CN110452552B - 一种具有高粘接强度的防滑磨耗层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体为一种具有高粘接强度的防滑磨耗层及其制备方法，解决了现有防滑磨耗层存在抗滑系数衰减较快、易开裂且易发生应力失衡的问题。一种具有高粘接强度的防滑磨耗层，是由如下质量份数的原料组成：乳化橡胶沥青30‑35份；自乳化环氧树脂乳液20‑25份；烷基酚聚氧乙烯醚5份；单甘酯2份；水10‑15份；金刚砂35份；短切碳纤维3‑5份。本发明提升环氧树脂与橡胶沥青的交联反应，使其形成一个一体的交联结构；而且促进了废旧胶粉的降解；同时延长破乳时间，增加可操作时间。
Description
技术领域
本发明涉及道路修复养护领域，具体为一种具有高粘接强度的防滑磨耗层及其制备方法。
背景技术
随着我国高速公路的建设逐步完成，大部分高速公路进入了初期养护阶段，大量的高速早期出现细微裂缝，中期出现路面防滑系数下降等病害，为了解决上述问题，目前采用较为有效的方式是防滑磨耗层，既解决了细微裂缝的渗水问题，也解决了路面摩擦系数低的问题。
目前，乳化沥青作为粘结剂的磨耗层由于乳化沥青或者胶乳改性乳化沥青粘度低、粘接强度弱，使的防滑磨耗层的耐久型不足，构造深度和抗滑系数衰减严重，施工后通车半年后抗滑系数基本衰减幅度都大于20%，一年以后的摩擦系数很难保持在65BPN以上，且当气温过高时，路面的抗滑系数严重衰减。
而以树脂作为胶黏剂的防滑磨耗层又由于其延展性不足，与路面的应力匹配性差，使得防滑磨耗层应力难以释放，导致防滑磨耗层开裂，导致渗水系数显著提升，不能起到防止雨水下渗到路基的作用。
为了解决上述两种防滑磨耗层粘结剂延展性与粘接强度与路面匹配性的不足，也有研究者将树脂型胶黏剂与乳化沥青复合，制备出了具有一定延展性的高强度防滑粘结层，但是这种简单的物理混合虽然一定程度上缓解了树脂型胶黏剂延展性的不足，但是仍然不能避免气温升高时胶黏剂中沥青组分粘度显著降低引起的应力失衡，导致表面金刚砂脱落的问题。
发明内容
本发明为了解决现有防滑磨耗层存在抗滑系数衰减较快、易开裂且易发生应力失衡的问题，提供了一种具有高粘接强度的防滑磨耗层及其制备方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种具有高粘接强度的防滑磨耗层，是由如下质量份数的原料组成：乳化橡胶沥青 30-35份；自乳化环氧树脂乳液 20-25份；烷基酚聚氧乙烯醚5份；单甘酯 2份；水 10-15份；金刚砂 35份；短切碳纤维 3-5份。
烷基酚聚氧乙烯醚和单甘酯的加入，进一步提升了乳化橡胶沥青与自乳化环氧树脂乳液的互溶性，延长了可施工时间，克服了现有防滑磨耗层存在抗滑系数衰减较快、易开裂且易发生应力失衡的问题。
一种具有高粘接强度的防滑磨耗层的制备方法，采用如下步骤：a、将乳化橡胶沥青与自乳化环氧树脂乳液混溶后加入烷基酚聚氧乙烯醚和单甘酯，接着添加水调整粘度，得到复合粘结剂；b、将复合粘结剂质量的85%喷洒在路面上，撒布金刚砂和短切碳纤维；c、在金刚砂和短切碳纤维表面喷洒剩余的复合粘结剂，得到防滑磨耗层。
