CN108546008A - 一种环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于道路材料制备技术领域的一种环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料及其制备方法。所述的环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料是由高空隙率环氧树脂碎石混合料和高流动性聚合物改性水泥砂浆复合而成，具体复合方式为高流动性聚合物改性水泥砂浆填充于高空隙率环氧树脂碎石混合料内部孔隙，两者固结成型后形成致密复合结构。所述制备方法包括如下步骤：1)制备高空隙率环氧树脂碎石混合料；2)灌注高流动性聚合物改性水泥砂浆；3)混凝土养生。与现有技术相比，本发明具有综合性能高﹑稳定性和耐久性好﹑性价比高﹑施工方便和施工周期长等优点，较适用于半柔性路面铺装工程。
Description
技术领域
本发明属于道路材料制备技术领域，具体涉及一种环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料及其制备方法。
背景技术
沥青混凝土材料和水泥混凝土材料是我国高速公路建设的两种典型路面材料，各有其优缺点。沥青路面属柔性路面，路面平整，行车舒适，但强度较低，寿命较短，易出现高温车辙和低温易开裂等病害，这是因为沥青材料具有粘弹性特征，使得道路沥青混凝土路面结构层的强度和流变性质受温度变化的影响都很大，夏季高温时，沥青材料会因粘度降低而导致集料颗粒间的粘结力减弱，从使导致路面的强度和抗变形能力降低，容易出现波浪﹑雍包和车辙等病害；冬季低温时，沥青变硬，粘度增大，沥青混合料的强度增大，抵抗变形能力大大降低，表现出脆性。由于沥青混合料铺筑的面层材料收缩，车辆荷载作用和半刚性基层材料收缩或变形，导致路面结构层开裂。水泥路面属刚性路面，强度高，承载能力强，耐久性好，但行车噪声大，舒适性差，易出现裂缝、断板、错台、破碎、脱空或空洞等病害，且病害产生后修复困难等不足。
为有效利用两种材料的优点，克服其缺点，将两者有机结合应是较理想的解决方法，目前半柔性路面就是基于上述思路开发出来的一种新型路面，它是一种在高孔隙率沥青混合料中灌入水泥基砂浆而形成的路面，该路面弹性模量介于沥青混凝土和水泥混凝土之间，兼容两种路面优点，但两种路面的缺点却没有彻底消除或大幅度消弱，这有两方面原因：1)沥青固有的粘弹性特征没有改变，水泥砂浆固有的脆性特征没有改变，故这种复合混凝土材料固有的缺陷并没有从根本上消除；2)沥青混凝土与水泥砂浆的界面粘结力较弱，故形成的复合混凝土材料综合性能并不理想，耐久性较差。
发明内容
本发明针对半柔性路面存在的不足，提供一种环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料及其制备方法，以克服现有半柔性路面综合性能不良，耐久性较差，需部分热施工且施工周期短等不足，为高性能路面材料开发提供一种新思路和新材料。
本发明所述的环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料，它由高空隙率环氧树脂碎石混合料和高流动性聚合物改性水泥砂浆复合而成，具体复合方式为高流动性聚合物改性水泥砂浆填充于高空隙率环氧树脂碎石混合料内部孔隙，两者固结成型后形成致密复合结构。
所述高空隙率环氧树脂碎石混合料由单组分环氧树脂胶粘剂和碎石组成，其孔隙率为20％-30％，碎石与胶粘剂质量比为100:3-6。
所述碎石为粒径3-5mm玄武岩石料和粒径5-10mm玄武岩石料的混合物，两者质量比为2：1-1：1。
所述单组分环氧树脂胶粘剂为水致活型单组分环氧树脂胶粘剂，按质量份数的配方组成如下：
上述配方中液体双酚A环氧树脂和纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂共计100份。其中所述纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂是由纳米二氧化硅颗粒表面富集的羟基与环氧树脂分子结构中的环氧基通过化学反应接枝得到，其中纳米二氧化硅颗粒粒径为20-40nm，环氧树脂为液态双酚F型环氧树脂，纳米二氧化硅质量分数为2-4％；所述环氧活性稀释剂为二缩水甘油醚和聚乙二醇二缩水甘油醚的混合物或丁二醇二缩水甘油醚和聚丙二醇二缩水甘油醚的混合物，优选二缩水甘油醚和聚乙二醇二缩水甘油醚按质量比1：1组成的混合物；所述弹性改性剂为具有主链为柔性链段和端基为环氧基团的液体聚合物；所述吸水性树脂为淀粉接枝丙烯酸盐聚合交联物或丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物；所述酮亚胺固化剂优选间环己