CN110229536A - 一种钢桥面铺装用环氧沥青 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢桥面铺装用环氧沥青及其制备方法，按重量份计，包括环氧树脂4~16份、改性剂5~20份、沥青90~100份；所述改性剂，按重量份计，包括：橡胶20~40份、纳米氧化锌（ZnO）4~8份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）10~25份、硫磺（S）40~70份、聚酰胺24~46份。经改性后的钢桥面铺装用环氧沥青其韧性得以明显增强。

Description

一种钢桥面铺装用环氧沥青
技术领域
本发明涉及沥青技术领域，更具体地说，本发明涉及一种钢桥面铺装用环氧沥青。
背景技术
我国自21世纪以来经济快速发展，交通需求量以及公路总里程逐年迅速增长，高速公路飞速崛起，国内高等级公路的比重也明显增加，同时在公路通达深度上也取得很大的成功，目前已达到了全国范围内的村村通公路。此外，城市发展使得大型立交、高架及桥梁需求较多。我国高等级路面及桥面铺装使用最多的是沥青铺面，但普通的沥青路面很难满足现代交通的要求，制约了我国公路建设的发展。因此，各种改性沥青用于高等级路面的铺装，以此来保证优良的路面性能。
环氧沥青是由环氧树脂、固化剂和基质沥青按一定的配比及方式混合而成的一种新兴的沥青材料，其重要组分环氧树脂与固化剂所组成的环氧体系使沥青相对均匀的分散在环氧树脂固化后所形成的三维空间网络结构中，最终形成一种不可逆的固化产物，从根本上改变了沥青在高温下易流淌变形的热塑性本质，使最终产物以树脂为连续相，沥青为分散相。环氧沥青的使用改善了路面的耐久性、延长了道路使用寿命，因此环氧沥青混合料是目前进行桥面铺装时最为常用的一种铺面材料。同时，环氧沥青在高温下不会发生熔融流淌，表现出良好的高温稳定性，但在温度较低时，转变为玻璃态的环氧沥青通常模量高且质脆，容易产生温度应力而引起开裂，或在过高载荷下发生脆性断裂。环氧沥青的热固性本质导致裂纹很难再经过熔融自行修复，这正是其在使用过程中的致命缺陷。改善环氧沥青的韧性，成为环氧沥青高性能化研究中亟待解决的问题。
为了解决这个问题， CN201110419918.6公开了一种通过环氧沥青中添加废橡胶对其改性，使得改性后的环氧沥青既改善了其低温性能，又降低了环氧沥青的成本。为了解决这个问题，提供一种新的一种钢桥面铺装用环氧沥青。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种钢桥面铺装用环氧沥青及其制备方法，在实现改性的同时解决现有环氧沥青韧性不足的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种钢桥面铺装用环氧沥青，按重量份计，包括环氧树脂4~16份、改性剂5~20份、沥青90~100份；
所述改性剂，按重量份计，包括：橡胶20~40份、纳米氧化锌（ZnO）4~8份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）10~25份、硫磺（S）40~70份、聚酰胺24~46份。
优选的，所述的钢桥面铺装用环氧沥青，按重量份计，包括环氧树脂5~10份、改性剂4~7份、沥青96~100份；所述改性剂，按重量份计，包括：橡胶30~36份、纳米氧化锌（ZnO）4~6份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）14~18份、硫磺（S）55~65份、聚酰胺36~42份。
优选的，所述的钢桥面铺装用环氧沥青，按重量份计，包括环氧树脂6份、改性剂4份、沥青90份；所述改性剂，按重量份计，包括：橡胶36份、纳米氧化锌（ZnO）4份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）16份、硫磺（S）60份、聚酰胺40份。
优选的，所述沥青为基质沥青，进一步地，所述沥青为石油基质沥青。
优选的，所述环氧树脂为烯丙基双酚A型环氧树脂。
优选的，所述橡胶为丁苯橡胶、丁腈橡胶中的至少一种；
进一步的，所述橡胶为丁腈橡胶。
进一步地，所述纳米氧化锌的粒径为30-70nm；