乳化橡胶沥青的制备方法采用如下步骤：a、将质量份数为20份的150目胶粉加入到高压釜中，然后加入质量份数为1-1.5份的2,4-二硝基氯苯，接着将反应釜加热到160-165℃，使用3000-5000rpm的高速剪切机进行剪切搅拌，调整反应釜压力为0.5-1Mpa；b、接着按照1份/h的加料速度加入质量份数为2份的2，2’-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物反应3h；c、加入质量份数为100份的90#沥青反应2h；d、降低反应温度至90-95℃，压力调整为0.1MPa，加入质量份数为5-10份的乙酸仲丁酯，然后继续剪切搅拌15min；e、加入质量分数为10-15份的慢裂快凝沥青乳化剂继续剪切30min，然后加入质量份数为5-8份的正丁酸，继续剪切15min后，调整剪切速度为10000-12000 rpm，最后加入质量份数为120份的80℃水，加水速度为2-3份/min，直至上述反应体系发生相反转，由黑色粘稠状拉丝状液体变成深褐色乳液后，调整剪切速度为3000-5000rpm，剪切搅拌15min，然后冷却至室温。
2,4-二硝基氯苯中硝基和氯原子具有很强的电负性，使得苯环中的电子云发生极化，能够与废旧胶粉中与硫相连的碳原子发生置换或重拍，同时发生质子转移，进而提升了废旧胶粉的反应活性，再利用脱硫技术将废胶粉部分降解，进而降低了橡胶沥青的粘度，然后利用相反转法制备出乳化橡胶沥青，相比于传统的直接乳化，所制备的乳化橡胶沥青乳液尺寸更为均匀，有助于乳化橡胶沥青与自乳化环氧树脂乳液形成均匀的稳定乳液。
自乳化环氧树脂乳液的制备方法采用如下步骤：a、称取质量份数为104份的N-氨乙基乙醇胺加入到反应釜中，调整反应釜温度为60-65℃，在1000-1500rpm的搅拌速度下氮气保护，压力为0.1MPa，滴加质量份数为277份的聚乙二醇二缩水甘油醚和质量份数为223份的环氧树脂E44的混合液反应2h，直至溶液变为淡黄色透明液体，滴加速度为5份/min；b、加入质量份数为590份的水和质量份数为10份的正丁酸继续搅拌30min；c、降低反应温度至30℃，加入质量份数为427份的环氧树脂E44和质量份数为40份的甲苯二异氰酸酯，搅拌直至变为乳白色膏状液体；d、添加质量份数为400份的水，加水速度为20份/min，搅拌直至变为均匀乳白色乳液。
N-氨乙基乙醇胺和聚乙二醇二缩水甘油醚的选取，减缓了固化速度，使得环氧树脂固化后有了良好的柔韧性，缓解了环氧树脂与橡胶沥青之间应力差异大的问题；同时甲苯二异氰酸酯除了可以参与环氧树脂固化反应以外，甲苯二异氰酸酯中的异氰酸根还可以在一定程度上使降解后的橡胶沥青发生局部硫化，进而使橡胶沥青与环氧树脂局部发生交联，接着橡胶沥青与环氧树脂形成空间交联网络结构，提升了胶黏剂的整体性，进一步减小两种材料之间的应力，使得体系断裂伸长率增大、延展性提高，耐疲劳性增强。
聚乙二醇二缩水甘油醚的分子量为554，环氧树脂E44的分子量为427。
聚乙二醇二缩水甘油醚选取的分子量既可以不损失环氧树脂交联密度，又可以有效的降低乳液的粘度和提升固化物的断裂伸长率。
金刚砂是由如下目数金刚砂按质量百分比组成：5-10目金刚砂 40%；20-30目金刚砂 45%；40-60目金刚砂 15%。
金刚砂级配设置相比于现有的石灰岩石料和玄武岩石料，有更高的抗压强度和更小的压碎值。
慢裂快凝沥青乳化剂采用BH-MK型慢裂快凝沥青乳化剂。
该乳化剂为脂肪胺类固化剂，可以与自乳化环氧树脂乳液有良好的相互作用。
短切碳纤维长度为6mm，直径为7μm，抗拉强度大于等于3500 MPa。
本发明具有如下有益特征：
1、断裂伸长率高、延展性好，具有良好的耐疲劳性能，粘结强度高且金刚砂不易脱落；
