CN108504114B - 一种市政施工路面材料及其制备方法 - Google Patents

一种市政施工路面材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于路面材料技术领域，具体涉及一种市政施工路面材料及其制备方法，所述市政施工路面材料由以下重量份的组分制成：沥青60‑90份、环氧树脂25‑40份、硬脂酸二乙醇酰胺2‑4份、丙烯酸酐5‑10份、聚酰亚胺树脂5‑10份、高岭土10‑20份、纳米氢氧化锆3‑6份、油酸3‑6份。本发明以沥青作为主要基料，分阶段对材料进行处理，先利用硬脂酸二乙醇酰胺、油酸和丙烯酸酐对环氧树脂进行改性，利用聚酰亚胺树脂、纳米氢氧化锆和丙烯酸酐对沥青进行改性；然后将两个改性材料与高岭土混合，增加现有沥青路面材料的抗压强度、抗折强度、耐腐蚀性和耐高温性，提供了一种使用寿命长的市政施工路面材料。

Description

一种市政施工路面材料及其制备方法
技术领域
本发明属于路面材料技术领域，具体涉及一种市政施工路面材料及其制备方法。
背景技术
在我国，市政设施是指在城市区、镇(乡)规划建设范围内设置、基于政府责任和义务为居民提供有偿或者无偿公共产品和服务的各种建筑物、构筑物、设备等，比如常见的城市道路、桥梁、地铁等。其中道路与人们的生活关联度最高，也是最基本的市政工程。
根据路面材料不同，可将路面分为沥青路面、水泥混凝土路面和其他路面。沥青路面是指在柔性基层、半刚性基层上，铺筑一定厚度的沥青混合料面层的路面结构，水泥混凝土路面是指以水泥混凝土面板和基层组成的路面，又称之为刚性路面。其他路面则主要是指在柔性基层上用有一定塑性的骨料制成的中低级路面，比如石料砌块路面等。其中，沥青路面材料是城市道路常用的路面材料之一，沥青材料包括石油沥青、煤沥青、液体石油沥青和沥青乳液等。道路石油沥青适用于各类沥青面层，乳化石油沥青适用于沥青贯人工路面、常温沥青混合料路面，液体石油沥青适用于透层、粘层及拌制常温沥青混合料，道路煤沥青适用于透层、粘层等。
随着雨水、汽车、行人、高温等各种环境因素中对沥青路面的腐蚀、压迫，尤其是随着汽车数量剧增，使得道路表面沥青材料受损，影响交通运行，且维修重建道路将耗费大量人力物力成本。因此开发一种高抗压强度的沥青路面材料尤为必要。
发明内容
本发明提供的一种市政施工路面材料及其制备方法，对现有沥青路面材料进行改进，增加其抗压强度。
本发明的第一个目的是提供一种市政施工路面材料，由以下重量份的组分制成：沥青60-90份、环氧树脂25-40份、硬脂酸二乙醇酰胺2-4份、丙烯酸酐5-10份、聚酰亚胺树脂5-10份、高岭土10-20份、纳米氢氧化锆3-6份、油酸3-6份。
本发明的第二个目的是提供一种市政施工路面材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
S1，按以下重量份称取各组分：沥青60-90份、环氧树脂25-40份、硬脂酸二乙醇酰胺2-4份、丙烯酸酐5-10份、聚酰亚胺树脂5-10份、高岭土10-20份、纳米氢氧化锆3-6份、油酸3-6份；
S2，设置反应釜的温度为220-230℃，然后向反应釜中加入S1称取的环氧树脂、硬脂酸二乙醇酰胺、油酸和一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌10-20min，得到改性树脂混合物；
S3，设置另一反应釜的温度降为190-210℃，然后向反应釜中加入S1称取的沥青、聚酰亚胺树脂、纳米氢氧化锆和另一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌混合10-20min，得到改性沥青混合物；
S4，将S3所得改性沥青混合物以及S1称取的高岭土加入到装有S2所得改性树脂混合物的反应釜中，220-230℃、5000-6000r/min搅拌混合30-40min，得到市政施工路面材料。
优选的，上述的市政施工路面材料的制备方法，S1中所述环氧树脂由海因环氧树脂和双酚S型环氧树脂按照2:1的重量份比例混合而成。
优选的，上述的市政施工路面材料的制备方法，S1中所述沥青为煤焦沥青。
与现有技术相比，本发明的市政施工路面材料及其制备方法具有以下有益效果：
