CN111116109A - 一种水性环氧树脂改性乳化沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

一种水性环氧树脂改性乳化沥青混合料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水性环氧树脂改性乳化沥青混合料及其制备方法。包括如下步骤：1）制备水性环氧树脂改性乳化沥青。2）准备平均长度为6mm，直径为0.02±0.005mm的聚酯纤维待用。3）在拌合锅中加入石料，水泥，聚酯纤维，干拌15 s‑20s。4）加入外掺水拌合30s‑40s。5）加入制备好的水性环氧树脂改性乳化沥青拌合45s‑50s。6）加入矿粉拌合45s‑50s。本发明为一种提升水性环氧树脂改性乳化沥青混合料低温性能的制备技术，采用该制备方法制得的冷拌冷铺材料高温、低温以及水稳定性能均达到普通热拌沥青混合料的技术要求。

Description

一种水性环氧树脂改性乳化沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明属于道路及环境工程技术领域，具体涉及一种水性环氧树脂改性乳化沥青混合料及其制备方法。
背景技术
水性环氧树脂是通过环氧树脂与固化剂发生固化交联反应，形成具有良好力学性能的高分子材料。乳化沥青中加入水性环氧树脂后，水性环氧体系中的固化剂所含的胺基会与水性环氧中的环氧基团发生聚合反应等一系列化学反应，并最终使得环氧基团开环形成大分子链状结构，这些大分子链状结构在运动中互相纠缠，形成错综交联或者的交联网状结构。水性环氧改性乳化沥青所具有的交联网状结构可以有效提高乳化沥青的整体性能，特别是附着、黏结性能。同时，水性环氧改性乳化沥青作为混合料的胶结料，可显著增强冷拌混合料的高温性能和水稳定性能。
但通过前人的研究发现，水性环氧改性乳化沥青混合料的低温性能存在不足，不能满足在严寒地区使用的条件，这严重限制了水性环氧改性乳化沥青混合料的适用范围，给低污染、低排放、高性能路面技术的开发与推广带来困难。因此，开发一种水性环氧改性乳化沥青混合料能够满足低温性能，解决其低温性能不足的问题具有十分重要的现实意义。
现有技术中专利申请号为CN201711174775.0的发明专利涉及一种水性环氧树脂改性乳化沥青的制备技术及其低温性能改善方法，包括如下步骤：将基质沥青进行预热；将乳化剂与水按比例进行混合，并加热，保证乳化剂均匀溶解；将剪切仪放入混合乳液中，剪切，剪切过程中将预热后的基质沥青缓慢加入乳液中；将基质沥青和乳液混合剪切后得到混合物；向混合物中加入水性环氧树脂和固化剂，加入后继续剪切；将增韧剂加入水性环氧树脂改性乳化沥青中，剪切。本发明采用先乳化后改性的方法制备，制备的水性环氧树脂改性乳化沥青稳定性较好，并通过添加增韧剂改善水性环氧树脂改性乳化沥青的低温性能，使水性环氧树脂改性乳化沥青各项性能优异。首先，该专利主体为水性环氧改性乳化沥青，并不是水性环氧改性乳化沥青混合料。其次，该专利中水性环氧树脂为刚性水性环氧树脂，使得水性环氧改性乳化沥青的低温性能较差，不得不通过增韧剂对沥青进行改性。
发明内容
本发明提供一种水性环氧树脂改性乳化沥青混合料及其制备方法，改善低温性能，对今后水性环氧改性乳化沥青混合料的制备具有重要的指导意义。本申请使用柔性水性环氧树脂代替刚性水性环氧树脂，改善了水性环氧改性乳化沥青的低温性能，不需要再额外加入增韧剂，且通过使用聚酯纤维的加入使得沥青混合料的低温性能更加优异。
一种水性环氧树脂改性乳化沥青混合料，包括石料和胶结料，所述水性环氧树脂改性乳化沥青混合料中还加入聚酯纤维作为改性剂。
优选的是，所述石料为石灰岩，所述胶结料为水性环氧树脂改性乳化沥青。
上述任一方案中优选的是，聚酯纤维添加比例为0.2％-0.6％。
上述任一方案中优选的是，聚酯纤维添加比例为0.3％-0.5％。
上述任一方案中优选的是，聚酯纤维添加比例为0.2％。
上述任一方案中优选的是，聚酯纤维添加比例为0.4％。
上述任一方案中优选的是，聚酯纤维添加比例为0.6％。
上述任一方案中优选的是，所述聚酯纤维平均长度为6mm，直径为0.02±0.005mm。