2、引入的聚乙二醇二缩水聚醚和甲苯二异氰酸酯提升了环氧树脂延展性的同时，提升环氧树脂与橡胶沥青的交联反应，使其形成一个一体的交联结构；
3、2,4-二硝基氯苯较强的电负性，有助于改善废旧胶粉的反应活性，促进了废旧胶粉的降解；
4、烷基酚聚氧乙烯醚和单甘酯双亲性，有助于降低两种乳液的表面能，提升两种乳液的存储稳定性，延长破乳时间，增加可操作时间；
5、短切碳纤维的加入，使得该磨耗层具有更好的耐磨性的抗变形能力，提升的磨耗层的抗拉强度和抗磨损性能。
具体实施方式
实施例1
一种具有高粘接强度的防滑磨耗层，是由如下质量份数的原料组成：乳化橡胶沥青 30份；自乳化环氧树脂乳液 20份；烷基酚聚氧乙烯醚5份；单甘酯 2份；水 10份；金刚砂35份；短切碳纤维 3份。
一种具有高粘接强度的防滑磨耗层的制备方法，采用如下步骤：a、将乳化橡胶沥青与自乳化环氧树脂乳液混溶后加入烷基酚聚氧乙烯醚和单甘酯，接着添加水调整粘度，得到复合粘结剂；b、将复合粘结剂质量的85%喷洒在路面上，撒布金刚砂和短切碳纤维；c、在金刚砂和短切碳纤维表面喷洒剩余的复合粘结剂，得到防滑磨耗层。
乳化橡胶沥青的制备方法采用如下步骤：a、将质量份数为20份的150目胶粉加入到高压釜中，然后加入质量份数为1份的2,4-二硝基氯苯，接着将反应釜加热到160℃，使用3000rpm的高速剪切机进行剪切搅拌，调整反应釜压力为0.5Mpa；b、接着按照1份/h的加料速度加入质量份数为2份的2，2’-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物反应3h；c、加入质量份数为100份的90#沥青反应2h；d、降低反应温度至90℃，压力调整为0.1MPa，加入质量份数为5份的乙酸仲丁酯，然后继续剪切搅拌15min；e、加入质量分数为10份的慢裂快凝沥青乳化剂继续剪切30min，然后加入质量份数为5份的正丁酸，继续剪切15min后，调整剪切速度为10000rpm，最后加入质量份数为120份的80℃水，加水速度为2份/min，直至上述反应体系发生相反转，由黑色粘稠状拉丝状液体变成深褐色乳液后，调整剪切速度为3000rpm，剪切搅拌15min，然后冷却至室温。
自乳化环氧树脂乳液的制备方法采用如下步骤：a、称取质量份数为104份的N-氨乙基乙醇胺加入到反应釜中，调整反应釜温度为60℃，在1000rpm的搅拌速度下氮气保护，压力为0.1MPa，滴加质量份数为277份的聚乙二醇二缩水甘油醚和质量份数为223份的环氧树脂E44的混合液反应2h，直至溶液变为淡黄色透明液体，滴加速度为5份/min；b、加入质量份数为590份的水和质量份数为10份的正丁酸继续搅拌30min；c、降低反应温度至30℃，加入质量份数为427份的环氧树脂E44和质量份数为40份的甲苯二异氰酸酯，搅拌直至变为乳白色膏状液体；d、添加质量份数为400份的水，加水速度为20份/min，搅拌直至变为均匀乳白色乳液。
聚乙二醇二缩水甘油醚的分子量为554，环氧树脂E44的分子量为427。
金刚砂是由如下目数金刚砂按质量百分比组成：5目金刚砂 40%；20目金刚砂45%；40目金刚砂 15%。
慢裂快凝沥青乳化剂采用BH-MK型慢裂快凝沥青乳化剂。
短切碳纤维长度为6mm，直径为7μm，抗拉强度等于3500 MPa。
实施例2
