CN101735623B

CN101735623B - 一种温拌环氧沥青材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101735623B
Application number: CN200910247718XA
Authority: CN
Inventors: 黄明; 黄卫东
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: CN101735623A

Abstract

本发明涉及一种温拌环氧沥青材料，包括A、B两种组分，A组分为环氧树脂，B组分包括：沥青40～83重量份，顺丁烯二酸酐5～20重量份，9-十八烯胺10～30重量份，聚癸二酸酐或聚壬二酸酐2～10重量份；A组分与B组分的质量比为1∶3～5.8。本发明的制备得到的温拌环氧沥青材料具有粘结力好、强度高、耐热性高、疲劳寿命高等优点；此外，应用本发明的温拌环氧沥青材料进行铺面施工时，由于采用中温拌合，可有效降低施工气体排放；同时，应用本发明的温拌环氧沥青材料进行铺面施工还可解决一般环氧沥青可操作时间短的问题。

Description

一种温拌环氧沥青材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种温拌沥青混合料，具体涉及一种温拌环氧沥青材料及其制备方法。

背景技术

传统的热拌沥青混合料(HMA)是一种热拌热铺材料，在拌和、摊铺及碾压时需要较高的温度，生产和施工的过程，消耗大量能源，沥青热老化，排放出大量的废气和粉尘，影响环境和施工人员的身体健康。为克服热拌沥青混合料的缺点，众多温拌沥青应运而生，常见温拌沥青具有以下特点：(1)低沥青混合料生产和施工温度约30℃～50℃，可以节约能耗20％以上，减少振动压路机使用时对桥梁和沿线建筑结构的影响；(2)少排放量。温拌沥青混合料可以大幅度减少沥青混合料拌和过程中的气体排放物种类和排放量，一般拌和温度每降低10℃，沥青烟雾和CO₂的排放量会随之减半，减少了气体排放，一般可以节省沥青拌合楼30％～50％的间接成本，降低有害气体对施工人员的伤害；(3)延长沥青路面施工期、扩大应用范围。由于温拌沥青混合料施工温度比热拌沥青混合料低，因此在环境温度较低和温度损失较快时，温拌沥青混合料具有很大的应用优势，从而大大延长沥青路面的施工期，甚至可以进行冬季施工；温拌沥青混合料较低的拌和、摊铺和碾压温度特别适合于沥青混凝土在隧道路面中的应用。

目前常见的温拌技术有：

(1)泡沫沥青温拌技术(WMA-Foam)。这种技术是由英国Shell(壳牌)公司和挪威Kolo-Veidekke联合开发并拥有专利的一种两阶段法生产温拌沥青混合料的技术，该技术首先采用软质沥青与石料拌和，拌和温度控制在110℃左右。

(2)沸石(Aspha-Min)降粘技术。这种技术的施工温度可降低30℃左右，并且生产温度每降低12℃，耗能将减少约30％。所有的结合料不管是沥青还是聚合物改性结合料以及回收沥青都能够使用Aspha-Min。

(3)使用沥青流动性改性剂(如Sasobit-费托石蜡)技术。Sasobit是南非Sasol Wax的产品，Sasobit能通过化学反应来减小沥青混合料的粘性，降低生产温度18～54℃。

(4)乳化沥青温拌技术(Evotherm)。这种技术是美国Meadwestvaco公司正在进行研究的基于乳化沥青分散技术的Evotherm温拌沥青混合料。该技术采用一种特殊的乳化沥青替代热沥青实现温拌，其生产工艺与热拌沥青混合料基本相同。在拌和过程中乳化沥青中的水分以水蒸汽的形式释放出去，拌和后的温拌沥青混合料从外观上看其裹附和颜色与热拌沥青混合料相类似。

但上述技术制备的温拌沥青混合料常常存在粘结力不足、水损害严重、耐高温性能差等缺点。

我国关于温拌沥青的研究起步较晚，近年来，国内关于解决温拌沥青诸多问题的专利逐渐增多，但尚未提及采用环氧树脂改性的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种温拌环氧沥青材料及其制备方法。本发明采用环氧树脂和固化剂改性的方法制备得到高强度、高耐热性、高疲劳寿命的温拌环氧沥青材料，该材料适用于隧道铺面、冬季施工铺面等特殊路面。

