CN109337297A - 一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青及其制备方法与应用 - Google Patents

一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青及其制备方法与应用，属于道路桥梁施工用材料技术领域。所述路桥铺装用冷拌环氧沥青由A组分和B组分组成，其中A组分按质量份数配比如下：环氧树脂100份、沥青80~160份、稀释剂30~85份、相容剂10~80份，B组分为固化剂，A组分与B组分的质量比为（100:20）~（100:100）。本发明的冷拌环氧沥青可保证环氧树脂和沥青良好的相容性，环氧沥青固化物具有优异的力学强度和韧性。本发明的冷拌环氧沥青中沥青含量为环氧树脂质量的40%以上，材料成本低，可在环境温度5‑40℃条件下拌和并施工，低碳环保且施工工艺简单。本发明提供的高沥青含量冷拌环氧沥青以其较低的材料成本和优越的性能，适用于各种等级的公路和桥面铺装。

Description

一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青及其制备方法与 应用
技术领域
本发明属于道路桥梁施工用材料技术领域，具体涉及一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青及其制备方法与应用。
背景技术
环氧沥青材料以其优异的性能成为目前铺装高等级路面和桥面的关键材料。环氧沥青材料是一种以热固性环氧树脂改性沥青材料，使热塑性的沥青从根本上转变为热固性材料，赋予环氧沥青优良的力学强度、柔韧性、耐疲劳性能、耐高温性能以及抗腐蚀性能等特点。自20世纪60年代开始，欧美国家就使用环氧沥青铺装大跨径钢桥。直至20世纪90年代末，我国以东南大学为代表的研发团队开始自主研发环氧沥青材料，并将其用于多座大跨径钢桥、隧道路面、机场跑道、码头等重载交通路面的铺装。
现有的道桥铺装用环氧沥青材料在室温下呈固态，在铺装时需首先将材料加热使其具有较好的流动性，并于高温(如180℃)拌和施工。其缺点在于：①高温拌和施工造成较高的能耗；②运输和施工难度较大；③加热过程产生沥青烟气，对周围环境以及施工人员身体造成较大危害；④价格昂贵。
发明内容
解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青及其制备方法与应用，该冷拌环氧沥青具有优良的力学强度、柔韧性、可室温拌和施工、养护时间短等特点，尤其是较高的沥青含量可显著降低材料成本，适用于高等级路面和桥面的铺装以及坑槽修补。
技术方案：一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，所述路桥铺装用冷拌环氧沥青由A组分和B组分组成，其中A组分按质量份数配比如下：环氧树脂100份、沥青80～160份、稀释剂30～85份、相容剂10～80份，B组分为固化剂，A组分与B组分的质量比为(100:20)～(100:100)。
作为优选，所述环氧树脂为液体双酚A型缩水甘油醚环氧树脂，所述环氧树脂为E51型液体双酚A型缩水甘油醚环氧树脂或E44型液体双酚A型缩水甘油醚环氧树脂。
作为优选，所述沥青为基质沥青或SBS改性沥青。
作为优选，所述稀释剂为沥青的良溶剂，所述稀释剂为柴油、邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
作为优选，所述相容剂为纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料，所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料结构式如下：
作为优选，所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料的制备方法如下：将环氧硬脂酸和纳米二氧化硅按照质量比为(100:1)～(100:5)的比例混合，然后超声分散5～20min得到分散液，向分散液中加入酯化反应催化剂质量分数为95％的浓硫酸，在80～100℃温度下搅拌反应1～6h，然后冷却至室温后制得所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料。
作为优选，所述固化剂为低分子量聚酰胺，所述低分子量聚酰胺结构式如下：
所述路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一.将沥青置于鼓风烘箱中于110～125℃温度下加热0.5～2h，然后加入环氧树脂、稀释剂和相容剂混合，在80～130℃温度下以200～500r/min的转速下加热搅拌0.5～4h，冷却至室温后得到A组分；
步骤二.将制备的A组分与B组分于室温下混合，在500～900r/min的转速下搅拌3～5min，最终完成所述冷拌环氧沥青的制备。