上述任一方案中优选的是，所述聚酯纤维长径比为280-320，比重为1.3g/cm3-1.4g/cm3。
上述任一方案中优选的是，包括以下重量百分比的原料：石灰岩85％-95％、水性环氧树脂改性乳化沥青4％-10％、外掺水0.5％-5％。重量百分比均为和集料的百分比。
上述任一方案中优选的是，包括以下重量百分比的原料：石灰岩82％-92％、水性环氧改性乳化沥青5％-8％、外掺水1％-4％。
上述任一方案中优选的是，包括以下重量百分比的原料：石灰岩85％、水性环氧树脂改性乳化沥青10％、外掺水5％。
上述任一方案中优选的是，包括以下重量百分比的原料：石灰岩90％、水性环氧树脂改性乳化沥青5％、外掺水5％。
上述任一方案中优选的是，包括以下重量百分比的原料：石灰岩95％、水性环氧树脂改性乳化沥青2％、外掺水3％。
上述任一方案中优选的是，还包括水泥和矿粉，各物质的重量百分比为：石灰岩84.2％-88.3％、水性环氧改性乳化沥青5％-7％、外掺水1％-2.5％、水泥1.3％-1.7％，矿粉4.3％-4.7％。
上述任一方案中优选的是，所述石灰岩为级配石灰石，粒径为0.075mm-0.15mm,0.15mm-0.3mm,0.3mm-0.6mm,0.6mm-1.18mm,1.18mm-2.36mm,2.36-4.75mm,4.75mm-9.5mm,9.5mm-13.2mm,13.2mm-16mm的重量分别占级配石灰石的4％-8％，1％-7％，2％-5％，3％-8％，5％-10％，9％-12％，14％-18％，17％-30％，15％-22％，0％-10％。
本发明还提供上述水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的制备方法，采用冷拌的方式，包括以下步骤：
步骤一：在乳化沥青中加入水性环氧树脂制成改性水性环氧树脂改性乳化沥青；
步骤二：准备聚酯纤维待用；
步骤三：在拌合锅中加入石料，水泥，聚酯纤维，干拌；
步骤四：加入外掺水拌合；
步骤五：加入制备好的水性环氧树脂改性乳化沥青拌合；
步骤六：加入矿粉拌合；
步骤七：将混合料压实，养生。
优选的是，步骤一中，改性水性环氧树脂乳化沥青由乳化沥青、水性环氧树脂充分混合而成。
上述任一方案中优选的是，乳化剂掺量为乳化沥青重量的3.5％，乳化沥青油水比为60:40。
上述任一方案中优选的是，步骤一中，制备乳化沥青所用的乳化剂为阴离子慢裂乳化剂。
上述任一方案中优选的是，阴离子慢裂乳化剂添加量为乳化沥青质量的3％-4％。
上述任一方案中优选的是，步骤一中，制备水性环氧乳化沥青的水性环氧树脂为柔性水性环氧树脂。
上述任一方案中优选的是，柔性水性环氧树脂中水性环氧树脂与固化剂的比例为12：1。
上述任一方案中优选的是，柔性水性环氧树脂中水性环氧树脂与固化剂的比例为10：1。
上述任一方案中优选的是，柔性水性环氧树脂中水性环氧树脂与固化剂的比例为10：2。
上述任一方案中优选的是，柔性水性环氧树脂中水性环氧树脂与固化剂的比例为10：3。
上述任一方案中优选的是，柔性水性环氧树脂中水性环氧树脂与乳化沥青的比例为2：10。
上述任一方案中优选的是，柔性水性环氧树脂中水性环氧树脂与乳化沥青的比例为3：10。
上述任一方案中优选的是，柔性水性环氧树脂中水性环氧树脂与乳化沥青的比例为3：11。
上述任一方案中优选的是，柔性水性环氧树脂中水性环氧树脂与乳化沥青的比例为3：12。
上述任一方案中优选的是，步骤二中，所用的聚酯纤维平均长度为6mm，直径为0.02±0.005mm。
上述任一方案中优选的是，步骤二中，所用的聚酯纤维长径比为280-320，比重为1.3g/cm3-1.4g/cm3。
上述任一方案中优选的是，步骤二中，所用的聚酯纤维长径比为290-310，比重为1.32g/cm3-1.38g/cm3。
上述任一方案中优选的是，步骤二中，所用的聚酯纤维长径比为280，比重为1.3g/cm3。
上述任一方案中优选的是，步骤二中，所用的聚酯纤维长径比为300，比重在1.35g/cm3。
上述任一方案中优选的是，步骤二中，所用的聚酯纤维长径比为320，比重为1.4g/cm3间。
