青微粒表面的自组装行为增加了弱极性沥青在强极性环氧树脂中的分散稳定性。在活性稀释剂的配合下，沥青相与环氧树脂相间的相容性问题得到解决，从而打破了传统环氧沥青需现场加热拌合的工艺流程，实现了在常温下对环氧沥青及其混合料进行拌合、摊铺、碾压及养生，施工工艺简单，低碳环保。

(2)本发明运用分子剪裁设计原理，通过增韧剂及柔性固化剂的选用将柔性链段引入环氧沥青的三维结构网络中，降低了固化产物的交联密度，增加了交联点间分子链段的运动能力，从而大幅度提升了环氧沥青材料的疲劳韧性，有效抑制了由韧性不足而引起的二次开裂现象。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料的具体制备方式、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1：

本发明第一种冷拌冷铺型环氧改性沥青材料的制备方法操作步骤如下：

将10份腰果酚缩水甘油醚投入反应釜中，待其升温至100℃后加入10份预先加热至120℃的韩国双龙70号沥青，搅拌速率为60r/min，搅拌混合时间为30min，得到液体沥青；将10份E-54、80份自制端环氧基聚硫橡胶、10份苯基缩水甘油醚和1份β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷依次投入液体沥青中，待釜内物料升至60℃后继续搅拌混合120min，搅拌速率为60r/min，得到冷拌冷铺型环氧改性沥青主剂A；将67份自制端氨基聚氨酯预聚体、33份异佛尔酮二胺和1份三乙醇胺依次投入反应釜中，在常温下搅拌混合60min，搅拌速率为60r/min，得到冷拌冷铺型环氧改性沥青固化剂B；将冷拌冷铺型环氧改性沥青主剂A与得到冷拌冷铺型环氧改性沥青固化剂B按5：1比例在常温下搅拌混合，搅拌速率为60r/min，搅拌混合时间为10min，得到冷拌冷铺型环氧改性沥青材料。

实施例2：

本发明第二种冷拌冷铺型环氧改性沥青材料的制备方法操作步骤如下：

将20份环氧脂肪酸甲酯投入反应釜中，待其升温至80℃后加入20份预先加热至120℃的韩国双龙90号沥青，搅拌速率为60r/min，搅拌混合时间为30min，得到液体沥青；将20份E-51、70份自制端环氧基聚氨酯预聚体、10份C12-14烷基缩水甘油醚和1份γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷依次投入液体沥青中，待釜内物料升至60℃后继续搅拌混合120min，搅拌速率为60r/min，得到冷拌冷铺型环氧改性沥青主剂A；将50份D-230、50份N-氨乙基哌嗪和1份DMP-30依次投入反应釜中，在常温下搅拌混合60min，搅拌速率为60r/min，得到冷拌冷铺型环氧改性沥青固化剂B；将冷拌冷铺型环氧改性沥青主剂A与得到冷拌冷铺型环氧改性沥青固化剂B按4：1比例在常温下搅拌混合，搅拌速率为60r/min，搅拌混合时间为10min，得到冷拌冷铺型环氧改性沥青材料。

实施例3：

本发明第三种冷拌冷铺型环氧改性沥青材料的制备方法操作步骤如下：

将10份蓖麻油缩水甘油醚投入反应釜中，待其升温至90℃后加入10份预先加热至120℃的韩国双龙90号沥青，搅拌速率为60r/min，搅拌混合时间为30min，得到液体沥青；将30份E-44、60份自制端环氧基丁腈橡胶、10份聚乙二醇二缩水甘油醚和1份γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷依次投入液体沥青中，待釜内物料升至80℃后继续搅拌混合120min，搅拌速率为60r/min，得到冷拌冷铺型环氧改性沥青主剂A；将33份D-400、67份1,3-双(氨甲基)环己烷和5份壬基酚依次投入反应釜中，在常温下搅拌混合60min，搅拌速率为60r/min，得到冷拌冷铺型环氧改性沥青固化剂B；将冷拌冷铺型环氧改性沥青主剂A与得到冷拌冷铺型环氧改性沥青固化剂B按3：1比例在常温下搅拌混合，搅拌速率为60r/min，搅拌混合时间为10min，得到冷拌冷铺型环氧改性沥青材料。