一种具有高粘接强度的防滑磨耗层，是由如下质量份数的原料组成：乳化橡胶沥青 35份；自乳化环氧树脂乳液 25份；烷基酚聚氧乙烯醚5份；单甘酯 2份；水 15份；金刚砂35份；短切碳纤维 5份。
一种具有高粘接强度的防滑磨耗层的制备方法，采用如下步骤：a、将乳化橡胶沥青与自乳化环氧树脂乳液混溶后加入烷基酚聚氧乙烯醚和单甘酯，接着添加水调整粘度，得到复合粘结剂；b、将复合粘结剂质量的85%喷洒在路面上，撒布金刚砂和短切碳纤维；c、在金刚砂和短切碳纤维表面喷洒剩余的复合粘结剂，得到防滑磨耗层。
乳化橡胶沥青的制备方法采用如下步骤：a、将质量份数为20份的150目胶粉加入到高压釜中，然后加入质量份数为1.5份的2,4-二硝基氯苯，接着将反应釜加热到165℃，使用5000rpm的高速剪切机进行剪切搅拌，调整反应釜压力为1Mpa；b、接着按照1份/h的加料速度加入质量份数为2份的2，2’-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物反应3h；c、加入质量份数为100份的90#沥青反应2h；d、降低反应温度至95℃，压力调整为0.1MPa，加入质量份数为10份的乙酸仲丁酯，然后继续剪切搅拌15min；e、加入质量分数为15份的慢裂快凝沥青乳化剂继续剪切30min，然后加入质量份数为8份的正丁酸，继续剪切15min后，调整剪切速度为12000rpm，最后加入质量份数为120份的80℃水，加水速度为3份/min，直至上述反应体系发生相反转，由黑色粘稠状拉丝状液体变成深褐色乳液后，调整剪切速度为5000rpm，剪切搅拌15min，然后冷却至室温。
自乳化环氧树脂乳液的制备方法采用如下步骤：a、称取质量份数为104份的N-氨乙基乙醇胺加入到反应釜中，调整反应釜温度为65℃，在1500rpm的搅拌速度下氮气保护，压力为0.1MPa，滴加质量份数为277份的聚乙二醇二缩水甘油醚和质量份数为223份的环氧树脂E44的混合液反应2h，直至溶液变为淡黄色透明液体，滴加速度为5份/min；b、加入质量份数为590份的水和质量份数为10份的正丁酸继续搅拌30min；c、降低反应温度至30℃，加入质量份数为427份的环氧树脂E44和质量份数为40份的甲苯二异氰酸酯，搅拌直至变为乳白色膏状液体；d、添加质量份数为400份的水，加水速度为20份/min，搅拌直至变为均匀乳白色乳液。
聚乙二醇二缩水甘油醚的分子量为554，环氧树脂E44的分子量为427。
金刚砂是由如下目数金刚砂按质量百分比组成： 10目金刚砂 40%； 30目金刚砂45%； 60目金刚砂 15%。
慢裂快凝沥青乳化剂采用BH-MK型慢裂快凝沥青乳化剂。
短切碳纤维长度为6mm，直径为7μm，抗拉强度等于3800 MPa。
实施例3
一种具有高粘接强度的防滑磨耗层，是由如下质量份数的原料组成：乳化橡胶沥青 32份；自乳化环氧树脂乳液 24份；烷基酚聚氧乙烯醚5份；单甘酯 2份；水 11份；金刚砂35份；短切碳纤维 4份。
一种具有高粘接强度的防滑磨耗层的制备方法，采用如下步骤：a、将乳化橡胶沥青与自乳化环氧树脂乳液混溶后加入烷基酚聚氧乙烯醚和单甘酯，接着添加水调整粘度，得到复合粘结剂；b、将复合粘结剂质量的85%喷洒在路面上，撒布金刚砂和短切碳纤维；c、在金刚砂和短切碳纤维表面喷洒剩余的复合粘结剂，得到防滑磨耗层。
