CN114806085B - 道桥铺装用干法环氧改性剂、改性沥青混合料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种道桥铺装用干法环氧改性剂、改性沥青混合料及其制备方法与应用。以重量份计，所述道桥铺装用干法环氧改性剂包括以下组分：环氧树脂10～20份、固化剂4～50份、载体30～86份。该道桥铺装用干法环氧改性剂将环氧树脂和/或固化剂材料通过与载体预混制备母粒，获得干法改性剂，扩大可直投的环氧材料种类，可提高用其制作的沥青混合料的稳定度和低温性能。
Description
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种道桥铺装用干法环氧改性剂、改性沥青混合料及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，我国大跨径桥梁建设发展迅速，钢箱梁桥以其跨越能力大、韧性及延展性好、安装快速、强度高等优点在我国应用越来越多。钢桥面板属于正交异性结构，由于钢桥面板柔度大，且在受到车辆荷载作用、温度剧烈变化等一系列因素，沥青混凝土铺装层的受力和变形复杂。因此，作为钢桥面铺装层应具备良好的性能。
环氧沥青混合料、改性SMA混合料、浇筑式沥青混合料是常用的三种铺装材料。其中，环氧沥青混合料以其高强度、耐高温、抗疲劳、抗老化等优点，被人们逐渐关注起来。但传统的湿法工艺制备环氧沥青时，存在环氧沥青稳定性差、易离析、应用要求严格以及应用工序复杂等问题，施工现场需要先制备出环氧沥青，再与石料拌和成环氧沥青混合料，其整个拌和过程对剂量、温度和时间的控制比较严格。且环氧沥青混合料在摊铺、碾压、固化后较脆硬，与钢桥面板的变形协调性较差，同时在温度快速降低，受到车辆荷载作用时，容易引起桥面铺装层开裂破坏。
CN201410003536.9已提出了干法直投式环氧材料，所使用的材料是将环氧各个组分通过一定的方法固体化，或者直接采用固体环氧树脂、固体固化剂等材料。在制备环氧沥青混合料时，无论是实验室、还是施工时，可以直接将固态的环氧组分投入混合料进行拌和，不用再单独制备环氧沥青，从根本上解决了制备环氧沥青所带来的后续问题。但针对液态原材没有办法使用，并且也存在干法环氧沥青混合料低温性能欠缺的问题。因此，亟需开发一种热固性干法改性剂对原材试用性广，且能增加环氧沥青的柔韧性、提高混合料低温性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种道桥铺装用干法环氧改性剂、改性沥青混合料及其制备方法与应用。
具体来说，本发明提供了如下技术方案：
一种道桥铺装用干法环氧改性剂，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂10～20份、固化剂4～50份、载体30～86份，所述环氧树脂和固化剂中至少一种为液态状。
优选的，上述的道桥铺装用干法环氧改性剂中，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂10～20份、固化剂10～20份，载体30份；
和/或，所述环氧树脂和固化剂中至少一种为液态状。
优选的，上述的道桥铺装用干法环氧改性剂中，所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、环氧化烯烃类环氧树脂和脂环族类环氧树脂中的一种或者多种，更优选的，所述环氧树脂为液态环氧树脂，进一步优选为E44环氧树脂、E51环氧树脂、E54环氧树脂、F51环氧树脂、F44环氧树脂中的一种或多种。
优选的，上述的道桥铺装用干法环氧改性剂中，所述固化剂为醇类固化剂、酸类固化剂、胺类固化剂和酸酐类固化剂中的一种或者多种，更优选为聚酰胺、低分子聚酰胺650、间苯二胺、聚醚胺、咪唑、异佛尔酮二胺、双氰胺、桐油酸酐、聚葵二酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐中的一种或多种，进一步优选的，所述固化剂为液态固化剂。
优选的，上述的道桥铺装用干法环氧改性剂中，所述载体选自SBS、TPE、橡胶粉、直投速溶型SBS颗粒中的一种或多种；
和/或，所述载体的粒径小于2mm。
本发明还提供一种制备上述道桥铺装用干法环氧改性剂的方法，包括以下步骤：
将所述环氧树脂、固化剂和载体进行预混制备成改性剂母粒，再经研磨处理，制备成粉末颗粒，即得。
本发明还提供一种改性沥青混合料，以重量份计，原料包括：上述的道桥铺装用干法环氧改性剂1～8份、基质沥青4～10份、矿料100份；所述矿料由集料和矿粉组成。
本发明还提供一种制备上述的改性沥青混合料的方法，包括以下步骤：
将所述道桥铺装用干法环氧改性剂与集料拌合；再将拌合后的混合物与基质沥青拌合；然后加入矿粉进行拌合，即得所述沥青混合料；
