CN115159898A - 一种热拌环氧沥青混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热拌环氧沥青混凝土及其制备方法和应用。热拌环氧沥青混凝土，包括如下重量份的组分：5～9份的环氧沥青、80～100份的集料、0.45‑4份的改性剂；所述环氧沥青包括如下重量份的组分：50～60份含有双酚A液体环氧树脂和活性稀释剂的双酚A型环氧树脂体系、40～50份主成分为聚酰胺的固化剂体系、90～100份基质沥青、0.5～2份增溶剂。本发明提供的热拌环氧沥青混凝土除了保留本身优异的高温抗形变性能外，其低温下的抗裂性能以及防水性均有很大提升，在更为苛刻的工况(低温、雨水)条件下，性能也非常出色，特别适用于大跨径钢桥面的铺装以及修补。
Description
技术领域
本发明涉及沥青混凝土技术领域，具体涉及一种热拌环氧沥青混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
随着国内交通不断壮大，为满足不同的设计需求，我国建设的大跨径桥梁数量也越来越多，但钢桥面自身压力情况复杂，如主梁结构基本上都采用正交异性刚面板加薄层铺装构成桥梁行车系结构，这样的结构会导致钢桥面刚度以及变形的不均匀，另外一些外在的恶劣环境如过重得车载重量、高低温、雨水、紫外线等作用影响，会使得桥面容易发生裂缝、车辙等病害，从而影响其寿命以及功能性，因此，桥面的铺装材料以及铺装工艺就很重要。
目前钢桥面铺装的材料主要有四种：密集配沥青混凝土(AC)、沥青玛蹄脂碎石混凝土(SMA)、浇筑式沥青混凝土(GA)以及环氧沥青混凝土(EA)，AC工艺简单，但在稳定性、抗疲劳性等方面均较差；SMA热稳定性优良，耐磨耐滑，但粘结性能较差，易出现推移拥包；GA油石比高，在高温下能够自重流平，无需碾压，防水、抗变形以及抗疲劳性能优异，但高温性能不足；EA包括冷拌、温拌以及热拌三种不同类型，根据不同的特点适用于不同领域，是目前钢桥面铺装比较先进的铺装材料，特别是热拌环氧，其环氧材料需要较少，抗变形以及高温稳定性综合性能皆佳，但缺点就是低温情况的抗裂性能较差，在较严寒的地方使用有一定的局限性，同时与冷拌以及温拌环氧相比，热伴环氧需要在高温过程中施工，热拌环氧是一个反应时间相对较长的固化过程，在温度降下来后并没有完全固化，需要养护，这样外部的湿度带来的水分也会对材料的性能带来影响，同时防水性能也会带来影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供热拌环氧沥青混凝土及其制备方法和应用，其可改善热拌环氧沥青混凝土的耐高温抗形变性能以及抗裂性能和防水性。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种热拌环氧沥青混凝土，包括如下重量份的组分：5～9份的环氧沥青、80～100份的集料、0.45-4份的改性剂。
具体地，所述环氧沥青包括如下重量份的组分：50～60份含有双酚A液体环氧树脂和活性稀释剂的双酚A型环氧树脂体系、40～50份主成分为聚酰胺的固化剂体系、90～100份基质沥青、0.5～2份增溶剂。
具体地，所述增溶剂为烷基萘。
具体地，所述改性剂为分子筛改性剂。
具体地，所述分子筛改性剂为NAY分子筛、NH4Y分子筛、HY分子筛中的一种或多种。优选为NH4Y分子筛、HY分子筛的一种或两种。如上海灵洪化工科技有限公司的NH4Y分子筛、HY分子筛。NAY分子筛是一种钠型的硅铝酸盐，HY分子筛和NH4分子筛就是分别用H+和NH4+去取代其中的Na+。分子筛比表面积200～700m2/g、孔体积0.11～0.55ml/g，孔尺寸10～50*10-10m，粒径0.5～300微米，堆比重0.3～0.6g/ml。
优选地，所述热拌环氧沥青混凝土，包括如下重量份的组分：6～8份的环氧沥青、90～100份的集料、0.5-2份的改性剂。
优选地，所述环氧沥青包括如下重量份的组分：54～60份含有双酚A液体环氧树脂和活性稀释剂的双酚A型环氧树脂体系、40～46份主成分为聚酰胺的固化剂体系、95～100份基质沥青、0.5～1份增溶剂。
按上述方案，所述双酚A型环氧树脂体系中双酚A液体环氧树脂的含量为70-90％。