本发明的要点在于添加环氧树脂到沥青里进行固化反应，形成一种空间网状结构以加大沥青的粘结力。

本发明的温拌环氧沥青材料，包括A、B两种组分，A组分为环氧树脂，B组分包括以下成分：

沥青 40～83重量份，优选为60重量份；

顺丁烯二酸酐 5～20重量份，优选为15重量份；

9-十八烯胺 10～30重量份，优选为20重量份；

聚癸二酸酐或聚壬二酸酐 2～10重量份，优选为5重量份；

A组分与B组分的质量比为1∶3～5.8。若上述四种成分均采用优选值，则A组分与B组分的质量比为1∶4.3。

所述A组分选自双酚A型环氧树脂，牌号为E-51。

所述A组分也可为双酚A型环氧树脂E-54、环氧树脂E-52、环氧树脂E-51、环氧树脂E-44中任意两种或两种以上的混合物，这四种牌号的双酚A型环氧树脂可以等质量替代，但环氧树脂E-44的质量不超过A组分总质量的10％，其他三种环氧树脂占A组分的比例无特殊要求。

本发明的温拌环氧沥青材料的制备方法为按常规方法将A、B两组分混合制得产品，混合前A、B两组分单独密封存储；其中，B组分的制备包括如下步骤：

(1)将顺丁烯二酸酐与沥青拌合；

(2)将9-十八烯胺加入到拌合好的顺丁烯二酸酐与沥青的混合物中继续混合；

(3)在步骤(2)进行时加入聚癸二酸酐或聚壬二酸；

(4)各成分混合均匀后即制得B组分。

步骤(1)中，顺丁烯二酸酐与沥青在150℃环境下拌合4～6小时。

步骤(2)中，9-十八烯胺每分钟加入的质量为B组分总质量的2％，且9-十八烯胺在混合物温度降到90℃前添加完毕。

步骤(3)中，聚癸二酸酐或聚壬二酸酐一次性加入混合物中。

所述A组分中环氧树脂为我国牌号双酚A型环氧树脂E-54、环氧树脂E-52、环氧树脂E-51、环氧树脂E-44，牌号越高粘度越低，此类双酚A型环氧树脂结构式如下：

其中n＝0～1，n值越小，牌号越高，粘度越小；n值越大，牌号越低，粘度越大。

本发明推荐使用环氧树脂E-51，因为我国此牌号环氧树脂产量大，成本较低，且常温下为很好拌和的液态，环氧树脂E-51结构式如下图所示：

所述B组分中所用顺丁烯二酸酐、9-十八烯胺、聚癸二酸酐以及聚壬二酸酐的结构式如下：

顺丁烯二酸酐：

9-十八烯胺：

聚癸二酸酐：

x为大于0的实数。

聚壬二酸酐：

x为大于0的实数。

本发明的有益效果在于：本发明的制备得到的温拌环氧沥青材料具有粘结力好、强度高、耐热性高、疲劳寿命高等优点；此外，应用本发明的温拌环氧沥青材料进行铺面施工时，由于采用中温拌合，可有效降低施工气体排放；同时，应用本发明的温拌环氧沥青材料进行铺面施工还可解决一般环氧沥青可操作时间短的问题。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步解释本发明。列举实施例的目的仅在于更加具体地说明本发明，本发明的保护范围不局限于实施例所述的内容。

实施例1

本发明制备的温拌环氧沥青材料由A、B两种组分拌和而成，A组分为我国牌号双酚A型环氧树脂E-51；B组分由60重量份的沥青、15重量份的顺丁烯二酸酐、20重量份的9-十八烯胺(又称油胺)，5重量份的聚癸二酸酐组成；拌和前，A、B两组分单独密封存储。

A组分与B组分的质量比为1∶4.3。

A组分中环氧树脂E-51的主要性能如表1所示：

表1 E-51型环氧树脂的主要性能

化学组分	黏度(23℃)/(Pa·s)	环氧当量/(g/eq)	有机改性剂或溶剂
				环烯烃类环氧	液态半固体	211～290	含活性剂和有机溶剂

A组分中环氧树脂E-51的次要性能如表2所示：

表2 E-51型环氧树脂的次要性能

密度(23℃)/(g/cm³)	添加剂	特征
			≤1.10	无	具有规定燃烧性的材料

我国E-51型环氧树脂的企业通用质量标准如表3所示：

表3 我国E-51型环氧树脂的企业通用质量标准

型号	企业型号	环氧当量(g/eq)	环氧值(eq/100g)	黏度(25℃)/(Pa.s)
					E-51	618	185～208	0.48～0.54	≤2.5
软化点(℃)	色泽号	有机氯值(eq/100g)	挥发分(％)	无机氯值(eq/100g)
					-	≤2	0.02	≤2	0.001