其中，所述道桥铺装用干法环氧改性剂与集料拌合的温度为175-180℃，拌合的时间为20-120秒；所述拌合后的混合物与基质沥青拌合的温度为175-180℃，拌合的时间为20-120秒；所述加入矿粉进行拌合的时间为20-120秒。
本发明还提供另一种制备上述的改性沥青混合料的方法，包括以下步骤：
将所述道桥铺装用干法环氧改性剂与基质沥青拌合；再将拌合后的混合物与集料拌合；然后加入矿粉进行拌合，即得所述沥青混合料；
其中，所述道桥铺装用干法环氧改性剂与基质沥青拌合的温度为175-180℃，拌合的时间为20-120秒；所述拌合后的混合物与集料拌合的温度为175-180℃，拌合的时间为20-120秒；所述加入矿粉进行拌合的时间为20-120秒。
本发明还提供上述的沥青混合料在钢桥面、隧道、机场、高等级公路及城市干道的铺筑与修补上的应用。
本发明所取得的有益效果：
(1)本发明所述道桥铺装用干法环氧改性剂，将液态材料(液态环氧树脂和/或液态固化剂)通过与载体预混制备母粒，获得干法改性剂，扩大可直投的环氧材料种类，可提高用其制作的沥青混合料的稳定度和低温性能。
(2)本发明道桥铺装用干法环氧，可直接投入沥青混合料拌合锅与矿料、沥青拌合制作改性沥青混合料，将改性沥青加工与沥青混合料拌和生产工序“合二为一”，省去了大型剪切机、胶体磨等生产设备，综合效益明显，省去了将环氧沥青运输加工环节，减少了加工占地与生产过程的能源消耗与污染物排放，节能减排效益高，而且成本大为降低
(3)本发明成功的避开了常规环氧沥青的配伍性和热稳定性等问题，施工工艺简单，可由施工单位或者管理单位根据项目或特定段落现场确定或调整所用掺量，使用灵活方便，实现较好的过程控制投放的时间和投放量等。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不用来限制本发明的范围。
以下实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。以下实施例中所用的实验原料和相关设备等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
实施例1提供一种干法环氧改性剂，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂E44 25份，固化剂桐油酸酐25份，载体SBS-1301(巴陵石化)50份。
所述干法环氧改性剂制备方法如下：将上述材料加入高速混合机内，1000r/min下混合5min后得到母粒，再将母粒进行研磨处理，制备成60～80目的粉末颗粒，即得干法环氧改性剂。
实施例1进一步提供了一种包含上述干法环氧改性剂的改性沥青混合料，以重量份计，原料包括：干法环氧改性剂2.8份，基质沥青4份，矿料93.2份；所述矿料由95wt％集料和5wt％矿粉组成，级配选用AC-13型。
所述改性沥青混合料的制备方法如下：将集料加热至165℃，加入所述干法环氧改性剂，开始拌合，拌合温度160℃，拌合时间30秒，再加入基质沥青，继续拌合，拌合温度160℃，拌合时间90秒，最后添加矿粉进行拌合，拌合温度160℃，拌合时间90秒，即可制得热固性树脂干法改性沥青混合料。
对比例1
对比例1提供了一种干法环氧改性剂，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂E-1268份，固化剂双氰胺3份，2-甲基咪唑0.1份，丙烯酸酯0.5份，碳酸钙28.4份。
所述干法环氧改性剂制备方法如下：将上述材料破碎至20-60目，加入高速混合机内，混合5min后进入双螺杆挤出机混炼，挤出机送料段温度为90℃，出料温度为120℃，出料压成1mm薄片，然后冷却再送入粉碎筛选机组破碎分级过筛得到60～80目干法环氧改性剂。
对比例1进一步提供了一种包含上述干法环氧改性剂的改性沥青混合料(环氧树脂和固化剂的总量在改性沥青混合料中占比与实施例1相近)，以重量份计，原料包括：干法环氧改性剂2份，基质沥青4份，矿料94份；所述基质沥青、矿料与实施例1相同。
所述改性沥青混合料的制备方法同实施例1。
对比例2
对比例2提供一种道桥铺装用干法环氧改性剂，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂E12 24份，固化剂二氨基二苯砜6份，SBS-1301 70份。
所述干法环氧改性剂制备方法同实施例1。
对比例2进一步提供了一种包含上述干法环氧改性剂的改性沥青混合料(环氧树脂和固化剂的总量在改性沥青混合料中占比与实施例1相近)，以重量份计，原料包括：干法环氧改性剂4.7份，基质沥青4份，矿料91.3份；所述基质沥青、矿料与实施例1相同。
所述改性沥青混合料的制备方法同实施例1。
对比例3
对比例3提供一种干法环氧改性剂，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂E44 25份，固化剂桐油酸酐25份，SBS-1301 50份。