乳化橡胶沥青的制备方法采用如下步骤：a、将质量份数为20份的150目胶粉加入到高压釜中，然后加入质量份数为1.3份的2,4-二硝基氯苯，接着将反应釜加热到162℃，使用3760rpm的高速剪切机进行剪切搅拌，调整反应釜压力为0.8Mpa；b、接着按照1份/h的加料速度加入质量份数为2份的2，2’-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物反应3h；c、加入质量份数为100份的90#沥青反应2h；d、降低反应温度至91℃，压力调整为0.1MPa，加入质量份数为9份的乙酸仲丁酯，然后继续剪切搅拌15min；e、加入质量分数为12份的慢裂快凝沥青乳化剂继续剪切30min，然后加入质量份数为6份的正丁酸，继续剪切15min后，调整剪切速度为11866 rpm，最后加入质量份数为120份的80℃水，加水速度为2.6份/min，直至上述反应体系发生相反转，由黑色粘稠状拉丝状液体变成深褐色乳液后，调整剪切速度为3760rpm，剪切搅拌15min，然后冷却至室温。
自乳化环氧树脂乳液的制备方法采用如下步骤：a、称取质量份数为104份的N-氨乙基乙醇胺加入到反应釜中，调整反应釜温度为61℃，在1230rpm的搅拌速度下氮气保护，压力为0.1MPa，滴加质量份数为277份的聚乙二醇二缩水甘油醚和质量份数为223份的环氧树脂E44的混合液反应2h，直至溶液变为淡黄色透明液体，滴加速度为5份/min；b、加入质量份数为590份的水和质量份数为10份的正丁酸继续搅拌30min；c、降低反应温度至30℃，加入质量份数为427份的环氧树脂E44和质量份数为40份的甲苯二异氰酸酯，搅拌直至变为乳白色膏状液体；d、添加质量份数为400份的水，加水速度为20份/min，搅拌直至变为均匀乳白色乳液。
聚乙二醇二缩水甘油醚的分子量为554，环氧树脂E44的分子量为427。
金刚砂是由如下目数金刚砂按质量百分比组成：8目金刚砂 40%；22目金刚砂45%；48目金刚砂 15%。
慢裂快凝沥青乳化剂采用BH-MK型慢裂快凝沥青乳化剂。
短切碳纤维长度为6mm，直径为7μm，抗拉强度等于3680 MPa。
具体实施过程中，聚乙二醇二缩水甘油醚采用上海釜顺国际贸易有限公司的产品。
性能测试如表1所示，试验方法参照相关标准。抗疲劳试验是采用水泥板材上喷涂防滑磨耗层，然后用疲劳试验机滚动测试10000次后，称量整个试件减轻的质量，试件尺寸为5cm厚的50cm*50cm的方形水泥板，上面喷涂的防滑磨耗层均采用粘结剂40g，级配金刚砂20g，固化24h后测试的结果。
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 常规磨耗层 |
| 抗剪强度/MPa | 7.88 | 8.54 | 7.61 | 1.07 |
| 断裂伸长率/% | 17.03 | 14.77 | 16.82 | >100 |
| 峰值尺寸/μm | 0.981 | 0.874 | 0.930 | - |
| 表干时间/h | 2.5 | 4 | 3.5 | 1.5 |
| 实干时间/h | 18 | 23 | 20 | 6 |
| 耐冲击性/cm | >50 | >50 | >50 | >50 |
| 附着力/级 | 0 | 0 | 0 | 3 |
| 抗疲劳试验/（g/10000次） | 14.14 g | 13.91 | 14.80 | 59.47 |
| 1h湿轮磨耗/ g/m<sup>2</sup> | 15.19 | 11.97 | 13.77 | 327.6 |
