CN107652696A - 一种道桥用沥青材料及其制备工艺及桥梁结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种道桥用沥青材料及其制备工艺及桥梁结构，其技术方案要点是包括如下重量份数的组分，A组分：沥青50‑100份、固化剂10‑15份；B组分：氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊20‑30份；所述氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的囊壁选择尿素－三聚氰胺－甲醛树脂共聚物。氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的设置能够增加沥青的抗拉伸性能，改善沥青的高温、低温性能，则该沥青材料用于道桥结构时使用性能好，使用寿命长。

Description

一种道桥用沥青材料及其制备工艺及桥梁结构
技术领域
本发明涉及交通设施领域，特别涉及一种道桥用沥青材料及其制备工艺及桥梁结构。
背景技术
沥青具有优良的防水性能和粘接性能，价格低廉，广泛用于路面和桥面的装饰。但由于沥青的低分子量和热塑性，其力学性能和对温度敏感、造成沥青高温易流淌，低温易龟裂，几乎没有弹性，耐疲劳性差，限制了沥青更广泛的发展。
长期以来人们一直致力于改性沥青及改性沥青混合料的研究开发。近些年来改性沥青技术进入了工程实体推广应用阶段，大力发展改性沥青已成为当今国内外沥青生产技术的主要发展方向。为提高沥青的性能，可以用橡胶，塑料等来对沥青进行改性。如在沥青中加入SBS、APP、EVA、SBR等高分子材料来改性沥青。沥青的路面性能得到很大改善，但是这些改性方法是热塑性高分子材料与沥青的物理共混，从本质上没有改变沥青的热塑性，这种沥青能够满足普通路面的要求，但是不能满足高抗拉伸的路面以及钢架桥桥面的性能要求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种道桥用沥青材料，该沥青材料具有优良的抗拉伸性能。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种道桥用沥青材料，包括如下重量份数的组分，
A组分：沥青50-100份、固化剂10-15份；
B组分：氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊20～30份；
所述氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的囊壁选择尿素－三聚氰胺－甲醛树脂共聚物。
通过上述技术方案，A组分中固化剂的加入能够加快沥青的固化效率；加入氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊能够增强沥青的拉伸性能及清洁性能，其中环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物，固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，则环氧树脂的加入能够增加沥青路面的拉伸性能；氟碳树脂以牢固的C-F键为骨架，同其他树脂相比，其耐热性、耐化学品性、耐寒性、低温柔韧性、耐候性和电性能等均较好，且由于其结晶性好，故具有不黏附性、不湿润性，所以氟碳树脂的加入能够进一步的增强路面的低温拉伸性能，则路面不易在低温时出现张裂；而将环氧树脂和氟碳树脂混合并且用尿素－三聚氰胺－甲醛树脂包覆；在应用于路面结构时，破壁的氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊能够快速破壁并且固化，加快反应，同时受到碾压后的氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊能与沥青混合均匀，增强沥青材料的拉伸性能优良；当在使用过程中，低温的环境会出现路面张裂现象，氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的结构具有很强的自愈性，使得路面不易张裂。
本发明进一步设置为：所述氟碳树脂和环氧树脂均经过低温等离子体处理。
通过上述技术方案，氟碳树脂结晶性好，所以具有不耐黏性和不湿润性，所以在用以和环氧树脂混合时，混合效果上不均匀，可能会出现粘连效果不好的现象，所以对环氧树脂及氟碳树脂均经过低温等离子体处理；其中氟碳树脂经等离子体处理后表面性能发生改变，从而与环氧树间的交联优良，用于与沥青混合时比较均匀，则道桥的结构比较均匀。
本发明进一步设置为：所述A组分中还包括有废胶10-12份，所述废胶选择废轮胎、废胶管胶带、废胶鞋和废橡胶中的至少一种。
通过上述技术方案，废胶的加入首先能够提高沥青的软化点、粘度，改善了夏季行车的路面车辙、推挤现象；另外还能使得沥青的温度敏感性下降，不易在温度较低时，沥青变脆使路面发生应力开裂，在高温时，不易出现路面变软时承载车辆出现车痕的现象；也能增加沥青低温时的柔韧性；增加沥青路面的抗水侵害能力；降低噪声污染；增加车辆轮胎与路面的抓着力。