上述任一方案中优选的是，制备时，材料加入顺序依次为，石料，水泥，聚酯纤维，外掺水，水性环氧乳化沥青，矿粉。上述添加顺序不可改变。
上述任一方案中优选的是，在拌合过程中，材料加入顺序为，先加入石料，水泥，聚酯纤维进行干拌，再加入外掺水拌合，再加入水性环氧树脂改性乳化沥青拌合，最后加入矿粉拌合。
上述任一方案中优选的是，步骤三中，加入石料，水泥，聚酯纤维进行干拌时间为15-20s。
上述任一方案中优选的是，步骤三中，加入石料，水泥，聚酯纤维进行干拌时间为15s。
上述任一方案中优选的是，步骤三中，加入石料，水泥，聚酯纤维进行干拌时间为18s。
上述任一方案中优选的是，步骤三中，加入石料，水泥，聚酯纤维进行干拌时间为20s。
上述任一方案中优选的是，步骤三中，聚酯纤维添加比例为0.2％-0.6％，水泥添加比例为1.3％-1.7％。
上述任一方案中优选的是，步骤三中，聚酯纤维添加比例为0.2％，水泥添加比例为1.3％。
上述任一方案中优选的是，步骤三中，聚酯纤维添加比例为0.4％，水泥添加比例为1.5％。
上述任一方案中优选的是，步骤三中，聚酯纤维添加比例为0.6％，水泥添加比例为1.7％。
上述任一方案中优选的是，步骤四中，加入外掺水比例为0.5-2％，拌合时间为30-40s。
上述任一方案中优选的是，步骤四中，加入外掺水比例为0.5％，拌合时间为30s。
上述任一方案中优选的是，步骤四中，加入外掺水比例为1％，拌合时间为35s。
上述任一方案中优选的是，步骤四中，加入外掺水比例为2％，拌合时间为40s。
上述任一方案中优选的是，步骤五中，加入水性环氧乳化沥青的比例为4-9％，拌合时间为45-50s。
上述任一方案中优选的是，步骤六中，加入矿粉比例为4.3-4.7％，矿粉拌合时间为45-50s。
上述任一方案中优选的是，步骤五中，加入水性环氧乳化沥青的比例为4％，拌合时间为45s。
上述任一方案中优选的是，步骤五中，加入水性环氧乳化沥青的比例为6％，拌合时间为48s。
上述任一方案中优选的是，步骤五中，加入水性环氧乳化沥青的比例为9％，拌合时间为50s。
上述任一方案中优选的是，步骤七中包括将混合料进行两次压实，并进行养生。
上述任一方案中优选的是，步骤七中包括将混合料首次压实后，在25℃±5℃条件下养生至约48小时。
上述任一方案中优选的是，步骤七中包括将混合料首次压实后，在20℃条件下养生至约48小时。
上述任一方案中优选的是，步骤七中包括将混合料首次压实后，在25℃条件下养生至约48小时。
上述任一方案中优选的是，步骤七中包括将混合料首次压实后，在30℃条件下养生至约48小时。
上述任一方案中优选的是，在首次养生后失水率需要达到30％-40％。
上述任一方案中优选的是，在首次养生后失水率需要达到32％-38％。
上述任一方案中优选的是，在首次养生后失水率需要达到30％。
上述任一方案中优选的是，在首次养生后失水率需要达到35％。
上述任一方案中优选的是，在首次养生后失水率需要达到38％。
上述任一方案中优选的是，在首次养生后失水率需要达到40％。
上述任一方案中优选的是，步骤七中，混合料第一次压实后并进行养生，即在25℃±5℃下养生48小时后，进行混合料第二次压实，。
上述任一方案中优选的是，混合料第二次压实后，在20℃下养生48小时以上。
上述任一方案中优选的是，混合料第二次压实后，在25℃下养生48小时以上。
上述任一方案中优选的是，混合料第二次压实后，在30℃下养生48小时以上。
本发明通过聚酯纤维的加入和对生产工艺的优化可以使得水性环氧改性乳化沥青混合料的性能更加均衡，混合料所有指标均满足热拌沥青混合料的技术规范要求。
相较于普通水性环氧改性乳化沥青混合料，运用本发明所提供的制备技术得到的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料低温性能可提升50％以上。相较于普通的乳化沥青混合料，运用本发明所提供的制备技术得到的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料各项性能均得到明显的提升，马歇尔稳定度为13.1KN，冻融劈裂强度比为93.32％，残留稳定度为85.7％，低温破坏应变为2642uε，动稳定度为16538次/mm。