| 平整度指数IRI/m/km | 1.51 | 1.35 | 1.74 | 2.81 |
表1
Claims (5)
1.一种具有高粘接强度的防滑磨耗层，其特征在于：是由如下质量份数的原料组成：乳化橡胶沥青 30-35份；自乳化环氧树脂乳液 20-25份；烷基酚聚氧乙烯醚5份；单甘酯 2份；水 10-15份；金刚砂 35份；短切碳纤维 3-5份；乳化橡胶沥青的制备方法采用如下步骤：a、将质量份数为20份的150目胶粉加入到高压釜中，然后加入质量份数为1-1.5份的2,4-二硝基氯苯，接着将反应釜加热到160-165℃，使用3000-5000rpm的高速剪切机进行剪切搅拌，调整反应釜压力为0.5-1Mpa；b、接着按照1份/h的加料速度加入质量份数为2份的2，2’-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物反应3h；c、加入质量份数为100份的90#沥青反应2h；d、降低反应温度至90-95℃，压力调整为0.1MPa，加入质量份数为5-10份的乙酸仲丁酯，然后继续剪切搅拌15min；e、加入质量分数为10-15份的慢裂快凝沥青乳化剂继续剪切30min，然后加入质量份数为5-8份的正丁酸，继续剪切15min后，调整剪切速度为10000-12000 rpm，最后加入质量份数为120份的80℃水，加水速度为2-3份/min，直至上述反应体系发生相反转，由黑色粘稠状拉丝状液体变成深褐色乳液后，调整剪切速度为3000-5000rpm，剪切搅拌15min，然后冷却至室温；自乳化环氧树脂乳液的制备方法采用如下步骤：a、称取质量份数为104份的N-氨乙基乙醇胺加入到反应釜中，调整反应釜温度为60-65℃，在1000-1500rpm的搅拌速度下氮气保护，压力为0.1MPa，滴加质量份数为277份的聚乙二醇二缩水甘油醚和质量份数为223份的环氧树脂E44的混合液反应2h，直至溶液变为淡黄色透明液体，滴加速度为5份/min；b、加入质量份数为590份的水和质量份数为10份的正丁酸继续搅拌30min；c、降低反应温度至30℃，加入质量份数为427份的环氧树脂E44和质量份数为40份的甲苯二异氰酸酯，搅拌直至变为乳白色膏状液体；d、添加质量份数为400份的水，加水速度为20份/min，搅拌直至变为均匀乳白色乳液。
2.根据权利要求1所述的一种具有高粘接强度的防滑磨耗层的制备方法，其特征在于：采用如下步骤：a、将乳化橡胶沥青与自乳化环氧树脂乳液混溶后加入烷基酚聚氧乙烯醚和单甘酯，接着添加水调整粘度，得到复合粘结剂；b、将复合粘结剂质量的85%喷洒在路面上，撒布金刚砂和短切碳纤维；c、在金刚砂和短切碳纤维表面喷洒剩余的复合粘结剂，得到防滑磨耗层。
3.根据权利要求1所述的一种具有高粘接强度的防滑磨耗层，其特征在于：金刚砂是由如下目数金刚砂按质量百分比组成：5-10目金刚砂 40%；20-30目金刚砂 45%；40-60目金刚砂 15%。
4.根据权利要求1所述的一种具有高粘接强度的防滑磨耗层，其特征在于：慢裂快凝沥青乳化剂采用BH-MK型慢裂快凝沥青乳化剂。
5.根据权利要求书1所述的一种具有高粘接强度的防滑磨耗层，其特征在于：短切碳纤维长度为6mm，直径为7μm，抗拉强度大于等于3500 MPa。
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