在制备本发明的环氧沥青时需注意按规格选用。

B组分的制备步骤为：先将顺丁烯二酸酐与沥青在150℃环境下拌合5小时，待其拌合完成后，无任何异味和烟雾后再将9-十八烯胺和聚癸二酸酐加入到拌合好的顺丁烯二酸酐与沥青的混合物中继续混合，9-十八烯胺每分钟加入的质量为B组分总质量的2％，随着9-十八烯胺的加入沥青的粘度会降低，拌合温度也随之降低，在温度从150℃降到90℃前将9-十八烯胺加完，聚癸二酸酐可在9-十八烯胺添加过程中一次性添加进混合物中去。

本发明的温拌环氧沥青材料应用到上面层施工时，可按如下步骤进行：将拌和好的温拌环氧沥青材料用翻斗车运至施工现场，为了保温翻斗车用油毡布覆盖；翻斗车对接摊铺机进行摊铺，摊铺完成后，第一次碾压用8～10吨压路机往返碾压3遍，初压终了保证温度在80±10℃，第二次碾压采用10～20吨压路机往返碾压3遍，复压终了保证温度在65±10℃，第三次碾压采用8～10吨压路机往返碾压3遍，在路面温度降到45±10℃前完成终压。

本发明温拌环氧沥青不仅可用于上面层的摊铺，还可以用在中面层、下面层或柔性基层的铺设。

按常规马歇尔设计方法设计出实施例1的温拌环氧沥青混合料的性能检测见表19。

实施例2

本发明制备的温拌环氧沥青材料由A、B两种组分拌和而成，A组分为我国牌号双酚A型环氧树脂E-51；B组分由83重量份的沥青、5重量份的顺丁烯二酸酐、10重量份的9-十八烯胺，2重量份的聚癸二酸酐组成；拌和前，A、B两组分单独密封存储。

A组分与B组分的质量比为1∶5.8。

B组分的制备步骤为：先将顺丁烯二酸酐与沥青在150℃环境下拌合6小时，待其拌合完成后，无任何异味和烟雾后再将9-十八烯胺和聚癸二酸酐加入到拌合好的顺丁烯二酸酐与沥青的混合物中继续混合，9-十八烯胺每分钟加入的质量为B组分总质量的2％，随着9-十八烯胺的加入沥青的粘度会降低，拌合温度也随之降低，在温度从150℃降到90℃前将9-十八烯胺加完，聚癸二酸酐可在9-十八烯胺添加过程中一次性添加进混合物中去。

按常规马歇尔设计方法设计出实施例2的温拌环氧沥青混合料的性能检测见表19。

实施例3

本发明制备的温拌环氧沥青材料由A、B两种组分拌和而成，A组分为我国牌号双酚A型环氧树脂E-51；B组分由40重量份的沥青、20重量份的顺丁烯二酸酐、30重量份的9-十八烯胺，10重量份的聚壬二酸酐组成；拌和前，A、B两组分单独密封存储。

A组分与B组分的质量比为1∶3。

按常规马歇尔设计方法设计出实施例3的温拌环氧沥青混合料的性能检测见表19。

实施例4

本发明制备的温拌环氧沥青材料由A、B两种组分拌和而成，A组分为我国牌号双酚A型环氧树脂E-54、环氧树脂E-52、环氧树脂E-51、环氧树脂E-44四种牌号环氧树脂的混合物，这四种牌号环氧树脂分别占A组分总质量的20％，20％，50％，10％；B组分由60重量份的沥青、15重量份的顺丁烯二酸酐、20重量份的9-十八烯胺，5重量份的聚壬二酸酐组成；拌和前，A、B两组分单独密封存储。