优选的，所述纳米氧化锌粒径为42nm。
如上钢桥面铺装用环氧沥青的制备方法，包括如下步骤：
S1、将沥青加热到160℃~180℃，获得沥青浆料，搅拌，备用；
S2、按配比，将环氧树脂加入到所述沥青浆料中，搅拌均匀；搅拌时间为5 ~20 min，得到混合物；
S3、将配好的改性剂放入混合物中搅拌并发育1 ~3h，得到钢桥面铺装用环氧沥青。
橡胶增韧环氧沥青是通过其端基官能团与环氧树脂发生化学反应，将橡胶的柔性链嵌入到环氧交联结构中，相较于物理共混能稳定、有效地提高环氧沥青的韧性。而硫磺在一定条件下会发生分解反应产生自由基，硫磺自由基具有很强的氧化性，一方面能与橡胶发生硫化反应使之交联变成立体网状的分子链结构，另一方面能促进橡胶和环氧树脂在沥青中反应交联，聚酰胺起到固化剂的作用，这样能加快其环氧树脂和橡胶在沥青中固化交联，聚合物中分子链间整体性能提升。在环氧树脂固化的过程中，橡胶从环氧树脂/固化剂体系中分离出来，形成以环氧树脂为连续相，橡胶为分散相的两相结构，即微粒杂化的“海岛结构”，通过银纹剪切带作用吸收能量，实现增韧。由于海岛两相之间没有化学键连接，橡胶容易向表面迁移从体系中分相析出，起不到增韧效果，正是因为硫磺裂解生成硫自由基，一方面部分硫自由基与增韧体系中橡胶中的双键发生加成反应，另一方面硫自由基与环氧树脂烯丙基α位的活泼氢反应生成巯基，巯基引发环氧基团发生开环反应，体系内的自由基间相互偶合交联，使得其有效的增强环氧沥青的增韧效果。
而二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）是一种最常用的硫化促进剂，通常与硫磺、氧化锌等一起与橡胶发生交联反应，TMTD首先与ZnO作用生成 XSZnSX，其后与S发生反应生成XSSaZnSbSX，其最终与橡胶、环氧树脂发生交联反应。纳米ZnO的加入一方面对钢桥面铺装用环氧沥青产生明显增粘倾向，提高其高温存储稳定性；另一方面做为硫化反应活性剂，可以提高硫化反应速度与效率，从而改善改性剂的使用效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1）钢桥面铺装用环氧沥青聚合物形成稳定的固化体系，能有效的增加环氧沥青的韧性；
2）硫磺的加入起到桥梁连接的作用，既可以加快环氧树脂的固化，又可以使得橡胶与环氧沥青交联增韧；
3）硫化反应使钢桥面铺装用环氧沥青聚合物从二维结构渐变为三维网状结构，形成三维网络结构，使得环氧沥青有更好的粘度。
具体实施方式
以下将结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
本实施例中，钢桥面铺装用环氧沥青的制备方法如下：
1）按重量份，分别称取烯丙基双酚A型环氧树脂6份、改性剂4份、石油基质沥青90份；所述改性剂，按重量份计，包括：丁腈橡胶36份、42nm纳米氧化锌（ZnO）4份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）16份、硫磺（S）60份、聚酰胺40份；
2）将石油基质沥青加热到175℃，并在慢速搅拌（40r/min）状态下保温等待下一工序；
3）将称取的烯丙基双酚A型环氧树脂加入到石油基质沥青，先慢速搅拌（40r/min）7min，得到混合物A；
4）将称取的改性剂加入到混合物A中，慢速搅拌（40r/min）并发育1.5h，冷却后得到钢桥面铺装用环氧沥青。
对比例1
本对比例中， 钢桥面铺装用环氧沥青的制备方法如下：
1）按重量份，分别称取烯丙基双酚A型环氧树脂6份、改性剂4份、石油基质沥青90份；所述改性剂，按重量份计，包括：丁腈橡胶36份、42nm纳米氧化锌（ZnO）4份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）16份、聚酰胺40份；
2）将石油基质沥青加热到175℃，并在慢速搅拌（40r/min）状态下保温等待下一工序；
3）将称取的烯丙基双酚A型环氧树脂加入到石油基质沥青，先慢速搅拌（40r/min）7min，得到混合物A；
4）将称取的改性剂加入到混合物A中，慢速搅拌（40r/min）并发育1.5h，冷却后得到钢桥面铺装用环氧沥青。
对比例2
本对比例中， 钢桥面铺装用环氧沥青的制备方法如下：