按上述方案，所述的活性稀释剂为1、4-丁二醇二缩水甘油醚、碳十二至碳十四烷基缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中的至少一种。
按上述方案，所述主成分为聚酰胺的固化剂体系中还含有脂肪胺、聚醚胺，聚酰胺的含量为50wt％以上。
按上述方案，所述脂肪胺为十二烷基伯胺、十六烷基伯胺、二甲基十四烷基胺中的至少一种；
聚酰胺为由脂肪酸、脂肪胺在环氧稀释剂和环氧促进剂的存在下反应得到的产物，其中：所述的脂肪酸为C16-C20高级脂肪酸、油酸、亚油酸、松香酸、妥尔油中的一种或多种混合物、脂肪胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺中的一种或多种的混合物；所述的环氧稀释剂为C12-C14烷基缩水甘油醚、1、4-丁二醇二缩水甘油醚、邻甲酚缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中一种或多种的混合物；所述的环氧促进剂为2,4,6三-(二甲胺基甲基)苯酚、哌嗪类化合物的一种或多种混合物。
按上述方案，所述的聚醚胺可为D400聚酰胺。
具体地，所述集料包括如下重量份的组分：100份玄武岩、2.0～4.5份矿粉。
优选地，所述集料包括如下重量份的组分：100份玄武岩、2.0～4份矿粉。
优选地，所述含有双酚A液体环氧树脂和活性稀释剂的双酚A型环氧树脂体系为潼灏(上海)材料科技有限公司的812A。
优选地，所述主成分为聚酰胺的固化剂体系为潼灏(上海)材料科技有限公司的812B。
按上述方案，所述烷基萘为侧链为C10～C20取代的低粘度烷基萘，由萘与C10～C20烯烃反应得到。
优选地，所述烷基萘为低粘度烷基萘，100℃运动粘度为粘度为3～10cst，如广东米奇新材料有限公司AN3、AN5。
具体地，所述基质沥青为70#沥青。
具体地，所述矿粉为石灰石矿粉。
本发明的第二方面，提供一种热拌环氧沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、按比例将含有双酚A液体环氧树脂和活性稀释剂的双酚A型环氧树脂体系和主成分为聚酰胺的固化剂体系按比例在40～60℃搅拌均匀，然后加入增溶剂以及事先预热至130～150℃的基质沥青，升温至160～180℃，保持30～90min，得环氧沥青；
S2、往步骤S1所得环氧沥青中加入相应比例的改性剂，继续搅拌15min～30min，得混合沥青；
S3、向按照比例配好的事先预热至165～190℃集料中加入步骤S2中所得混合沥青，170～190℃保温60～180min，即得环氧沥青混凝土。
优选地，提供一种热拌环氧沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将含有双酚A液体环氧树脂和活性稀释剂的双酚A型环氧树脂体系和主成分为聚酰胺的固化剂体系按比例在50～60℃搅拌均匀，然后加入增溶剂以及事先预热至135～150℃的基质沥青，升温至165～180℃，保持45～60min，得环氧沥青；
S2、往步骤S1所得环氧沥青中加入相应比例的改性剂，继续搅拌15min～25min，得混合沥青；
S3、往按照比例配好的事先预热至165～185℃集料中加入步骤S2所得混合沥青，170～185℃保温70～160min，即得环氧沥青混凝土。
本发明的第三方面，提供一种上述热拌环氧沥青混凝土的应用。
按上述方案，所述的应用为用于钢桥面的铺装以及修补。
本发明环氧沥青中使用的增溶剂烷基萘除了改善沥青与环氧树脂的相容性，还因为烷基萘特殊的芳环类结构和其本身极低的倾点，与主成分为聚酰胺的固化剂体系一起协同作用对热塑性的环氧树脂在韧性以及低温的抗裂性能方面起到促进作用，改善热拌环氧在低温下抗裂效果差的缺点，进一步配合使用的分子筛改性剂除了会吸附外部的湿度带来的水分，消除外部的湿度对材料的影响外，还在集料与环氧树脂的裹附作用中，起到分散，增加裹附力的作用，使热拌环氧沥青混凝土的耐高温抗形变性能以及防水性均得到很大提高。解决了目前用于环氧沥青混凝土领域低温情况下抗裂性较差以及施工外部的湿度带来的水分影响材料等问题。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供的热拌环氧沥青混凝土具有优异的高温抗形变性能、低温抗裂性能以及防水性能，在更为苛刻的工况(低温、雨水)条件下，性能也非常出色，特别适用于大跨径钢桥面的铺装以及修补。