本发明的一种水性环氧树脂改性乳化沥青混合料制备技术，工艺简单、操作便捷；所制得的铺装材料安全可靠、成本低廉、对环境友好，各项性能表现优异，尤其是低温性能得到了明显的提升，使得水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的推广范围明显扩大，具有很高的社会意义以及使用价值。
本发明的技术方案中涉及了诸多参数，需要综合考虑各个参数之间的协同作用，才能获得本发明的有益效果和显著进步。而且技术方案中各个参数的取值范围都是经过大量试验才获得的，针对每一个参数以及各个参数的相互组合，发明人都记录了大量试验数据，限于篇幅，在此不公开具体试验数据。
附图说明
图1为聚酯纤维实物图；
图2为加入聚酯纤维后的混合料实物图；
图3为未加入聚酯纤维的混合料实物图。
具体实施方式
实施例1：
一种水性环氧树脂改性乳化沥青混合料，采用冷拌的方式，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：使用阴离子慢裂乳化剂制备乳化沥青，其中乳化剂掺量为乳化沥青重量的3.5％，乳化沥青油水比为60:40；
步骤二：通过在乳化沥青中加入水性环氧树脂制成水性环氧树脂乳化沥青，其中，水性环氧树脂为柔性环氧树脂，水性环氧树脂与固化剂的质量比为10：1，水性环氧树脂与乳化沥青的质量比为3：10；
步骤三：准备平均长度为6mm，直径为0.02mm，长径比为280，比重为1.3g/cm3的聚酯纤维待用；
步骤三：在拌合锅中加入重量比为98.1：1.5：0.4的级配石料、水泥、聚酯纤维，干拌15s；
步骤四：加入0.9％(占石料与改性剂总重)的外掺水拌合30s；
步骤五：加入6.4％(占石料与改性剂总重)的水性环氧树脂改性乳化沥青拌合45s；
步骤六：加入4.5％(占石料与改性剂总重)矿粉拌合45s；
步骤七：将混合料压实后，在常温下养生至失水率达30％-40％(约48小时)；
步骤八：将混合料二次压实，在常温中再次养生48小时以上，即可制得所述水性环氧树脂乳化沥青混合料。
图1为聚酯纤维实物图；图2为加入聚酯纤维后的混合料实物图；图3为未加入聚酯纤维的混合料实物图。
表1为加入聚酯纤维前、后的水性环氧树脂乳化沥青混合料性能比较。
表1混合料性能对比表
Figure BDA0002329190350000081
通过表1可以看出，本实施例的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的路用性能均远远超出了普通热拌沥青混合料的路用性能指标，且相较于未加入聚酯纤维的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料，其低温性能有着明显的提升。
本实施例的制备方法采用冷拌的方式，施工工艺采用冷拌冷铺的方式，在城市道路的升级过程中，道路的冷拌冷铺具有施工不受气候环境限制、可长时间存放、材料综合利用率高、环保节能等独特优点。由此可见，适宜的冷拌冷铺施工工艺可减少环境污染、节约能源、改善工人的劳动条件，同时具有良好的社会效益和经济效益。
实施例2：
一种水性环氧树脂改性乳化沥青混合料，采用冷拌的方式，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：使用阴离子慢裂乳化剂制备乳化沥青，其中乳化剂掺量为乳化沥青重量的3.5％，乳化沥青油水比为60:40；
步骤二：通过在乳化沥青中加入水性环氧树脂制成水性环氧树脂乳化沥青，其中，水性环氧树脂为柔性环氧树脂，水性环氧树脂与固化剂的质量比为10：1，水性环氧树脂与乳化沥青的质量比为3：10；
步骤三：准备平均长度为6mm，直径为0.02mm，长径比为280，比重为1.3g/cm3的聚酯纤维待用；
步骤三：在拌合锅中加入重量比为97.5：1.5：1的级配石料、水泥、聚酯纤维，干拌15s；
步骤四：加入0.9％(占石料与改性剂总重)的外掺水拌合30s；