基二甲胺(1,3-BAC)与甲基异丁基酮(MIBK)反应制得物，反应制备条件优选：1,3-BAC与MIBK摩尔比1:3.0，油浴温度为170℃，反应时间3h；所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选KH560；所述消泡剂为BYK-066N；所述分散剂为BYK-163；所述活性硅微粉为经硅烷偶联剂表面处理过的400目准球形硅微粉；所述硫酸钙晶须为经硅烷偶联剂表面改性过的平均直径1-8μm，平均长度50-200μm的活性硫酸钙晶须；所述有机蒙脱土为采用阳离子表面活性剂十八烷基三甲基季铵盐处理的蒙脱土；所述触变剂为表面被有机物处理过的疏水型气相二氧化硅。所述活性硅微粉﹑粉煤灰﹑硫酸钙晶须和有机蒙脱土在使用前均需进行干燥处理，确保含水量低于0.08％，具体干燥处理工艺为：干燥温度为100℃-120℃，干燥时间为1-2小时，干燥期间，每间隔20min翻动一遍物料。
所述单组分环氧树脂胶粘剂的制备方法，其具体步骤为：
1)原料称量。按所述配比准确称取各原材料，活性硅微粉、粉煤灰、硫酸钙晶须、有机蒙脱土和触变剂等粉体材料称取完成后进行预混合，得到预拌粉体混合物待用。
2)胶粘剂制备。首先将液体双酚A环氧树脂﹑纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂和环氧活性稀释剂依次加入搅拌机中搅拌3-8分钟；然后将弹性改性剂﹑吸水性树脂﹑酮亚胺固化剂﹑偶联剂﹑消泡剂和分散剂依次加入上述搅拌机中继续搅拌10-15分钟；接着将活性硅微粉﹑粉煤灰﹑硫酸钙晶须﹑有机蒙脱土和触变剂等原料组成的预拌粉体混合物分批次加入上述搅拌机中搅拌40-60分钟；最后将上述搅拌机中混合物经三辊研磨机研磨后密封包装，即得单组分环氧树脂胶粘剂。
所述高流动性聚合物改性水泥砂浆为水性环氧树脂改性砂浆，其稠度不低于80mm，它由A、B、C三组分和外加水组成，各组分质量比为A组分：B组分：外加水：C组分＝1：(1.5-2)：(4.0-10)：(10-40)。其中A组分按质量份计的配方是：环氧树脂100份﹑环氧活性稀释剂10-20份﹑增韧剂10-20份﹑消泡剂0.1-0.3份；B组分按质量份计的配方是：固化剂100份﹑固化促进剂3-8份﹑偶联剂0.5-2份；C组分按质量份计的配方是：水泥100份﹑硅微粉100-150份﹑石英砂150-200份，粉煤灰5-30份﹑无机晶须5-20份﹑减水剂0.1-0.5份。所述环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂；所述环氧活性稀释剂为丙烯基缩水甘油醚(AGE)、苯基缩水甘油醚(PGE)、正丁基缩水甘油醚(BGE)中的一种；所述增韧剂为奇士增韧剂QS-BE、QS-BC、QS-EC中的一种；所述消泡剂为有机硅类消泡剂或聚醚类消泡剂；所述固化剂为水性环氧固化剂GCA01或GCA02；所述固化促进剂为间苯二酚、DMP-30、三氟化硼单乙胺中的一种；所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A-15)﹑KH-560﹑苯胺甲基三乙氧基硅烷中的一种；所述硅微粉为200目准球形硅微粉；所述石英砂为40-70目准球形石英砂；所述无机晶须为硫酸钙晶须，平均直径为1-8μm，平均长度为50-200μm；所述减水剂为聚羧酸盐高效减水剂。
所述高流动性聚合物改性水泥砂浆的制备方法，具体步骤为：
1)A组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得A组分，包装储存；
2)B组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得B组分，包装储存；
3)C组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得C组分，包装储存；
4)高流动性聚合物改性水泥砂浆的制备：按质量配比准确称取各组分，具体工艺为：先将A组分与B组分混合搅拌均匀，直至形成均匀的乳白色乳液，然后加外加水，搅拌均匀，最后加入C组分，搅拌均匀即得高流动性聚合物改性水泥砂浆。
所述环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料的制备方法，具体步骤为：
1)制备高空隙率环氧树脂碎石混合料。首先按质量配比准确称取单组分环氧树脂胶粘剂和碎石，然后将二者拌合均匀，最后碾压成型。
2)灌注高流动性聚合物改性水泥砂浆。将刚拌合好的高流动性聚合物改性水泥砂浆往已成型好的高空隙率环氧树脂碎石混合料中灌注，直到水泥砂浆填满碎石混合料内部孔隙并从其表面溢出为止。