本发明以沥青作为主要基料，分阶段对材料进行处理，先利用硬脂酸二乙醇酰胺、油酸和丙烯酸酐对环氧树脂进行改性，利用聚酰亚胺树脂、纳米氢氧化锆和丙烯酸酐对沥青进行改性；然后将两个改性材料与高岭土混合，增加现有沥青路面材料的抗压强度、抗折强度、耐腐蚀性和耐高温性，28d抗压强度为32.8-33.3Mpa，28d抗折强度为6.6-6.8Mpa，提供了一种使用寿命长的市政施工路面材料新配方；硬脂酸二乙醇酰胺、丙烯酸酐、聚酰亚胺树脂还起到提高固化速率作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但不应理解为本发明的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件操作，由于不涉及发明点，故不对其步骤进行详细描述。
本发明的一种市政施工路面材料，包括以下实施例：
实施例1
一种市政施工路面材料，由以下重量份的原料组分制成：沥青60份、环氧树脂25份、硬脂酸二乙醇酰胺2份、丙烯酸酐5份、聚酰亚胺树脂5份、高岭土10份、纳米氢氧化锆3份、油酸3份；所述环氧树脂由海因环氧树脂和双酚S型环氧树脂按照2:1的重量份比例混合而成；所述沥青为煤焦沥青。具体按照以下步骤制备：
S1，按以下重量份称取各组分：沥青60份、环氧树脂25份、硬脂酸二乙醇酰胺2份、丙烯酸酐5份、聚酰亚胺树脂5份、高岭土10份、纳米氢氧化锆3份、油酸3份；
S2，设置反应釜的温度为220℃，然后向反应釜中加入S1称取的环氧树脂、硬脂酸二乙醇酰胺、油酸和一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌20min，得到改性树脂混合物，维持温度220℃不变保温备用；
S3，设置另一反应釜的温度降为190℃，然后向反应釜中加入S1称取的沥青、聚酰亚胺树脂、纳米氢氧化锆和另一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌混合20min，得到改性沥青混合物，维持温度190℃不变保温备用；
S4，将S3所得改性沥青混合物以及S1称取的高岭土加入到装有S2所得改性树脂混合物的反应釜中，220℃、6000r/min搅拌混合30min，得到市政施工路面材料。
将实施例1制备好的路面材料自然冷却，静置硬化12h后，得到硬质材料；将所述硬质材料分别在300℃、400℃条件下放置10天，路面材料无软化现象；将所述硬质材料分别浸泡于13g/100ml的氢氧化钠溶液、13g/100ml的盐酸溶液中45h，路面材料均无腐蚀现象；所述硬质材料置于-25℃环境下120天，恢复至室温后无开裂现象；所述硬质材料根据JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》测定28d抗压强度为33.8Mpa，28d抗折强度为6.7Mpa，抗折强度测试加载速率为45N/s。
实施例2
一种市政施工路面材料，由以下重量份的原料组分制成：沥青90份、环氧树脂40份、硬脂酸二乙醇酰胺4份、丙烯酸酐10份、聚酰亚胺树脂10份、高岭土20份、纳米氢氧化锆6份、油酸6份；所述环氧树脂由海因环氧树脂和双酚S型环氧树脂按照2:1的重量份比例混合而成；所述沥青为煤焦沥青。具体按照以下步骤制备：
S1，按以下重量份称取各组分：沥青90份、环氧树脂40份、硬脂酸二乙醇酰胺4份、丙烯酸酐10份、聚酰亚胺树脂10份、高岭土20份、纳米氢氧化锆6份、油酸6份；
S2，设置反应釜的温度为230℃，然后向反应釜中加入S1称取的环氧树脂、硬脂酸二乙醇酰胺、油酸和一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌10min，得到改性树脂混合物，维持温度230℃不变保温备用；
S3，设置另一反应釜的温度降为210℃，然后向反应釜中加入S1称取的沥青、聚酰亚胺树脂、纳米氢氧化锆和另一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌混合10min，得到改性沥青混合物，维持温度210℃不变保温备用；