将实施例1～3中得到的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料分别与茅迪钢桥面专用集料(采用EA-10级配，2#：3#：4#：5#：矿粉＝25：21.5：22：23：8.5)常温拌合，油石比为7.5％，得到冷拌冷铺型环氧改性沥青混合料。

按照GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》对得到的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料的拉伸强度和断裂伸长率进行检测。按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》对得到的冷拌冷铺型环氧改性沥青混合料的马歇尔稳定度、流值、动稳定度、冻融劈裂强度比、低温极限弯拉应变以及疲劳寿命进行检测。

表1冷拌冷铺型环氧改性沥青材料与冷拌冷铺型环氧改性沥青混合料性能测试结果。

实施例1～3所制冷拌冷铺型环氧改性沥青不仅实现了常温下的拌合、摊铺、碾压及养生，且其断裂伸长率远高于日本环氧沥青及美国环氧沥青的技术指标要求。以实施例1～3所制冷拌冷铺型环氧改性沥青配制的混合料的各项性能指标均满足日本环氧沥青及美国环氧沥青的技术指标要求。以实例2所制冷拌冷铺型环氧改性沥青配制的混合料在1600με下的疲劳寿命达仍大于100万次，2000με下的疲劳寿命达1100次，展现出优异的耐疲劳性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，其特征在于：由主剂A和固化剂B组成;

所述主剂A中包括以下重量份的组分：

0~50份环氧树脂；

40~90份增韧剂；

5~15份活性稀释剂；

10~40份沥青；

10~40份活性增容剂；

0~5份偶联剂;

所述固化剂B包括以下重量份的组分：

0~100份柔性固化剂；

0~100份脂环胺类固化剂；

0~10份促进剂;

所述主剂A与固化剂B的比例为1~5：1。

2.根据权利要求1所述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A缩水甘油醚型环氧树脂E42、E44、E51、E54中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，其特征在于：所述增韧剂为端环氧基聚硫橡胶、端环氧基丁腈橡胶以及端环氧基聚氨酯预聚体中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，其特征在于：所述活性稀释剂为苯基缩水甘油醚、C8-10烷基缩水甘油醚、C12-14烷基缩水甘油醚、（聚）乙二醇二缩水甘油醚以及（聚）丙二醇二缩水甘油醚中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，其特征在于：所述活性增容剂为蓖麻油缩水甘油醚、腰果酚缩水甘油醚、环氧脂肪酸甲酯、环氧硬脂酸丁酯、环氧硬脂酸辛酯和2-乙基环氧硬脂酸己酯中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，其特征在于：所述柔性固化剂为端氨基聚醚D-230、D-400、D-2000、T-403以及端氨基聚氨酯预聚体中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，其特征在于：所述脂环胺类固化剂为孟烷二胺、N-氨乙基哌嗪、异佛尔酮二胺以及1, 3-双（氨甲基）环己烷中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料，其特征在于：所述促进剂为DMP-30、三乙醇胺、N, N-二甲基乙醇胺、苯甲醇、苯酚、间苯二酚以及壬基酚中的一种或几种。

9.根据权利要求1~10任一项所述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料的制备方法，其特征在于：包括如下的操作步骤：

步骤（1），将所述活性增容剂和沥青依次投入反应釜中搅拌混合，得到液态沥青；

步骤（2），将所述环氧树脂、增韧剂、活性稀释剂和偶联剂依次投入步骤（1）中的液态沥青中继续搅拌混合，得到所述主剂A；

步骤（3），将所述柔性固化剂、脂环胺类固化剂和促进剂依次投入反应釜中搅拌混合，得到所述固化剂B；

步骤（4），将所述步骤（2）中制得的主剂A与所述步骤（3）中制得的固化剂B搅拌混合，得到目标产物。

10.根据权利要求11所述的冷拌冷铺型环氧改性沥青材料的制备方法，其特征在于：

所述步骤（1）在80~140℃下搅拌混合30~60min；

所述步骤（2）在50~80℃下搅拌混合60~120min；

所述步骤（3）在室温~40℃下搅拌混合30~60min；

所述步骤（4）在室温~40℃下搅拌混合10~30min。