3)混凝土养生。将上述制备的材料表面覆盖塑料薄膜，减少水分蒸发损失，便于水泥砂浆养生和单组分环氧树脂胶粘剂的固化，养生完成后即得环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料。
采用以上技术方案，本发明具有以下优点：
1)高空隙率环氧树脂碎石混合料综合性能好。因环氧胶粘剂性能高﹑碎石级配合理且胶石比适宜，故高空隙率环氧树脂碎石混合料综合性能好。
环氧胶粘剂性能高有以下原因：a.无机纳米材料改性，胶粘剂胶体力学强度高。部分基体树脂采用纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂，纳米材料可均匀分散在基体树脂中，利用无机纳米二氧化硅颗粒的高比表面积，高模量和纳米尺寸效应等特性作为增强材料，可显著提升胶体材料力学强度；b.有机-无机复合增韧，胶粘剂胶体韧性好。采用无机纳米二氧化硅和有机弹性改性剂复合增韧体系，在承受外部应力时胶体内同时存在无机纳米颗粒增韧机理和橡胶弹性体增韧机理，故增韧效果明显；c.硫酸钙晶须和有机蒙脱土做功能填料，胶粘剂胶体抗冲击能力和抗疲劳能力强。利用纤维增强材料(硫酸钙晶须)和纳米复合材料(有机蒙脱土)协同作用，使胶体在承受外界应力时，通过微观结构的变形或界面剥离等形式大幅吸收外界能量，故可显著提升胶体抗冲击性能和抗疲劳性能。d.单组分胶粘剂，施工方便，质量稳定。胶粘剂为水致活型单组分环氧胶粘剂，与通常使用的双组份环氧胶粘剂相比，无需按精确比例称量双组份材料，无需均匀混合双组份材料，故质量稳定性好，施工方面。
2)高流动性聚合物改性水泥砂浆综合性能好：a.采用有机-无机复合胶凝体系，使修补砂浆兼具有机材料和无机材料两者的优势。环氧乳液掺入水泥基材中后，伴随着水泥水化进程的加快，体系中含水量迅速减少，环氧乳液固化速率加快，环氧树脂固化物在修补砂浆中形成连续的膜结构，并填充砂浆内部的毛细孔，与无机材料紧密粘结，从而形成有机-无机复合砂浆。借助于环氧树脂的韧性﹑粘结力和密封性，复合砂浆的抗折强度﹑抗裂强度和粘结强度显著提高，同时复合砂浆的防水性﹑抗冻性﹑抗离子渗透性等耐久性也大大提高。b.聚合物改性剂-水性环氧乳液性能可控。采用不同种类，不同掺量的改性剂对环氧乳液体系进行改性，不同的配方组成赋予环氧乳液优异的力学性能和工艺性能。环氧活性稀释剂赋予环氧树脂适宜的黏度，便于其被乳化；增韧剂赋予环氧树脂固化物优异的韧性，提高其抗冲击性能和抗裂性能；固化促进剂改善环氧树脂的固化速率，提高其固化物早期强度；偶联剂增强环氧树脂与被粘物之间的粘接力，提高环氧树脂固化物的耐久性；消泡剂改善环氧乳液的表面张力，去除环氧乳液在搅拌过程中产生的气泡，提高硬化浆体的力学性能和抗渗性能。
3)高空隙率环氧树脂碎石混合料与高流动性聚合物改性水泥砂浆界面相容性好，界面粘结强度高。本发明中环氧胶粘剂为水致活型单组分胶粘剂，固化剂为酮亚胺，酮亚胺通过与水泥砂浆体系中的水发生化学反应，从而生成胺固化环氧树脂；水泥砂浆中水泥通过与水发生水化反应而使砂浆固化，故环氧胶粘剂和水泥砂浆均通过与水反应而固化且同时进行，所以环氧树脂碎石混合料与水泥砂浆界面相容性好，界面粘结强度高。
4)环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料综合性能高。因高空隙率环氧树脂碎石混合料和高流动性聚合物改性水泥砂浆两者综合性能均很好，且两者界面相容性和粘接性能好，故形成的致密复合结构综合性能好。通过高空隙率环氧树脂碎石混合料和高流动性聚合物改性水泥砂浆协同作用，环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土兼具有机材料与无机材料两者的优势，消弱或消除两者的劣势，故综合性能优异。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1)综合性能高。通过高空隙率环氧树脂碎石混合料和高流动性聚合物改性水泥砂浆协同作用，本发明兼具有机材料与无机材料两者的优势，消弱或消除两者的劣势，综合性能优异。
2)稳定性和耐久性好。本发明是由高空隙率环氧树脂碎石混合料和高流动性聚合物改性水泥砂浆复合而成的致密结构，其中高空隙率环氧树脂碎石混合料和高流动性聚合物改性水泥砂浆两者综合性能均很好，且两者界面相容性和粘接性能好，故形成的致密复合结构稳定性好，耐久性好。
3)性价比高。本发明的综合性能接近环氧树脂混凝土，但其环氧树脂用量较低，成本较低，故性价比较高；
4)施工方便，施工周期长。本发明施工均为冷施工，施工方便，且受气温影响小，可施工周期长。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。
实施例1：