所述方法制备的高沥青含量冷拌环氧沥青在路桥铺装中的应用。
作为优选，所述应用方法如下：将搅拌后的冷拌环氧沥青浇筑于模具，在环境温度5-40℃条件下放置12～24h，再置于鼓风烘箱中于60℃固化48～72h得到冷拌沥青固化物，最终完成所述冷拌环氧沥青的应用。
有益效果：
(1)本发明所述冷拌环氧沥青施工工艺简单，以低分子量聚酰胺为固化剂，可在环境温度5-40℃条件下拌和施工，节能环保；
(2)所述冷拌环氧沥青养护时间短，环境温度5-40℃条件养护2～3d即可开放交通；
(3)施工、异性和力学性能良好，制备纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料作为相容剂，提高环氧和沥青的相容性，同时提高冷拌环氧沥青固化物的力学强度；
(4)适用范围广，不仅适用于路桥铺装，也适用于路桥表面坑槽和裂缝的快速修补。
(5)成本低，较高的沥青含量(环氧树脂质量的40％以上)不仅使环氧沥青材料具有较好的柔韧性，还能够有效降低材料成本，适于大范围推广使用。
附图说明
图1为本发明路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青在25℃时粘度随时间变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，所述路桥铺装用冷拌环氧沥青由A组分和B组分组成，其中A组分按质量份数配比如下：环氧树脂100份、沥青80份、稀释剂30份和相容剂10份，B组分为固化剂，A组分与B组分的质量比为100:20。所述环氧树脂为液体双酚A型缩水甘油醚环氧树脂。所述沥青为基质沥青或SBS改性沥青。所述稀释剂为沥青的良溶剂，所述稀释剂为柴油。所述固化剂为低分子量聚酰胺。所述相容剂为纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料。
所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料的制备方法如下：将环氧硬脂酸和纳米二氧化硅按照质量比为100:1的比例混合，然后超声分散5min得到分散液，向分散液中加入酯化反应催化剂质量分数为95％的浓硫酸，在80℃温度下搅拌反应1h，然后冷却至室温后制得所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料。
所述的路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一.将沥青置于鼓风烘箱中于110℃温度下加热0.5h，然后加入环氧树脂、稀释剂和相容剂混合，在80℃温度下以200r/min的转速下加热搅拌0.5h，冷却至室温后得到A组分；
步骤二.将制备的A组分与B组分于室温下混合，在500r/min的转速下搅拌3min，最终完成所述冷拌环氧沥青的制备。
制备的冷拌环氧沥青在路桥铺装中的应用。所述应用方法如下：将搅拌后的冷拌环氧沥青浇筑于模具，在环境温度5-40℃条件下放置12h，再置于鼓风烘箱中于60℃固化48h得到冷拌沥青固化物，最终完成所述冷拌环氧沥青的应用。
实施例2
一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，所述路桥铺装用冷拌环氧沥青由A组分和B组分组成，其中A组分按质量份数配比如下：环氧树脂100份、沥青160份、稀释剂85份和相容剂80份，B组分为固化剂，A组分与B组分的质量比为100:100。所述环氧树脂为液体双酚A型缩水甘油醚环氧树脂。所述沥青为基质沥青或SBS改性沥青。所述稀释剂为沥青的良溶剂，所述稀释剂为邻苯二甲酸二丁酯。所述固化剂为低分子量聚酰胺。所述相容剂为纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料。
所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料的制备方法如下：将环氧硬脂酸和纳米二氧化硅按照质量比为100:5的比例混合，然后超声分散20min得到分散液，向分散液中加入酯化反应催化剂质量分数为95％的浓硫酸，在100℃温度下搅拌反应6h，然后冷却至室温后制得所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料。
所述的路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一.将沥青置于鼓风烘箱中于125℃温度下加热2h，然后加入环氧树脂、稀释剂和相容剂混合，在130℃温度下以500r/min的转速下加热搅拌4h，冷却至室温后得到A组分；
步骤二.将制备的A组分与B组分于室温下混合，在900r/min的转速下搅拌5min，最终完成所述冷拌环氧沥青的制备。