S4，将S3所得改性沥青混合物以及S1称取的高岭土加入到装有S2所得改性树脂混合物的反应釜中，230℃、5000r/min搅拌混合40min，得到市政施工路面材料。
将实施例2制备好的路面材料自然冷却，静置硬化12h后，得到硬质材料；将所述硬质材料分别在300℃、400℃条件下放置10天，路面材料无软化现象；将所述硬质材料分别浸泡于13g/100ml的氢氧化钠溶液、13g/100ml的盐酸溶液中45h，路面材料均无腐蚀现象；所述硬质材料置于-25℃环境下120天，恢复至室温后无开裂现象；所述硬质材料根据JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》测定28d抗压强度为34.1Mpa，28d抗折强度为6.6Mpa，抗折强度测试加载速率为45N/s。
实施例3
一种市政施工路面材料，由以下重量份的原料组分制成：沥青75份、环氧树脂32份、硬脂酸二乙醇酰胺3份、丙烯酸酐8份、聚酰亚胺树脂8份、高岭土15份、纳米氢氧化锆5份、油酸5份；所述环氧树脂由海因环氧树脂和双酚S型环氧树脂按照2:1的重量份比例混合而成；所述沥青为煤焦沥青。具体按照以下步骤制备：
S1，按以下重量份称取各组分：沥青75份、环氧树脂32份、硬脂酸二乙醇酰胺3份、丙烯酸酐8份、聚酰亚胺树脂8份、高岭土15份、纳米氢氧化锆5份、油酸5份；
S2，设置反应釜的温度为225℃，然后向反应釜中加入S1称取的环氧树脂、硬脂酸二乙醇酰胺、油酸和一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌15min，得到改性树脂混合物，维持温度225℃不变保温备用；
S3，设置另一反应釜的温度降为200℃，然后向反应釜中加入S1称取的沥青、聚酰亚胺树脂、纳米氢氧化锆和另一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌混合15min，得到改性沥青混合物，维持温度225℃不变保温备用；
S4，将S3所得改性沥青混合物以及S1称取的高岭土加入到装有S2所得改性树脂混合物的反应釜中，225℃、6000r/min搅拌混合35min，得到市政施工路面材料。
将实施例3制备好的路面材料自然冷却，静置硬化12h后，得到硬质材料；将所述硬质材料分别在300℃、400℃条件下放置10天，路面材料无软化现象；将所述硬质材料分别浸泡于13g/100ml的氢氧化钠溶液、13g/100ml的盐酸溶液中45h，路面材料均无腐蚀现象；所述硬质材料置于-25℃环境下120天，恢复至室温后无开裂现象；所述硬质材料根据JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》测定28d抗压强度为34.3Mpa，28d抗折强度为6.8Mpa，抗折强度测试加载速率为45N/s。
实施例4
一种市政施工路面材料，由以下重量份的原料组分制成：沥青80份、环氧树脂35份、硬脂酸二乙醇酰胺2份、丙烯酸酐9份、聚酰亚胺树脂9份、高岭土16份、纳米氢氧化锆3份、油酸3份；所述环氧树脂为海因环氧树脂；所述环氧树脂由海因环氧树脂和双酚S型环氧树脂按照2:1的重量份比例混合而成。具体按照以下步骤制备：
S1，按以下重量份称取各组分：沥青80份、环氧树脂35份、硬脂酸二乙醇酰胺2份、丙烯酸酐9份、聚酰亚胺树脂9份、高岭土16份、纳米氢氧化锆3份、油酸3份；
S2，设置反应釜的温度为220℃，然后向反应釜中加入S1称取的环氧树脂、硬脂酸二乙醇酰胺、油酸和一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌20min，得到改性树脂混合物，维持温度220℃不变保温备用；
S3，设置另一反应釜的温度降为190℃，然后向反应釜中加入S1称取的沥青、聚酰亚胺树脂、纳米氢氧化锆和另一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌混合20min，得到改性沥青混合物，维持温度190℃不变保温备用；
S4，将S3所得改性沥青混合物以及S1称取的高岭土加入到装有S2所得改性树脂混合物的反应釜中，220℃、6000r/min搅拌混合30min，得到市政施工路面材料。