环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料由高空隙率环氧树脂碎石混合料和高流动性聚合物改性水泥砂浆复合而成，具体复合方式为高流动性聚合物改性水泥砂浆填充于高空隙率环氧树脂碎石混合料内部孔隙，两者固结成型后形成致密复合结构。
所述高空隙率环氧树脂碎石混合料由单组分环氧树脂胶粘剂和碎石组成，其孔隙率为20％，碎石与胶粘剂质量比为100:6。碎石为粒径3-5mm玄武岩石料和粒径5-10mm玄武岩石料的混合物，两者质量比为2：1。
所述单组分环氧树脂胶粘剂为水致活型单组分环氧树脂胶粘剂，按质量份数的配方组成如下：
所述单组分环氧树脂胶粘剂的制备方法，其具体步骤为：
1)原料称量。按所述配比准确称取各原材料，活性硅微粉、粉煤灰、硫酸钙晶须、有机蒙脱土和触变剂等粉体材料称取完成后进行预混合，得到预拌粉体混合物待用。
2)胶粘剂制备。首先将液体双酚A环氧树脂﹑纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂和环氧活性稀释剂依次加入搅拌机中搅拌8分钟；然后将弹性改性剂﹑吸水性树脂﹑酮亚胺固化剂﹑偶联剂﹑消泡剂和分散剂依次加入上述搅拌机中继续搅拌15分钟；接着将活性硅微粉﹑粉煤灰﹑硫酸钙晶须﹑有机蒙脱土和触变剂等原料组成的预拌粉体混合物分批次加入上述搅拌机中搅拌60分钟；最后将上述搅拌机中混合物经三辊研磨机研磨后密封包装，即得单组分环氧树脂胶粘剂。
所述高流动性聚合物改性水泥砂浆为水性环氧树脂改性砂浆，其稠度不低于80mm，它由A、B、C三组分和外加水组成，各组分质量比为A组分：B组分：外加水：C组分＝1：1.5：10：10。其中A组分按质量份计的配方是：环氧树脂100份﹑环氧活性稀释剂10份﹑增韧剂10份﹑消泡剂0.1份；B组分按质量份计的配方是：固化剂100份﹑固化促进剂3份﹑偶联剂0.5份；C组分按质量份计的配方是：水泥100份﹑硅微粉100份﹑石英砂150份，粉煤灰50份﹑无机晶须5份﹑减水剂0.1份。所述环氧树脂为环氧树脂E-51；所述环氧活性稀释剂为丙烯基缩水甘油醚(AGE)；所述增韧剂为奇士增韧剂QS-BE；所述消泡剂为有机硅类消泡剂；所述固化剂为水性环氧固化剂GCA01；所述固化促进剂为间苯二酚；所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A-15)。
所述高流动性聚合物改性水泥砂浆的制备方法，具体步骤为：
1)A组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得A组分，包装储存；
2)B组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得B组分，包装储存；
3)C组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得C组分，包装储存；
4)高流动性聚合物改性水泥砂浆的制备：按质量配比准确称取各组分，具体工艺为：先将A组分与B组分混合搅拌均匀，直至形成均匀的乳白色乳液，然后加外加水，搅拌均匀，最后加入C组分，搅拌均匀即得高流动性聚合物改性水泥砂浆。
所述环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料的制备方法，具体步骤为：
1)制备高空隙率环氧树脂碎石混合料。首先按质量配比准确称取单组分环氧树脂胶粘剂和碎石，然后将二者拌合均匀，最后碾压成型。
2)灌注高流动性聚合物改性水泥砂浆。将刚拌合好的高流动性聚合物改性水泥砂浆往已成型好的高空隙率环氧树脂碎石混合料中灌注，直到水泥砂浆填满碎石混合料内部孔隙并从其表面溢出为止。
3)混凝土养生。将上述制备的材料表面覆盖塑料薄膜，减少水分蒸发损失，便于水泥砂浆养生和单组分环氧树脂胶粘剂的固化，养生完成后即得环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料。
实施例2：
环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料由高空隙率环氧树脂碎石混合料和高流动性聚合物改性水泥砂浆复合而成，具体复合方式为高流动性聚合物改性水泥砂浆填充于高空隙率环氧树脂碎石混合料内部孔隙，两者固结成型后形成致密复合结构。
所述高空隙率环氧树脂碎石混合料由单组分环氧树脂胶粘剂和碎石组成，其孔隙率为30％，碎石与胶粘剂质量比为100:3。碎石为粒径3-5mm玄武岩石料和粒径5-10mm玄武岩石料的混合物，两者质量比为1：1。
所述单组分环氧树脂胶粘剂为水致活型单组分环氧树脂胶粘剂，按质量份数的配方组成如下：
所述单组分环氧树脂胶粘剂的制备方法，其具体步骤为：
1)原料称量。按所述配比准确称取各原材料，活性硅微粉、粉煤灰、硫酸钙晶须、有机蒙脱土和触变剂等粉体材料称取完成后进行预混合，得到预拌粉体混合物待用。