对比例3进一步提供了一种包含上述干法环氧改性剂的改性沥青混合料，以重量份计，原料包括：干法环氧改性剂2.8份，基质沥青4份，矿料93.2份；所述基质沥青、矿料与实施例1相同。
所述改性沥青混合料的制备方法如下：将集料加热至165℃，依次加入所述环氧树脂E44、固化剂桐油酸酐、SBS-1301，开始拌合，拌合温度160℃，拌合时间30秒，再加入基质沥青，继续拌合，拌合温度160℃，拌合时间90秒，最后添加矿粉进行拌合，拌合温度160℃，拌合时间90秒，即可制得热固性树脂干法改性沥青混合料。
试验例
将实施例1和对比例1-3制备的改性沥青混合料制备成马歇尔试件，将试件在150℃下成型后，放入60℃恒温烘箱中养生4天，养生后按照规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ E20-2011)》测试常规马歇尔性能，测试结果见表1。
表1常规马歇尔性能测试
| 实施例1 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | |
| 空隙率/％ | 2.4 | 5.7 | 3.5 | 2.8 |
| 稳定度/kN | 51.8 | 36 | 44.5 | 15.1 |
| 流值/mm | 3.7 | 2.1 | 3.9 | 2.6 |
| 低温弯曲/με | 3020 | 2300 | 2680 | 2813 |
由表1中数据可知，与对比例比较，本发明实施例提高了沥青混合料的稳定度及低温性能。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对其作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种道桥铺装用干法环氧改性剂，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂10~20份、固化剂4~50份、载体30~86份；
所述环氧树脂为液态环氧树脂，选自E44环氧树脂、E51环氧树脂、E54环氧树脂、F51环氧树脂、F44环氧树脂中的一种或多种；
所述固化剂为液态固化剂，选自低分子聚酰胺650、聚醚胺、异佛尔酮二胺、桐油酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐中的一种或多种；
所述载体选自SBS、TPE、橡胶粉中的一种或多种；
制备所述道桥铺装用干法环氧改性剂的方法，包括以下步骤：
将所述环氧树脂、固化剂和载体进行预混制备成改性剂母粒，再经研磨处理，制备成粉末颗粒，即得。
2.根据权利要求1所述的道桥铺装用干法环氧改性剂，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：环氧树脂10~20份、固化剂10~20份，载体30份。
3.根据权利要求1或2所述的道桥铺装用干法环氧改性剂，其特征在于，所述载体的粒径小于2mm。
4.一种制备如权利要求1-3任一项所述道桥铺装用干法环氧改性剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述环氧树脂、固化剂和载体进行预混制备成改性剂母粒，再经研磨处理，制备成粉末颗粒，即得。
5.一种改性沥青混合料，其特征在于，以重量份计，原料包括：权利要求1-3任一项所述道桥铺装用干法环氧改性剂1~8份、基质沥青4~10份、矿料100份；所述矿料由集料和矿粉组成。
6.一种制备权利要求5所述的改性沥青混合料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述道桥铺装用干法环氧改性剂与集料拌合；再将拌合后的混合物与基质沥青拌合；然后加入矿粉进行拌合，即得所述沥青混合料；
其中，所述道桥铺装用干法环氧改性剂与集料拌合的温度为175-180℃，拌合的时间为20-120秒；所述拌合后的混合物与基质沥青拌合的温度为175-180℃，拌合的时间为20-120秒；所述加入矿粉进行拌合的时间为20-120秒。
7.一种制备权利要求5所述的改性沥青混合料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述道桥铺装用干法环氧改性剂与基质沥青拌合；再将拌合后的混合物与集料拌合；然后加入矿粉进行拌合，即得所述沥青混合料；
其中，所述道桥铺装用干法环氧改性剂与基质沥青拌合的温度为175-180℃，拌合的时间为20-120秒；所述拌合后的混合物与集料拌合的温度为175-180℃，拌合的时间为20-120秒；所述加入矿粉进行拌合的时间为20-120秒。
8.权利要求5所述的改性沥青混合料在钢桥面、隧道、机场、高等级公路及城市干道的铺筑与修补上的应用。
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