将实施例4制备好的路面材料自然冷却，静置硬化12h后，得到硬质材料；将所述硬质材料分别在300℃、400℃条件下放置10天，路面材料无软化现象；将所述硬质材料分别浸泡于13g/100ml的氢氧化钠溶液、13g/100ml的盐酸溶液中45h，路面材料均无腐蚀现象；所述硬质材料置于-25℃环境下120天，恢复至室温后无开裂现象；所述硬质材料根据JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》测定28d抗压强度为30.1Mpa，28d抗折强度为5.9Mpa，抗折强度测试加载速率为45N/s。
对比例1
一种市政施工路面材料，由以下重量份的原料组分制成：沥青60份、环氧树脂25份、硬脂酸二乙醇酰胺2份、丙烯酸酐5份、聚酰亚胺树脂5份、高岭土10份、油酸3份；所述环氧树脂由海因环氧树脂和双酚S型环氧树脂按照2:1的重量份比例混合而成；所述沥青为煤焦沥青。具体按照以下步骤制备：
S1，按以下重量份称取各组分：沥青60份、环氧树脂25份、硬脂酸二乙醇酰胺2份、丙烯酸酐5份、聚酰亚胺树脂5份、高岭土10份、油酸3份；
S2，设置反应釜的温度为220℃，然后向反应釜中加入S1称取的环氧树脂、硬脂酸二乙醇酰胺、油酸和一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌20min，得到改性树脂混合物，维持温度220℃不变保温备用；
S3，设置另一反应釜的温度降为190℃，然后向反应釜中加入S1称取的沥青、聚酰亚胺树脂和另一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌混合20min，得到改性沥青混合物，维持温度190℃不变保温备用；
S4，将S3所得改性沥青混合物以及S1称取的高岭土加入到装有S2所得改性树脂混合物的反应釜中，220℃、6000r/min搅拌混合30min，得到市政施工路面材料。
将对比例1制备好的路面材料自然冷却，静置硬化12h后，得到硬质材料；将所述硬质材料分别在300℃、400℃条件下放置7天，路面材料无软化现象，放置10天后均开始出现软化现象；将所述硬质材料分别浸泡于13g/100ml的氢氧化钠溶液、13g/100ml的盐酸溶液中36h，路面材料均无腐蚀现象，45h后出现腐蚀现象；所述硬质材料置于-25℃环境下90天，恢复至室温后无开裂现象，120天后恢复至室温则出现裂缝；所述硬质材料根据JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》测定28d抗压强度为23.9Mpa，28d抗折强度为2.1Mpa，抗折强度测试加载速率为45N/s。
对比例2
一种市政施工路面材料，由以下重量份的原料组分制成：沥青60份、环氧树脂25份、硬脂酸二乙醇酰胺2份、丙烯酸酐5份、聚酰亚胺树脂5份、高岭土10份、纳米氢氧化锆3份；所述环氧树脂由海因环氧树脂和双酚S型环氧树脂按照2:1的重量份比例混合而成；所述沥青为煤焦沥青。具体按照以下步骤制备：
S1，按以下重量份称取各组分：沥青60份、环氧树脂25份、硬脂酸二乙醇酰胺2份、丙烯酸酐5份、聚酰亚胺树脂5份、高岭土10份、纳米氢氧化锆3份；
S2，设置反应釜的温度为220℃，然后向反应釜中加入S1称取的环氧树脂、硬脂酸二乙醇酰胺和一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌20min，得到改性树脂混合物，维持温度220℃不变保温备用；
S3，设置另一反应釜的温度降为190℃，然后向反应釜中加入S1称取的沥青、聚酰亚胺树脂、纳米氢氧化锆和另一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌混合20min，得到改性沥青混合物，维持温度190℃不变保温备用；
S4，将S3所得改性沥青混合物以及S1称取的高岭土加入到装有S2所得改性树脂混合物的反应釜中，220℃、6000r/min搅拌混合30min，得到市政施工路面材料。