2)胶粘剂制备。首先将液体双酚A环氧树脂﹑纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂和环氧活性稀释剂依次加入搅拌机中搅拌3分钟；然后将弹性改性剂﹑吸水性树脂﹑酮亚胺固化剂﹑偶联剂﹑消泡剂和分散剂依次加入上述搅拌机中继续搅拌10分钟；接着将活性硅微粉﹑粉煤灰﹑硫酸钙晶须﹑有机蒙脱土和触变剂等原料组成的预拌粉体混合物分批次加入上述搅拌机中搅拌40分钟；最后将上述搅拌机中混合物经三辊研磨机研磨后密封包装，即得单组分环氧树脂胶粘剂。
所述高流动性聚合物改性水泥砂浆为水性环氧树脂改性砂浆，其稠度不低于80mm，它由A、B、C三组分和外加水组成，各组分质量比为A组分：B组分：外加水：C组分＝1：2：4.0：40。其中A组分按质量份计的配方是：环氧树脂100份﹑环氧活性稀释剂20份﹑增韧剂20份﹑消泡剂0.3份；B组分按质量份计的配方是：固化剂100份﹑固化促进剂8份﹑偶联剂2份；C组分按质量份计的配方是：水泥100份﹑硅微粉150份﹑石英砂200份，粉煤灰30份﹑无机晶须20份﹑减水剂0.5份。所述环氧树脂为环氧树脂E44；所述环氧活性稀释剂为苯基缩水甘油醚(PGE)；所述增韧剂为奇士增韧剂QS-BC；所述消泡剂为聚醚类消泡剂；所述固化剂为水性环氧固化剂GCA02；所述固化促进剂为DMP-30；所述偶联剂为KH-560；
所述高流动性聚合物改性水泥砂浆的制备方法，具体步骤为：
1)A组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得A组分，包装储存；
2)B组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得B组分，包装储存；
3)C组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得C组分，包装储存；
4)高流动性聚合物改性水泥砂浆的制备：按质量配比准确称取各组分，具体工艺为：先将A组分与B组分混合搅拌均匀，直至形成均匀的乳白色乳液，然后加外加水，搅拌均匀，最后加入C组分，搅拌均匀即得高流动性聚合物改性水泥砂浆。
所述环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料的制备方法，具体步骤为：
1)制备高空隙率环氧树脂碎石混合料。首先按质量配比准确称取单组分环氧树脂胶粘剂和碎石，然后将二者拌合均匀，最后碾压成型。
2)灌注高流动性聚合物改性水泥砂浆。将刚拌合好的高流动性聚合物改性水泥砂浆往已成型好的高空隙率环氧树脂碎石混合料中灌注，直到水泥砂浆填满碎石混合料内部孔隙并从其表面溢出为止。
3)混凝土养生。将上述制备的材料表面覆盖塑料薄膜，减少水分蒸发损失，便于水泥砂浆养生和单组分环氧树脂胶粘剂的固化，养生完成后即得环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料。
实施例3：
环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料由高空隙率环氧树脂碎石混合料和高流动性聚合物改性水泥砂浆复合而成，具体复合方式为高流动性聚合物改性水泥砂浆填充于高空隙率环氧树脂碎石混合料内部孔隙，两者固结成型后形成致密复合结构。
所述高空隙率环氧树脂碎石混合料由单组分环氧树脂胶粘剂和碎石组成，其孔隙率为25％，碎石与胶粘剂质量比为100:4.5。碎石为粒径3-5mm玄武岩石料和粒径5-10mm玄武岩石料的混合物，两者质量比为1.5：1。
所述单组分环氧树脂胶粘剂为水致活型单组分环氧树脂胶粘剂，按质量份数的配方组成如下：
所述单组分环氧树脂胶粘剂的制备方法，其具体步骤为：
1)原料称量。按所述配比准确称取各原材料，活性硅微粉、粉煤灰、硫酸钙晶须、有机蒙脱土和触变剂等粉体材料称取完成后进行预混合，得到预拌粉体混合物待用。
2)胶粘剂制备。首先将液体双酚A环氧树脂﹑纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂和环氧活性稀释剂依次加入搅拌机中搅拌6分钟；然后将弹性改性剂﹑吸水性树脂﹑酮亚胺固化剂﹑偶联剂﹑消泡剂和分散剂依次加入上述搅拌机中继续搅拌13分钟；接着将活性硅微粉﹑粉煤灰﹑硫酸钙晶须﹑有机蒙脱土和触变剂等原料组成的预拌粉体混合物分批次加入上述搅拌机中搅拌50分钟；最后将上述搅拌机中混合物经三辊研磨机研磨后密封包装，即得单组分环氧树脂胶粘剂。