步骤五：加入6.4％(占石料与改性剂总重)的水性环氧乳化沥青拌合45s；
步骤六：加入4.5％(占石料与改性剂总重)矿粉拌合45s；
步骤七：将混合料压实后，在常温下养生至失水率达30％-40％(约48小时)；
步骤八：将混合料二次压实，在常温中再次养生48小时以上，即可制得所述水性环氧树脂乳化沥青混合料。
表2混合料性能对比表
Figure BDA0002329190350000091
Figure BDA0002329190350000101
通过表2可以看出，本实施例加入1％聚酯纤维的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料性能相较于未加入聚酯纤维的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料，其整体性能没有明显的提升。通过表1表2对比，可以得到混合料的性能随聚酯纤维掺量的变化而变化，并非聚酯纤维掺量越高混合料的性能越好。
本发明的技术方案中涉及了诸多参数，需要综合考虑各个参数之间的协同作用，才能获得本发明的有益效果和显著进步。而且技术方案中各个参数的取值范围都是经过大量试验才获得的，针对每一个参数以及各个参数的相互组合，发明人都记录了大量试验数据，限于篇幅，在此不公开具体试验数据。

Claims (10)

1.一种水性环氧树脂改性乳化沥青混合料，包括石料和胶结料，其特征在于，所述水性环氧树脂改性乳化沥青混合料中加入聚酯纤维。
2.根据权利要求1所述的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料，其特征在于，所述聚酯纤维添加比例为0.2-0.6%。
3.根据权利要求1或2所述的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料，其特征在于，所述聚酯纤维长径比为280-320，比重为1.3g/cm3-1.4g/cm3。
4.根据权利要求1所述的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：石灰岩85%-95%、水性环氧改性乳化沥青4%-10%、外掺水0.5%-5%。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在乳化沥青中加入水性环氧树脂制成改性水性环氧树脂改性乳化沥青；
步骤二：准备聚酯纤维待用；
步骤三：在拌合锅中加入石料，水泥，聚酯纤维，干拌；
步骤四：加入外掺水拌合；
步骤五：加入制备好的水性环氧树脂乳化沥青拌合；
步骤六：加入矿粉拌合；
步骤七：将混合料压实，养生。
6.如权利要求5所述的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的制备方法，其特征在于：步骤三中，聚酯纤维添加比例为0.2%-0.6%，水泥添加比例为1.3%-1.7%。
7.如权利要求5所述的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的制备方法，其特征在于：步骤四中，加入外掺水比例为0.5%-2%，拌合时间为30 s -40s。
8.如权利要求5所述的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的制备方法，其特征在于：步骤五中，加入水性环氧树脂乳化沥青的比例为4%-9%，拌合时间为45-50s。
9.如权利要求5所述的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的制备方法，其特征在于：步骤六中，加入矿粉比例为4.3%-4.7%，矿粉拌合时间为45 s -50s。
10.如权利要求5所述的水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的制备方法，其特征在于：步骤七中包括将混合料分两次压实，并进行养生。
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