将对比例2制备好的路面材料自然冷却，静置硬化12h后，得到硬质材料；将所述硬质材料分别在300℃、400℃条件下放置10天，路面材料出现软化现象；将所述硬质材料分别浸泡于13g/100ml的氢氧化钠溶液、13g/100ml的盐酸溶液中45h，路面材料均出现腐蚀现象；所述硬质材料置于-25℃环境下120天，恢复至室温后出现开裂现象；所述硬质材料根据JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》测定28d抗压强度为25.3Mpa，28d抗折强度为2.8Mpa，抗折强度测试加载速率为45N/s。
对比例3
一种市政施工路面材料，由以下重量份的原料组分制成：沥青60份、环氧树脂25份、硬脂酸二乙醇酰胺2份、丙烯酸酐5份、聚酰亚胺树脂5份、高岭土10份、纳米氢氧化锆3份、油酸3份；所述环氧树脂由海因环氧树脂和双酚S型环氧树脂按照2:1的重量份比例混合而成；所述沥青为煤焦沥青。具体按照以下步骤制备：
S1，按以下重量份称取各组分：沥青60份、环氧树脂25份、硬脂酸二乙醇酰胺2份、丙烯酸酐5份、聚酰亚胺树脂5份、高岭土10份、纳米氢氧化锆3份、油酸3份；
S2，设置反应釜的温度为220℃，然后向反应釜中加入S1称取的各原料，6000/min搅拌60min，得到市政施工路面材料。
将对比例3制备好的路面材料自然冷却，静置硬化12h后，得到硬质材料；将所述硬质材料分别在300℃、400℃条件下放置10天，路面材料出现软化现象；将所述硬质材料分别浸泡于13g/100ml的氢氧化钠溶液、13g/100ml的盐酸溶液中45h，路面材料均出现腐蚀现象；所述硬质材料置于-25℃环境下120天，恢复至室温后出现开裂现象；所述硬质材料根据JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》测定28d抗压强度为20.1Mpa，28d抗折强度为2.2Mpa，抗折强度测试加载速率为45N/s。
上述实验说明，纳米氢氧化锆和油酸的改性作用、各原料的分阶段处理方式均可显著改善路面材料的耐高温性、耐酸碱腐蚀性、抗压强度和抗折强度。
需要说明的是，如果上述实施例1-3和对比例1-3中各组分原料的目数大于100目，则需用球磨机球磨至目数≤100目然后再使用。纳米氢氧化锆的粒径为100-200nm，购买自宣城晶瑞新材料有限公司。
需要说明的是，当本发明给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种市政施工路面材料，其特征在于，由以下重量份的组分制成：沥青60-90份、环氧树脂25-40份、硬脂酸二乙醇酰胺2-4份、丙烯酸酐5-10份、聚酰亚胺树脂5-10份、高岭土10-20份、纳米氢氧化锆3-6份、油酸3-6份。
2.根据权利要求1所述的市政施工路面材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
S1，按以下重量份称取各组分：沥青60-90份、环氧树脂25-40份、硬脂酸二乙醇酰胺2-4份、丙烯酸酐5-10份、聚酰亚胺树脂5-10份、高岭土10-20份、纳米氢氧化锆3-6份、油酸3-6份；
S2，设置反应釜的温度为220-230℃，然后向反应釜中加入S1称取的环氧树脂、硬脂酸二乙醇酰胺、油酸和一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌10-20min，得到改性树脂混合物；
S3，设置另一反应釜的温度降为190-210℃，然后向反应釜中加入S1称取的沥青、聚酰亚胺树脂、纳米氢氧化锆和另一半重量份的丙烯酸酐，4000/min搅拌混合10-20min，得到改性沥青混合物；
S4，将S3所得改性沥青混合物以及S1称取的高岭土加入到装有S2所得改性树脂混合物的反应釜中，220-230℃、5000-6000r/min搅拌混合30-40min，得到市政施工路面材料。
3.根据权利要求2所述的市政施工路面材料的制备方法，其特征在于，S1中所述环氧树脂由海因环氧树脂和双酚S型环氧树脂按照2:1的重量份比例混合而成。
4.根据权利要求2所述的市政施工路面材料的制备方法，其特征在于，S1中所述沥青为煤焦沥青。
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