(2)本发明中的热拌环氧沥青混凝土可全部采用国产化原料，打破了国外公司对我国热拌环氧领域的垄断，具有积极的社会效应；
(3)增溶剂烷基萘除了改善沥青与环氧树脂的相容性，还因为烷基萘特殊的芳环类结构和其本身极低的倾点，与改性固化剂一起协同作用对热塑性的环氧树脂在韧性以及低温的抗裂性能起到促进作用，改善热拌环氧在低温下抗裂效果差的缺点；
(4)改性剂分子筛除了会吸附外部的湿度带来的水分，消除外部的湿度对材料的影响外，还在集料与环氧树脂的裹附作用中，起到分散、增加裹附力的作用，防水性能以及稳定性能进一步提升；
(5)本发明提供的热拌环氧沥青混凝土产品制备过程简单，无三废产生，工艺能耗较小，属于清洁生产。
具体实施方式
本文所公开的“范围”以下限和上限的形式。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有可以这种方式进行限定的范围是包含和可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了54～60范围，理解为54～60的范围也是预料到的。在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的“包括”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”可以表示还可以包含没有列出的其他元件，也可以仅包括列出的元件。
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1
热拌环氧沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1、将58份812A双酚A型环氧树脂和42份812B改性聚酰胺固化剂在60℃搅拌均匀，然后加入1份增溶剂AN5以及事先预热至140℃的70#基质沥青，升温至170℃，保持45min，得环氧沥青；
S2、往步骤S1所得的环氧沥青中加入NH4Y分子筛，其中：环氧沥青：8份；NH4Y分子筛0.5份，继续搅拌15min，得混合沥青；
S3、往事先预热至175℃的集料(100份玄武岩:2份石灰石矿粉)中加入步骤S2的混合沥青，其中：集料100份，混合沥青8份；170℃保温100min，即得环氧沥青混凝土。
实施例2(实施例1的对比试验)
热拌环氧沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1、将58份812A和42份812B在60℃搅拌均匀，然后加入0份的增溶剂AN5以及事先预热至140℃的70#基质沥青，升温至170℃，保持45min，得环氧沥青
S2、往步骤S1所得的环氧沥青中加入NH4Y分子筛，其中：环氧沥青：8份；NH4Y分子筛0.5份，继续搅拌15min，得混合沥青
S3、往事先预热至175℃的100份集料(100份玄武岩:2份矿粉)中加入步骤S2的混合沥青，其中：集料100份，混合沥青8份；170℃保温100min，即得环氧沥青混凝土。
实施例3
热拌环氧沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1、将60份812A和40份812B在60℃搅拌均匀，然后加入2份的增溶剂AN5以及事先预热至130℃的70#基质沥青，升温至180℃，保持45min，得环氧沥青；
S2、往步骤S1所得环氧沥青中加入改性剂(NH4分子筛：HY分子筛＝1：1)，其中：环氧沥青：8份；分子筛改性剂2份，继续搅拌25min，得混合沥青；
S3、往事先预热至165℃的100份集料(100份玄武岩：3份石灰石矿粉)中加入步骤2中6份混合沥青，160℃保温160min，即得环氧沥青混凝土。
实施例4
热拌环氧沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1、将58份812A和42份812B在60℃搅拌均匀，然后加入1份的增溶剂AN5以及事先预热至140℃的70#基质沥青，升温至170℃，保持60min，得环氧沥青