本发明进一步设置为：所述A组分中还包括有脂肪酸5-10份，所述脂肪酸是油酸、亚油酸、桐酸或者二聚脂肪酸中任意一种。
通过上述技术方案，油酸、亚油酸、桐酸或者二聚脂肪酸的加入能起到润滑的作用效果，增加各组分间的混合均匀性。
本发明进一步设置为：所述固化剂选择二聚脂肪酸、C 21二元酸、C 22三元酸、C22三元酸酐或者是桐马酸酐中的至少一种。
通过上述技术方案，二聚脂肪酸、C 21二元酸、C 22三元酸、C 22三元酸酐或者是桐马酸酐的加入能够增加沥青材料的固化效率。
本发明的又一发明目的一种道桥用沥青材料的制备工艺，包括如下的制备步骤：
步骤1：按照重量份分别称取沥青、固化剂、氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊、废胶、脂肪酸备用；
步骤2：将脂肪酸、废胶加入至反应器中混合至均匀，加热至150～200℃，保持2-5小时，再通过胶体磨搅拌均匀；后继续将沥青和固化剂加入反应器，加热至100～140℃并朝一个方向缓慢搅拌0.5～1小时后经胶体磨搅拌均匀备用；后向混合后的物料内加人氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊于120～155℃搅拌混合均匀，115℃下固化2～3小时，制得道桥用沥青材料。
通过上述技术方案，将废胶、脂肪酸通过胶体磨搅拌均匀后加入沥青和固化剂对沥青进行初步的改性，使得沥青的性能发生初步的改变；然后继续加入氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊，且通过搅拌使部分的囊壁破碎，增加与沥青之间的交联，以增加沥青的使用抗拉伸性能；另外一部分在施工的过程中破碎，再进行固化，形成的路面结构强度稳定，拉伸性能强。
本发明的另一发明目的一种桥梁结构，包括钢横梁、道桥面板、钢盖板、包角钢板、支撑下钢板，其中道桥面板包括有面层、基层；
所述面层材料设置为道桥用沥青材料层；
所述基层由面层至底层方向依次包括有防水粘黏层、沥青混凝土层、改性乳化沥青粘黏层；其中防水粘黏层包括溶剂粘黏剂550～950g/m2，玻璃纤维30～80g/m2。
通过上述技术方案，面层的道路用沥青材料层抗拉伸性能强，适用范围广；基层的防水粘黏层能够增强与面层的粘黏强度；尤其是面层中的氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊能够增加与防水粘黏层的粘黏性能；沥青混凝土层能进一步增强材料的粘黏强度；改性乳化沥青粘黏层能够增加与相邻的层之间的粘连强度。
本发明进一步设置为：所述沥青混凝土层中均匀分布有若干橡胶柱，若干所述橡胶柱的侧壁设置有钢板层。
通过上述技术方案，橡胶柱的设置能够进一步的道桥的抗压能力及起到对车辆施予路面的重力给予缓冲的作用效果；而钢板层的设置增加橡胶柱的结构强度；同时橡胶柱也能改善沥青混凝土的耐候性能。
本发明进一步设置为：所述橡胶柱的内芯设置为钢丝网水泥结构。
通过上述技术方案，钢丝水泥网的结构能够进一步的增加橡胶柱的结构强度，增加其使用寿命。
综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：
1、氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的设置能够增加沥青的抗拉伸性能，改善沥青的高温、低温性能，则该沥青材料用于道桥结构时使用性能好，使用寿命长；
2、废胶的加入一方面实现了废旧胶料的利用，具备环保性；另一方面废旧胶料能够改善沥青的性能；
3、将道桥用沥青材料用于道桥的使用时，使用性能优良；
4、橡胶柱的使用能够起到缓冲的效果，在道桥承载式挤压橡胶柱，橡胶柱分担调一部分的承载力。
附图说明
图1为实施例9的桥梁结构图；
图2为实施例9的橡胶柱的结构图。
附图标记：1、钢横梁；2、道桥面板；21、面层；22、基层；211、道桥用沥青材料层；221、防水粘黏层；222、沥青混凝土层；223、改性乳化沥青粘黏层；23、橡胶柱；231、钢板层；232、钢丝网水泥结构；3、钢盖板；4、包角钢板；5、支撑下钢板。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
本申请文件中的道桥指道路和桥梁。
实施例1
一种道桥用沥青材料，包括如下重量份数的组分，
A组分：沥青50份、二聚脂肪酸10份；
B组分：氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊20份；
其中，氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的囊壁选择尿素－三聚氰胺－甲醛树脂共聚物；且氟碳树脂和环氧树脂均经过低温等离子体处理。
实施例2
一种道桥用沥青材料，包括如下重量份数的组分，
A组分：沥青50份、二聚脂肪酸10份、废轮胎10份、油酸5份；