1）按重量份，分别称取烯丙基双酚A型环氧树脂6份、改性剂4份、石油基质沥青90份；所述改性剂，按重量份计，包括： 42nm纳米氧化锌（ZnO）4份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）16份、硫磺（S）60份、聚酰胺40份；
2）将石油基质沥青加热到175℃，并在慢速搅拌（40r/min）状态下保温等待下一工序；
3）将称取的烯丙基双酚A型环氧树脂加入到石油基质沥青，先慢速搅拌（40r/min）7min，得到混合物A；
4）将称取的改性剂加入到混合物A中，慢速搅拌（40r/min）并发育1.5h，冷却后得到钢桥面铺装用环氧沥青。
将上述实施例1、对比例1、对比例2制备好的改性环氧沥青进行测试，具体数据如表1所示。
表1 环氧沥青性能情况对比
名称 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/%
实施例1 3.42 416
对比例1 2.30 347
对比例2 1.92 237
通过实验结果表明实施例1中的环氧沥青韧性得到了明显的增强，对比例1缺少了硫磺，因橡胶的加入有一定的增韧效果，但不是很明显，而对比例2中没有了橡胶的组分，硫磺的作用微乎其微，不能起到良好的增韧效果，通过对比，硫磺、橡胶等组分缺一不可，具备协同作用，使得环氧沥青的韧性有显著的提升。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种钢桥面铺装用环氧沥青，按重量份计，包括环氧树脂4~16份、改性剂5~20份、沥青90~100份；
所述改性剂，按重量份计，包括：橡胶20~40份、纳米氧化锌（ZnO）4~8份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）10~25份、硫磺（S）40~70份、聚酰胺24~46份。
2.根据权利要求1所述的钢桥面铺装用环氧沥青，其特征在于，按重量份计，按重量份计，包括环氧树脂5~10份、改性剂4~7份、沥青96~100份；
所述改性剂，按重量份计，包括：橡胶30~36份、纳米氧化锌（ZnO）4~6份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）14~18份、硫磺（S）55~65份、聚酰胺36~42份。
3.根据权利要求1所述的钢桥面铺装用环氧沥青，其特征在于，按重量份计，包括环氧树脂6份、改性剂4份、沥青90份；
所述改性剂，按重量份计，包括：橡胶36份、纳米氧化锌（ZnO）4份、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）16份、硫磺（S）60份、聚酰胺40份。
4.根据权利要求1所述的钢桥面铺装用环氧沥青，其特征在于，所述环氧树脂为烯丙基双酚A型环氧树脂；所述沥青为基质沥青，优选地，所述沥青为石油基质沥青。
5.根据权利要求1所述的钢桥面铺装用环氧沥青，其特征在于，所述橡胶为丁苯橡胶、丁腈橡胶中的至少一种；进一步地，所述橡胶为丁腈橡胶。
6.根据权利要求1所述的钢桥面铺装用环氧沥青，其特征在于，所述纳米氧化锌的粒径为30-70nm；优选的，所述纳米氧化锌粒径为42nm。
7.如权利要求1-6任一项的钢桥面铺装用环氧沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将沥青加热到160℃~180℃，获得沥青浆料，搅拌，备用；
S2、按配比，将环氧树脂加入到所述沥青浆料中，搅拌均匀，得到混合物；
S3、将配好的改性剂放入混合物中搅拌并发育1 ~3h，得到钢桥面铺装用环氧沥青。
8.根据权利要求7所述的钢桥面铺装用环氧沥青的制备方法，其特征在于，S1中，搅拌速率为30-60r/min。
9.根据权利要求7所述的钢桥面铺装用环氧沥青的制备方法，其特征在于，S2中，将环氧树脂加入到所述沥青浆料中后，以30-60r/min的速率搅拌5-20min，得到混合物。
10.根据权利要求7所述的改性沥青的制备方法，其特征在于，S3中，搅拌速率为30-60r/min，发育时间为1 ~3h。
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