S2、往步骤S1所得环氧沥青中加入改性剂HY分子筛，其中：环氧沥青：7份；分子筛改性剂1份，继续搅拌15min，得混合沥青
S3、往事先预热至175℃的100份集料(100份玄武岩:2份石灰石矿粉)中加入步骤S2中得混合沥青7份，170℃保温120min，即得环氧沥青混凝土。
实施例5
热拌环氧沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1、将58份812A和42份812B在60℃搅拌均匀，然后加入2份的增溶剂AN5以及事先预热至150℃的70#基质沥青，升温至175℃，保持60min，得环氧沥青
S2、往步骤2所得6份环氧沥青中加入0.5份改性剂HY分子筛，继续搅拌15min，得混合沥青
S3、往事先预热至180℃的100份集料(100份玄武岩+2份石灰石矿粉)中加入步骤2中6份混合沥青，175℃保温120min，即得环氧沥青混凝土。
实施例6(实施例5对比实验)
热拌环氧沥青混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1、将58份812A和42份812B在60℃搅拌均匀，然后加入2份的增溶剂AN5以及事先预热至150℃的70#基质沥青，升温至175℃，保持60min，得环氧沥青
S2、往事先预热至180℃的100份集料(100份玄武岩+2份石灰石矿粉)中加入步骤2中6份混合沥青，175℃保温120min，即得环氧沥青混凝土。
实施例1-6的环氧沥青和环氧沥青混凝土(60℃4d养护，常温1d养护)测试结果见表1。
环氧沥青通过拉伸强度以及断裂伸长率两个指标来评估其强度以及韧性。
拉伸强度：是试样由均匀塑性形变向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是试样在静拉伸条件下的最大承载能力，单位为MPa，抗拉强度即表征材料最大均匀塑性变形的抗力，采用T0629-2011中实验方法测试。
断裂伸展率：是试样拉伸断裂后标距段的总变形ΔL与原标距长度L之比的百分数，单位％，断裂伸展率表征了材料的韧性，采用ASTM D638中实验方法测试。
环氧沥青混凝土按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)的相关要求，采用动稳定度和冻融劈裂强度比来评估其高温抗变形以及水稳定性
动稳定度是是指沥青混合料在高温条件下(试验温度一般是具有代表性的60℃)混合料每产生1mm变形时,所承受标准轴载的行走次数，单位次/mm，表征其动稳定性，用来评价环氧沥青混合料的高温抗变形性，采用T0719-2011方法测试
冻融劈裂强度就是沥青混合料试件在冻融循环后测定的劈裂强度，主要是进行冻融循环后，测定沥青混合料试件在受到水损害前后劈裂破坏的强度比，以评价沥青混合料的水稳定性，采用T0729-2011方法测试
表1
由表1中测试结果可知，实施例2与实施例1比，仅没有添加增溶剂AN5，但实施例1中环氧沥青的23℃拉伸强度以及断裂伸长率均有所增加，特别是断裂伸长率，说明增溶剂增加了环氧树脂与沥青的相容性，混合更彻底，更为重要的是，在低温-20℃下，没加增溶剂AN5的实施例2的环氧沥青的断裂伸长率下降了88％，而添加增溶剂AN5的实施例的环氧沥青的断裂伸长率仅下降了69％，相比提高了19个百分点；实施例3～6均添加了增溶剂，不管是常温(23℃)下，还是在低温(-20℃)条件下，其拉伸强度以及断裂伸长率均有不同程度改进，增溶剂烷基萘特殊的芳环类结构和其本身极低的倾点，与改性固化剂一起协同作用对热塑性的环氧树脂在韧性以及低温的抗裂性能起到了促进作用。
实施例6与实施例5相比，仅没有添加改性剂分子筛，但实施例5中环氧沥青混凝土的动稳定度以及冷冻劈裂强度比与实施例6相比，分别调高了22.8％以及7.8％百分点，同时实施例1～5中均添加了不同组分的改性剂分子筛，其动稳定度以及冷冻劈裂强度比均有提高，这说明改性剂分子筛的加入，使得其耐高温抗形变性能以及防水性均得到很大提高。