B组分：氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊20份；
其中，氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的囊壁选择尿素－三聚氰胺－甲醛树脂共聚物；且氟碳树脂和环氧树脂均经过低温等离子体处理。
实施例3
一种道桥用沥青材料，包括如下重量份数的组分，
A组分：沥青60份、C 21二元酸11份、废轮胎6份、废胶管胶带5份、亚油酸6份；
B组分：氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊22份；
其中，氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的囊壁选择尿素－三聚氰胺－甲醛树脂共聚物；且氟碳树脂和环氧树脂均经过低温等离子体处理。
实施例4
一种道桥用沥青材料，包括如下重量份数的组分，
A组分：沥青70份、C22三元酸6份、C22三元酸酐6份、废轮胎4份、废胶鞋4份、废橡胶4份、油酸5份；
B组分：氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊24份；
其中，氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的囊壁选择尿素－三聚氰胺－甲醛树脂共聚物；且氟碳树脂和环氧树脂均经过低温等离子体处理。
实施例5
一种道桥用沥青材料，包括如下重量份数的组分，
A组分：沥青80份、二聚脂肪酸7份、桐马酸酐6份、废胶管胶带5份、废橡胶6份、亚油酸9份；
B组分：氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊26份；
其中，氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的囊壁选择尿素－三聚氰胺－甲醛树脂共聚物；且氟碳树脂和环氧树脂均经过低温等离子体处理。
实施例6
一种道桥用沥青材料，包括如下重量份数的组分，
A组分：沥青90份、二聚脂肪酸14份、废轮胎10份、废胶鞋油酸5份；
B组分：氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊28份；
其中，氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的囊壁选择尿素－三聚氰胺－甲醛树脂共聚物；且氟碳树脂和环氧树脂均经过低温等离子体处理。
实施例7
一种道桥用沥青材料，包括如下重量份数的组分，
A组分：沥青100份、二聚脂肪酸5份、C22三元酸5份、桐马酸酐5份、废轮胎6份、废胶鞋油酸5份；
B组分：氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊30份；
其中，氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的囊壁选择尿素－三聚氰胺－甲醛树脂共聚物；且氟碳树脂和环氧树脂均经过低温等离子体处理。
实施例1～7中的氟碳树脂和环氧树脂的低温等离子处理过程是分别在10KV～30KV之间，频率在500Hz～3000Hz之间，分别对氟碳树脂和环氧树脂进行放电等离子体处理。
实施例8
一种道桥用沥青材料的制备工艺，其特征是：包括如下的制备步骤：
步骤1：按照重量份称取实施例1～7中的组分备用；
步骤2：将脂肪酸、废胶加入至反应器中混合至均匀，加热至180℃，保持3小时，再通过胶体磨搅拌均匀；后继续将沥青和固化剂加入反应器，加热至130℃并朝一个方向缓慢搅拌0.6小时候后经胶体磨搅拌均匀备用；后向混合后的物料内加人氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊于130℃混合均匀，115℃下固化3小时，制得道桥用沥青材料。
实施例9
一种桥梁结构，如图1和2所示，包括钢横梁1、道桥面板2、钢盖板3、包角钢板4、支撑下钢板5，其中道桥面板2包括有面层21、基层22；
面层21材料设置为道桥用沥青材料层211；
基层22由面层21至底层方向依次包括有防水粘黏层221、沥青混凝土层222、改性乳化沥青粘黏层223；其中防水粘黏层221包括溶剂粘黏剂550～950g/m2，玻璃纤维30～80g/m2。
沥青混凝土层222中均匀分布有若干橡胶柱23，若干橡胶柱23的侧壁设置有钢板层231，橡胶柱23的内芯设置为钢丝网水泥结构232。
在使用的过程中，桥梁载重，重力的作用传递至橡胶柱23，橡胶柱23对重力起到缓冲作用，减少传递至面层21和基层22的重力。
实验检测
1、拉伸强度：按照ASTMD638对得到的道桥用高性能热固性环氧沥青材料进行拉伸强度和断裂伸长率的测试，测试温度23℃，拉伸速率500mm/min；
2、马歇尔稳定度：利用马歇尔稳定度仪进行测定，标准芯样钻孔试件直径为100mm，高度为40mm进行测定；测定流值于1.5-4mm符合要求，马歇尔稳定度要求>6KN。
表1实施例1～7的道桥用沥青材料制得的面层的性能