制备的冷拌环氧沥青在路桥铺装中的应用。所述应用方法如下：将搅拌后的冷拌环氧沥青浇筑于模具，在环境温度5-40℃条件下放置24h，再置于鼓风烘箱中于60℃固化72h得到冷拌沥青固化物，最终完成所述冷拌环氧沥青的应用。
实施例3
一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，所述路桥铺装用冷拌环氧沥青由A组分和B组分组成，其中A组分按质量份数配比如下：环氧树脂E51100份、沥青100份、稀释剂35份和相容剂25份，B组分为固化剂，A组分与B组分的质量比为100:60。所述环氧树脂为液体双酚A型缩水甘油醚环氧树脂。所述沥青为基质沥青或SBS改性沥青。所述稀释剂为沥青的良溶剂，所述稀释剂为邻苯二甲酸二辛酯。所述固化剂为低分子量聚酰胺。所述相容剂为纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料。
所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料的制备方法如下：将环氧硬脂酸和纳米二氧化硅按照质量比为100:2的比例混合，然后超声分散10min得到分散液，向分散液中加入酯化反应催化剂质量分数为95％的浓硫酸，在90℃温度下搅拌反应2h，然后冷却至室温后制得所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料。
所述的路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一.将沥青置于鼓风烘箱中于110℃温度下加热2h，然后加入环氧树脂、稀释剂和相容剂混合，在100℃温度下以350r/min的转速下加热搅拌1h，冷却至室温后得到A组分；
步骤二.将制备的A组分与B组分于室温下混合，在700r/min的转速下搅拌5min，最终完成所述冷拌环氧沥青的制备。
制备的冷拌环氧沥青在路桥铺装中的应用。所述应用方法如下：将搅拌后的冷拌环氧沥青浇筑于模具，在环境温度5-40℃条件下放置20h，再置于鼓风烘箱中于60℃固化60h得到冷拌沥青固化物，最终完成所述冷拌环氧沥青的应用。
实施例4
一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，所述路桥铺装用冷拌环氧沥青由A组分和B组分组成，其中A组分按质量份数配比如下：环氧树脂E51100份、沥青130份、稀释剂50份和相容剂40份，B组分为固化剂，A组分与B组分的质量比为100:80。所述环氧树脂为液体双酚A型缩水甘油醚环氧树脂。所述沥青为基质沥青或SBS改性沥青。所述稀释剂为沥青的良溶剂，所述稀释剂为柴油。所述固化剂为低分子量聚酰胺。所述相容剂为纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料。
所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料的制备方法如下：将环氧硬脂酸和纳米二氧化硅按照质量比为100:3.5的比例混合，然后超声分散15min得到分散液，向分散液中加入酯化反应催化剂质量分数为95％的浓硫酸，在95℃温度下搅拌反应3h，然后冷却至室温后制得所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料。
所述的路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一.将沥青置于鼓风烘箱中于120℃温度下加热2h，然后加入环氧树脂、稀释剂和相容剂混合，在100℃温度下以250r/min的转速下加热搅拌2h，冷却至室温后得到A组分；
步骤二.将制备的A组分与B组分于室温下混合，在800r/min的转速下搅拌5min，最终完成所述冷拌环氧沥青的制备。
制备的冷拌环氧沥青在路桥铺装中的应用。所述应用方法如下：将搅拌后的冷拌环氧沥青浇筑于模具，在环境温度5-40℃条件下放置24h，再置于鼓风烘箱中于60℃固化72h得到冷拌沥青固化物，最终完成所述冷拌环氧沥青的应用。
对比例1
一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，所述路桥铺装用冷拌环氧沥青由A组分和B组分组成，其中A组分不加相容剂，其余组分及用量与实施例3相同。B组分为固化剂，A组分与B组分的质量比同实施例3。所述的路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青的制备方法和应用同实施例3。
冷拌环氧沥青胶结料的施工和易性的测试：