所述高流动性聚合物改性水泥砂浆为水性环氧树脂改性砂浆，其稠度不低于80mm，它由A、B、C三组分和外加水组成，各组分质量比为A组分：B组分：外加水：C组分＝1：1.8：7：25。其中A组分按质量份计的配方是：环氧树脂100份﹑环氧活性稀释剂15份﹑增韧剂15份﹑消泡剂0.2份；B组分按质量份计的配方是：固化剂100份﹑固化促进剂5份﹑偶联剂1.3份；C组分按质量份计的配方是：水泥100份﹑硅微粉130份﹑石英砂180份，粉煤灰18份﹑无机晶须13份﹑减水剂0.3份。所述环氧树脂为环氧树脂E-51和E-44按质量比1：1组成的混合物；；所述环氧活性稀释剂为正丁基缩水甘油醚(BGE)；所述增韧剂为奇士增韧剂QS-EC；所述消泡剂为有机硅类消泡剂；所述固化剂为水性环氧固化剂GCA02；所述固化促进剂为三氟化硼单乙胺；所述偶联剂为苯胺甲基三乙氧基硅烷。
所述高流动性聚合物改性水泥砂浆的制备方法，具体步骤为：
1)A组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得A组分，包装储存；
2)B组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得B组分，包装储存；
3)C组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得C组分，包装储存；
4)高流动性聚合物改性水泥砂浆的制备：按质量配比准确称取各组分，具体工艺为：先将A组分与B组分混合搅拌均匀，直至形成均匀的乳白色乳液，然后加外加水，搅拌均匀，最后加入C组分，搅拌均匀即得高流动性聚合物改性水泥砂浆。
所述环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料的制备方法，具体步骤为：
1)制备高空隙率环氧树脂碎石混合料。首先按质量配比准确称取单组分环氧树脂胶粘剂和碎石，然后将二者拌合均匀，最后碾压成型。
2)灌注高流动性聚合物改性水泥砂浆。将刚拌合好的高流动性聚合物改性水泥砂浆往已成型好的高空隙率环氧树脂碎石混合料中灌注，直到水泥砂浆填满碎石混合料内部孔隙并从其表面溢出为止。
3)混凝土养生。将上述制备的材料表面覆盖塑料薄膜，减少水分蒸发损失，便于水泥砂浆养生和单组分环氧树脂胶粘剂的固化，养生完成后即得环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料。
上述实施例1-3中，单组分环氧树脂胶粘剂的配方组成中：所述液体双酚A环氧树脂和纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂共计100份；所述纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂是由纳米二氧化硅颗粒表面富集的羟基与环氧树脂分子结构中的环氧基通过化学反应接枝得到，其中纳米二氧化硅颗粒粒径为20-40nm，环氧树脂为液态双酚F型环氧树脂，纳米二氧化硅质量分数为4％；所述环氧活性稀释剂为二缩水甘油醚和聚乙二醇二缩水甘油醚按质量比1：1组成的混合物；所述弹性改性剂为具有主链为柔性链段和端基为环氧基团的液体聚合物；所述吸水性树脂为淀粉接枝丙烯酸盐聚合交联物；所述酮亚胺固化剂为间环己基二甲胺(1,3-BAC)与甲基异丁基酮(MIBK)反应制得物，反应制备条件为：1,3-BAC与MIBK摩尔比1:3.0，油浴温度为170℃，反应时间3h；所述偶联剂为KH560；所述消泡剂为BYK-066N；所述分散剂为BYK-163；所述活性硅微粉为经硅烷偶联剂表面处理过的400目准球形硅微粉；所述硫酸钙晶须为经硅烷偶联剂表面改性过的平均直径1-8μm，平均长度50-200μm的活性硫酸钙晶须；所述有机蒙脱土为采用阳离子表面活性剂十八烷基三甲基季铵盐处理的蒙脱土；所述触变剂为表面被有机物处理过的疏水型气相二氧化硅。所述活性硅微粉﹑粉煤灰﹑硫酸钙晶须和有机蒙脱土在使用前均需进行干燥处理，确保含水量低于0.08％，具体干燥处理工艺为：干燥温度为100℃-120℃，干燥时间为2小时，干燥期间，每间隔20min翻动一遍物料。
高流动性聚合物改性水泥砂浆的配方组成中：所述水性环氧固化剂GCA01或GCA02是一种具有乳化环氧树脂功能的水性固化剂，由上海绿嘉水性涂料有限公司生产(有效成分含量：50wt％，其余成分为水)；所述硅微粉为200目准球形硅微粉；所述石英砂为40-70目准球形石英砂；所述无机晶须为硫酸钙晶须，平均直径为1-8μm，平均长度为50-200μm；所述减水剂为聚羧酸盐高效减水剂。
实施例1-3制得的环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料性能测试结果如下：
注：a.抗冲击性能采用落锤冲击试验测试，试样尺寸150mm×150mm×150mm，标准养护28天后测试，试验仪器为自落式重锤，重锤质量为5.14Kg，下落高度为938mm。
Claims (9)