通过上述表格可以得出实施例1～7中的道桥用沥青材料制得的面层的材料符合标准规定的要求。
选择实施例4作为参照实施例。
对比例1
对比例1与实施例4的区别在于对比例1中的氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊内包裹的氟碳树脂和环氧树脂不经低温等离子体处理，其他均与实施例4保持一致。
对比例2
对比例2与实施例4的区别在于B组分为氟碳树脂和环氧树脂混合物，其他均与实施例4保持一致。
对比例3
对比例3与实施例4的区别在于组分中B组分设置为尿素－三聚氰胺－甲醛树脂共聚物包裹的环氧树脂微囊，其他均与实施例4保持一致。
表2对比例1～3的道桥用沥青材料制得的面层的性能
测试项目 对比例1 对比例2 对比例3
拉伸强度/(MPa) 5.5 5.5 5.5
断裂伸长率/％ 325 350 212
马歇尔稳定度/KN 56.2 56.5 62
流值/mm 3.65 3.5 3.2
分析上述表格，首先对比实施例4与对比例1的实验结果，在将氟碳树脂和环氧树脂不经等离子处理时，保持拉伸强度保持不变，面层的断裂伸长率减小，稳定度降低，则说明等离子处理能够使得氟碳树脂和环氧树脂和性能发生改变，经等离子处理后的材料的表面性能发生改变，对沥青的变性处理效果更好；对比对比例2与实施例4，在组分中在氟碳树脂和环氧树脂混合物不经微囊化处理，对比结果面层的断裂伸长率减小，稳定度降低，在说明微囊化的处理能够对断裂伸长率、稳定度产生影响；而且与实施例1的实验结果相比较，则说明对氟碳树脂和环氧树脂的等离子处理及囊化处理后面层额性能更加优异；对比对比例3与实施例3，在组分中只含有环氧树脂微囊时，面层的性能较含氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊时性能降低，则说明氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的应用效果更加优良。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (9)

1.一种道桥用沥青材料，其特征是：包括如下重量份数的组分，
A组分：沥青50-100份、固化剂10-15份；
B组分：氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊20-30份；
所述氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊的囊壁选择尿素－三聚氰胺－甲醛树脂共聚物。
2.根据权利要求1所述的一种道桥用沥青材料，其特征是：所述氟碳树脂和环氧树脂均经过低温等离子体处理。
3.根据权利要求1所述的一种道桥用沥青材料，其特征是：所述A组分中还包括有废胶10-12份，所述废胶选择废轮胎、废胶管胶带、废胶鞋和废橡胶中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种道桥用沥青材料，其特征是：所述A组分中还包括有脂肪酸5-10份，所述脂肪酸是油酸、亚油酸、桐酸或者二聚脂肪酸中任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种道桥用沥青材料，其特征是：所述固化剂选择二聚脂肪酸、C 21二元酸、C 22 三元酸、C 22 三元酸酐或者是桐马酸酐中的至少一种。
6.一种道桥用沥青材料的制备工艺，其特征是：包括如下的制备步骤：
步骤1：按照重量份分别称取沥青、固化剂、氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊、废胶、脂肪酸备用；
步骤2：将脂肪酸、废胶加入至反应器中混合至均匀，加热至150~200℃，保持2-5小时，再通过胶体磨搅拌均匀；后继续将沥青和固化剂加入反应器，加热至100-140℃并朝一个方向缓慢搅拌0.5~1小时候后经胶体磨搅拌均匀备用；后向混合后的物料内加人氟碳树脂和环氧树脂混合物微囊于120~155℃混合均匀，115℃下固化2~3小时，制得道桥用沥青材料。
7.一种桥梁结构，其特征是：包括钢横梁(1)、道桥面板(2)、钢盖板(3)、包角钢板(4)、支撑下钢板(5)，其中道桥面板(2)包括有面层(21)、基层(22)；
所述面层(21)材料设置为权利要求6所述的道桥用沥青材料层(211)；
所述基层(22)由面层(21)至底层方向依次包括有防水粘黏层(221)、沥青混凝土层(222)、改性乳化沥青粘黏层(223)；其中防水粘黏层(221)包括溶剂粘黏剂550~950g/m2，玻璃纤维30~80g/m2。
8.根据权利要求7所述的一种桥梁结构，其特征是：所述沥青混凝土层(222)中均匀分布有若干橡胶柱(23)，若干所述橡胶柱(23)的侧壁设置有钢板层(231)。
9.根据权利要求8所述的一种桥梁结构，其特征是：所述橡胶柱(23)的内芯设置为钢丝网水泥结构(232)。
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