A组分与B组分的质量比为1∶4.3。

B组分的制备步骤为：先将顺丁烯二酸酐与沥青在150℃环境下拌合5小时，待其拌合完成后，无任何异味和烟雾后再将9-十八烯胺和聚壬二酸酐加入到拌合好的顺丁烯二酸酐与沥青的混合物中继续混合，9-十八烯胺每分钟加入的质量为B组分总质量的2％，随着9-十八烯胺的加入沥青的粘度会降低，拌合温度也随之降低，在温度从150℃降到90℃前将9-十八烯胺加完，聚壬二酸酐可在9-十八烯胺添加过程中一次性添加进混合物中去。表4～表12依次列出了双酚A型环氧树脂E-54、E-52、E-44的特性和行业标准。

表4 E-54型环氧树脂的主要性能

化学组分	黏度(23℃)/(Pa·s)	环氧当量/(g/eq)	有机改性剂或溶剂
				环烯烃类环氧	液态半固体	179～192	含活性剂和有机溶剂

表5 E-54型环氧树脂的次要性能

密度(23℃)/(g/cm³)	添加剂	特征
			≤1.15	无	具有规定燃烧性的材料

表6 我国E-54型环氧树脂的企业通用质量标准

型号	企业型号	环氧当量(g/eq)	环氧值(eq/100g)	黏度(25℃)/(Pa.s)
					E-54	616	179～192	0.52～0.56	5～10
软化点(℃)	色泽号	有机氯值(eq/100g)	挥发分(％)	无机氯值(eq/100g)
					-	≤2	0.02	≤1.5	0.001

表7 E-52型环氧树脂的主要性能

化学组分	黏度(23℃)/(Pa·s)	环氧当量/(g/eq)	有机改性剂或溶剂
				环烯烃类环氧	液态半固体	185～196	含活性剂和有机溶剂

表8 E-52型环氧树脂的次要性能

密度(23℃)/(g/cm³)	添加剂	特征
			≤1.13	无	具有规定燃烧性的材料

表9 我国E-52型环氧树脂的企业通用质量标准

型号	企业型号	环氧当量(g/eq)	环氧值(eq/100g)	黏度(25℃)/(Pa.s)
					E-52	618	185～196	0.48～0.54	≤2.5
软化点(℃)	色泽号	有机氯值(eq/100g)	挥发分(％)	无机氯值(eq/100g)
					-	≤2	0.01	≤2	0.001

表10 E-44型环氧树脂的主要性能

化学组分	黏度(23℃)/(Pa·s)	环氧当量/(g/eq)	有机改性剂或溶剂
				环烯烃类环氧	固体	213～244	含活性剂和有机溶剂

表11 E-44型环氧树脂的次要性能

表12 我国E-44型环氧树脂的企业通用质量标准

型号	企业型号	环氧当量(g/eq)	环氧值(eq/100g)	黏度(25℃)/(Pa.s)
					E-44	6101	213～244	0.41～0.47	-
软化点(℃)	色泽号	有机氯值(eq/100g)	挥发分(％)	无机氯值(eq/100g)
					12～20	≤6	0.02	≤1	0.001

按常规马歇尔设计方法设计出实施例4的温拌环氧沥青混合料的性能检测见表19。

实施例5

本发明制备的温拌环氧沥青材料由A、B两种组分拌和而成，A组分为我国牌号双酚A型环氧树脂E-54、E-52、E-51、E-44四种牌号环氧树脂的混合物，这四种牌号环氧树脂分别占A组分总质量的20％，20％，50％，10％；B组分由83重量份的沥青、5重量份的顺丁烯二酸酐、10重量份的9-十八烯胺，2重量份的聚壬二酸酐组成；拌和前，A、B两组分单独密封存储。

A组分与B组分的质量比为1∶5.8。

B组分的制备步骤为：先将顺丁烯二酸酐与沥青在150℃环境下拌合6小时，待其拌合完成后，无任何异味和烟雾后再将9-十八烯胺和聚壬二酸酐加入到拌合好的顺丁烯二酸酐与沥青的混合物中继续混合，9-十八烯胺每分钟加入的质量为B组分总质量的2％，随着9-十八烯胺的加入沥青的粘度会降低，拌合温度也随之降低，在温度从150℃降到90℃前将9-十八烯胺加完，聚壬二酸酐可在9-十八烯胺添加过程中一次性添加进混合物中去。