1.一种环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料，其特征在于，其是由高空隙率环氧树脂碎石混合料和高流动性聚合物改性水泥砂浆复合而成，具体复合方式为高流动性聚合物改性水泥砂浆填充于高空隙率环氧树脂碎石混合料内部孔隙，两者固结成型后形成致密复合结构。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料，其特征在于，所述的高空隙率环氧树脂碎石混合料的孔隙率为20％-30％，其由质量比为3-6:100的单组分环氧树脂胶粘剂和碎石组成，碎石为粒径3-5mm玄武岩石料和粒径5-10mm玄武岩石料的混合物，两者质量比为2：1-1：1；所述的高流动性聚合物改性水泥砂浆为水性环氧树脂改性砂浆，其稠度不低于80mm。
3.根据权利要求2所述的环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料，其特征在于，所述的单组分环氧树脂胶粘剂为水致活型单组分环氧树脂胶粘剂，按质量份数的配方组成如下：
上述配方中液体双酚A环氧树脂和纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂共计100份。
4.根据权利要求3所述的环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂是由纳米二氧化硅颗粒表面富集的羟基与环氧树脂分子结构中的环氧基通过化学反应接枝得到，其中纳米二氧化硅颗粒粒径为20-40nm，环氧树脂为液态双酚F型环氧树脂，纳米二氧化硅质量分数为2-4％；
所述环氧活性稀释剂为二缩水甘油醚和聚乙二醇二缩水甘油醚的混合物或丁二醇二缩水甘油醚和聚丙二醇二缩水甘油醚的混合物，优选二缩水甘油醚和聚乙二醇二缩水甘油醚按质量比1：1组成的混合物；
所述弹性改性剂为具有主链为柔性链段和端基为环氧基团的液体聚合物；
所述吸水性树脂为淀粉接枝丙烯酸盐聚合交联物或丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物；
所述酮亚胺固化剂为摩尔比1:3.0的间环己基二甲胺与甲基异丁基酮在170℃下反应3h得到；
所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选KH560；
所述消泡剂为BYK-066N；
所述分散剂为BYK-163；
所述活性硅微粉为经硅烷偶联剂表面处理过的400目准球形硅微粉；
所述硫酸钙晶须为经硅烷偶联剂表面改性过的平均直径1-8μm，平均长度50-200μm的活性硫酸钙晶须；
所述有机蒙脱土为采用阳离子表面活性剂十八烷基三甲基季铵盐处理的蒙脱土；
所述触变剂为表面被有机物处理过的疏水型气相二氧化硅。
5.根据权利要求4所述的环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料，其特征在于，所述的单组分环氧树脂胶粘剂的制备方法为：
1)原料称量：按所述配比准确称取各原材料，活性硅微粉、粉煤灰、硫酸钙晶须、有机蒙脱土和触变剂称取完成后进行预混合，得到预拌粉体混合物待用；
2)胶粘剂制备：首先将液体双酚A环氧树脂﹑纳米二氧化硅接枝改性环氧树脂和环氧活性稀释剂依次加入搅拌机中搅拌3-8分钟；然后将弹性改性剂﹑吸水性树脂﹑酮亚胺固化剂﹑偶联剂﹑消泡剂和分散剂依次加入上述搅拌机中继续搅拌10-15分钟；接着将活性硅微粉﹑粉煤灰﹑硫酸钙晶须﹑有机蒙脱土和触变剂组成的预拌粉体混合物分批次加入上述搅拌机中搅拌40-60分钟；最后将上述搅拌机中混合物经三辊研磨机研磨后密封包装，即得单组分环氧树脂胶粘剂。
6.根据权利要求2所述的环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料，其特征在于，所述的高流动性聚合物改性水泥砂浆是由A、B、C三组分和外加水组成，各组分质量比为A组分：B组分：外加水：C组分＝1：(1.5-2)：(4.0-10)：(10-40)；
A组分按质量份计的配方是：环氧树脂100份﹑环氧活性稀释剂10-20份﹑增韧剂10-20份﹑消泡剂0.1-0.3份；
B组分按质量份计的配方是：固化剂100份﹑固化促进剂3-8份﹑偶联剂0.5-2份；
C组分按质量份计的配方是：水泥100份﹑硅微粉100-150份﹑石英砂150-200份，粉煤灰5-30份﹑无机晶须5-20份﹑减水剂0.1-0.5份。
7.根据权利要求6所述的环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料，其特征在于，所述的高流动性聚合物改性水泥砂浆中：
所述环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂；