采用布氏粘度仪分别测试上述实施例2、3、4和对比例1得到的冷拌环氧沥青胶结料的施工和易性，测试温度为25℃，每隔10分钟记录一次粘度值，记录10～120min的粘度变化，测试结果见附图1。结果表明实施例2和实施例3获得的冷拌环氧沥青混合物粘度均在60min后增长至3Pa﹒s以上，说明实施例2和实施例3所获得的冷拌环氧沥青胶结料具有60min的施工容留时间。对于实施例4而言，其获得的冷拌环氧沥青混合物粘度在50min后即增长至3Pa﹒s以上，说明实施例4所获得的冷拌环氧沥青胶结料只具有50min的施工容留时间。对比例1中，冷拌环氧沥青混合物粘度在40min后即增长值3Pa﹒s以上，说明容留时间为40min。对比实施例3和对比例1的试验结果，本发明制备的相容剂将显著提升冷拌环氧沥青胶结料的施工容流时间。
冷拌环氧沥青胶结料的力学性能测试：
取上述实施例2、3和4得到的冷拌环氧沥青混合物浇入聚四氟乙烯模具中，按照各实施例中的要求分别将混合物于室温和60℃的条件下固化一定时间(如实施例2的固化条件为室温固化12h，再置于鼓风烘箱中于60℃固化48h)，脱模后得到冷拌环氧沥青胶结料固化物哑铃型试样，用于力学性能测试。力学性能测试条件为23±2℃，拉伸速率为10mm/min，测试结果见附表1。结果表明实施例2、3和4得到的固化物的拉伸强度和断裂伸长率均能满足要求，尤其是实施例3得到的固化物的力学性能为最佳，即拉伸强度和断裂伸长率均为最大值。对比例1得到的冷拌环氧沥青固化物，其断裂伸长率虽然能满足要求，但拉伸强度远不能满足要求。对比实施例3和对比例1得到的实验结果发现，本发明制备的相容剂将显著改善冷拌环氧沥青胶结料的力学性能。
附表1路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青的力学性能

Claims (10)

1.一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，其特征在于，所述路桥铺装用冷拌环氧沥青由A组分和B组分组成，其中A组分按质量份数配比如下：环氧树脂100份、沥青80~160份、稀释剂30~85份和相容剂10~80份，B组分为固化剂，A组分与B组分的质量比为（100:20）~（100:100）。
2.根据权利要求1所述的一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，其特征在于，所述环氧树脂为液体双酚A型缩水甘油醚环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，其特征在于，所述沥青为基质沥青或SBS改性沥青。
4.根据权利要求1所述的一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，其特征在于，所述稀释剂为沥青的良溶剂，所述稀释剂为柴油、邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，其特征在于，所述相容剂为纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料。
6.根据权利要求5所述的一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，其特征在于，所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料的制备方法如下：将环氧硬脂酸和纳米二氧化硅按照质量比为（100:1）~（100:5）的比例混合，然后超声分散5~20 min得到分散液，向分散液中加入酯化反应催化剂，在80~100℃温度下搅拌反应1~6 h，然后冷却至室温后制得所述纳米二氧化硅/环氧硬脂酸复合材料。
7.根据权利要求1所述的一种路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青，其特征在于，所述固化剂为低分子量聚酰胺。
8.权利要求1~7中任一条权利要求所述的路桥铺装用高沥青含量冷拌环氧沥青的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一.将沥青置于鼓风烘箱中于110~125℃温度下加热0.5~2 h，然后加入环氧树脂、稀释剂和相容剂混合，在80~130℃温度下以200~500 r/min的转速下加热搅拌0.5~4 h，冷却至室温后得到A组分；
步骤二.将制备的A组分与B组分于室温下混合，在500~900 r/min的转速下搅拌3~5min，最终完成所述冷拌环氧沥青的制备。
9.权利要求8所述方法制备的高沥青含量冷拌环氧沥青在路桥铺装中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用方法如下：将搅拌后的冷拌环氧沥青浇筑于模具，在环境温度5-40℃条件下放置12~24 h，再置于鼓风烘箱中于60℃固化48~72 h得到冷拌沥青固化物，最终完成所述冷拌环氧沥青的应用。
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