综上，本申请中的环氧沥青混凝土除了保留本身优异的高温抗形变性能外，其低温下的抗裂性能以及防水性均有不同程度提升，满足更为苛刻的工况条件下，特别适用于钢桥面的铺装以及修补，而且产品制备过程简单，无三废产生，工艺能耗较小，属于清洁生产。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种热拌环氧沥青混凝土，其特征在于：包括如下重量份的组分：5～9份的环氧沥青、80～100份的集料、0.45-4份的改性剂；
所述环氧沥青包括如下重量份的组分：50～60份含有双酚A液体环氧树脂和活性稀释剂的双酚A型环氧树脂体系、40～50份主成分为聚酰胺的固化剂体系、90～100份基质沥青、0.5～2份增溶剂；
所述改性剂为分子筛改性剂。
2.根据权利要求1所述的热拌环氧沥青混凝土，其特征在于：所述热拌环氧沥青混凝土，包括如下重量份的组分：6～8份的环氧沥青、90～100份的集料、0.5-2份的改性剂。
3.根据权利要求1或2所述的热拌环氧沥青混凝土，其特征在于：所述集料包括如下重量份的组分：100份玄武岩、2.0～4.5份矿粉。
4.根据权利要求3所述的热拌环氧沥青混凝土，其特征在于：所述矿粉为石灰石矿粉。
5.根据权利要求1所述的热拌环氧沥青混凝土，其特征在于：
所述增溶剂为烷基萘；
所述的分子筛改性剂选自NAY分子筛、NH4Y分子筛、HY分子筛中的一种或以上的混合。
6.根据权利要求1所述的热拌环氧沥青混凝土，其特征在于：
所述的活性稀释剂为1、4-丁二醇二缩水甘油醚、碳十二至碳十四烷基缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中的至少一种；
所述的固化剂体系中还含有脂肪胺、聚醚胺，其中：聚酰胺的含量为50wt％以上，
所述的脂肪胺为十二烷基伯胺、十六烷基伯胺、二甲基十四烷基胺中的至少一种；
所述的聚酰胺为由脂肪酸、脂肪胺在环氧稀释剂和环氧促进剂的存在下反应得到的产物，其中：所述的脂肪酸为C16-C20高级脂肪酸、油酸、亚油酸、松香酸、妥尔油中的一种或多种混合物、脂肪胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺中的一种或多种的混合物；所述的环氧稀释剂为C12-C14烷基缩水甘油醚、1、4-丁二醇二缩水甘油醚、邻甲酚缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中一种或多种的混合物；所述的环氧促进剂为2,4,6三-(二甲胺基甲基)苯酚、哌嗪类化合物的一种或多种混合物；
所述的聚醚胺为D400；
所述的分子筛改性剂为NH4Y分子筛、HY分子筛的一种或两种的混合。
7.根据权利要求1所述的热拌环氧沥青混凝土，其特征在于：所述增溶剂为侧链为C10～C20取代的低粘度烷基萘，由萘与C10～C20烯烃反应得到；
所述基质沥青为70#沥青。
8.权利要求1所述的热拌环氧沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、按比例将含有双酚A液体环氧树脂和活性稀释剂的双酚A型环氧树脂体系和主成分为聚酰胺的固化剂体系按比例在40～60℃搅拌均匀，然后加入增溶剂以及事先预热至130～150℃的基质沥青，升温至160～180℃，保持30～90min，得环氧沥青；
S2、往步骤S1所得环氧沥青中加入相应比例的改性剂，继续搅拌15min～30min，得混合沥青；
S3、向按照比例配好的事先预热至165～190℃集料中加入步骤S2中所得混合沥青，170～190℃保温60～180min，即得环氧沥青混凝土。
9.根据权利要求8所述的制备方法，包括以下步骤：
S1、将含有双酚A液体环氧树脂和活性稀释剂的双酚A型环氧树脂体系和主成分为聚酰胺的固化剂体系按比例在50～60℃搅拌均匀，然后加入增溶剂以及事先预热至135～150℃的基质沥青，升温至165～180℃，保持45～60min，得环氧沥青；
S2、往步骤S1所得环氧沥青中加入相应比例的改性剂，继续搅拌15min～25min，得混合沥青；
S3、往按照比例配好的事先预热至165～185℃集料中加入步骤S2所得混合沥青，170～185℃保温70～160min，即得环氧沥青混凝土。
10.权利要求1所述的热拌环氧沥青混凝土在钢桥面的铺装以及修补中的应用。
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