所述环氧活性稀释剂为丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚中的一种；
所述增韧剂为奇士增韧剂QS-BE、QS-BC、QS-EC中的一种；
所述消泡剂为有机硅类消泡剂或聚醚类消泡剂；
所述固化剂为水性环氧固化剂GCA01或GCA02；
所述固化促进剂为间苯二酚、DMP-30、三氟化硼单乙胺中的一种；
所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷(A-15)﹑KH-560﹑苯胺甲基三乙氧基硅烷中的一种；
所述硅微粉为200目准球形硅微粉；
所述石英砂为40-70目准球形石英砂；
所述无机晶须为硫酸钙晶须，平均直径为1-8μm，平均长度为50-200μm；
所述减水剂为聚羧酸盐高效减水剂。
8.根据权利要求7所述的环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料，其特征在于，所述的高流动性聚合物改性水泥砂浆的制备方法为：
1)A组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得A组分，包装储存；
2)B组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得B组分，包装储存；
3)C组分的制备：按上述配比选取各原料，并依次加入反应釜中，搅拌均匀即得C组分，包装储存；
4)高流动性聚合物改性水泥砂浆的制备：按质量配比准确称取各组分，先将A组分与B组分混合搅拌均匀，直至形成均匀的乳白色乳液，然后加外加水，搅拌均匀，最后加入C组分，搅拌均匀即得高流动性聚合物改性水泥砂浆。
9.根据权利要求1-8任一所述的环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：
1)制备高空隙率环氧树脂碎石混合料：首先按质量配比准确称取单组分环氧树脂胶粘剂和碎石，然后将二者拌合均匀，最后碾压成型；
2)灌注高流动性聚合物改性水泥砂浆：将刚拌合好的高流动性聚合物改性水泥砂浆往已成型好的高空隙率环氧树脂碎石混合料中灌注，直到水泥砂浆填满碎石混合料内部孔隙并从其表面溢出为止；
混凝土养生：将上述制备的材料表面覆盖塑料薄膜，减少水分蒸发损失，便于水泥砂浆养生和单组分环氧树脂胶粘剂的固化，养生完成后即得环氧树脂/水泥砂浆复合混凝土材料。
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
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Effective date of registration: 20221207 Address after: 030032 No.27, Wuluo street, economic and Technological Park, Xiaodian District, Taiyuan City, Shanxi Province Patentee after: SHANXI TRAFFIC SCIENCES RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Address before: No. 79, Xuefu street, Xiaodian District, Taiyuan, Shanxi Province Patentee before: Shanxi Transportation Research Institute Effective date of registration: 20221207 Address after: 030032 No.27, Wuluo street, Taiyuan City, Shanxi Province Patentee after: Shanxi Transportation Research Institute Group Co.,Ltd. Patentee after: Shanxi Transportation Technology Research and Development Co.,Ltd. Address before: 030032 No. 27, Wuluo street, economic and Technological Park, demonstration zone, Taiyuan City, Shanxi Province Patentee before: Shanxi Transportation Technology Research and Development Co.,Ltd. |
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