按常规马歇尔设计方法设计出实施例5的温拌环氧沥青混合料的性能检测见表19。

实施例6

本发明制备的温拌环氧沥青材料由A、B两种组分拌和而成，A组分为我国牌号双酚A型环氧树脂E-54、E-52、E-51、E-44四种牌号环氧树脂的混合物，这四种牌号环氧树脂分别占A组分总质量的20％，20％，50％，10％；B组分由40重量份的沥青、20重量份的顺丁烯二酸酐、30重量份的9-十八烯胺，10重量份的聚壬二酸酐组成；拌和前，A、B两组分单独密封存储。

A组分与B组分的质量比为1∶3。

按常规马歇尔设计方法设计出实施例6的温拌环氧沥青混合料的性能检测见表19。

实施例7

本实施例列举了一种常见的温拌沥青混合料和本发明的温拌环氧沥青材料的应用对比。本实施例中的温拌环氧沥青材料由A、B两种组分拌和而成，A组分为我国牌号双酚A型环氧树脂E-51；B组分由60重量份的沥青、15重量份的顺丁烯二酸酐、20重量份的9-十八烯胺(又称油胺)，5重量份的聚癸二酸酐组成；拌和前，A、B两组分单独密封存储。

A组分与B组分的质量比为1∶4.3。

注：上述比例与实施例1相同。

按常见的温拌沥青技术，采用马歇尔设计方法。根据JTGF40-2004规范要求选取AC-13，采用一种较细的级配，表13为选取的一种AC-13级配。

表13 AC-13混合料配合比

粒径	16	13.2	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
											通过率	100	92	71	50	33	20	14	9	7	5

拌合时石料与矿粉温度为115℃，本发明的温拌环氧沥青材料温度为105℃，制备本发明的温拌环氧沥青材料前，环氧树脂保温80℃(条件不允许也可不加温)。

本发明的温拌环氧沥青材料目标空隙率为3％，选取三种油石比：6.0％、6.5％、7.0％；普通温拌沥青混合料目标空隙率4％，选取三种油石比：5.5％、6.0％、6.5％；分别用马歇尔击实成型，孔隙率计算结果如表14：

表14 本发明的温拌环氧沥青材料与普通温拌沥青混合料的油石比确定

沥青用量(％)	5.5	6.0	6.5	7.0
					本发明的温拌环氧沥青材料空隙率(％)	-	4.3	3.6	2.9
普通温拌沥青混合料空隙率(％)	5.4	4.6	3.8	-

试验最终选取6.8％作为本发明的温拌环氧沥青材料的最佳油石比，6.2％为普通温拌沥青混合料的最佳油石比。表14中“沥青用量”一行中，对于本发明的温拌环氧沥青材料是指A、B组分总共的用量。

试验根据之前的马歇尔设计方法确定的级配与油石比，采用JTJ 052-2000中T0702-2000方法分别成型了12个本发明的温拌环氧沥青材料的标准马歇尔试件(试件尺寸：

101.6mm×63.5mm)和12个普通温拌沥青混合料标准马歇尔试件，表15表示的是本次试验中，本发明的温拌环氧沥青材料的马歇尔试验结果：

表15 本发明的温拌环氧沥青材料与普通温拌沥青混合料的马歇尔试验值

本发明的温拌环氧沥青完全固化需要几个月的时间，由于时间有限，这里测得的马歇尔强度以及下面的检测结果都是在室温下固化了24h～48h的效果，但这些结果都满足JTGF40-2004的要求，故未测其完全固化后的强度。路面上条件允许可以检测其完全固化后的效果。

温拌沥青常用在隧道路面铺面，难免会遇到水的堆积，此外，温拌沥青由于温度较低，沥青的裹覆性能没有热拌沥青混合料体现那样完全，这样，就有必要检测其抗水损害性能。本实施例继续采用冻融劈裂试验作为水稳定性检测试验。

冻融劈裂试验采用JTJ 052-2000中T0729-2000方法，表16、表17分别是本发明的温拌环氧沥青材料和普通温拌沥青混合料的试验结果：

表16 本发明的温拌环氧沥青材料的冻融劈裂值

表17 普通温拌沥青混合料的冻融劈裂值

91.9％的TSR值说明本发明的温拌环氧沥青材料具有很好的抗水损害性能，比普通温拌沥青混合料的82.3％高出了12个百分点。

温拌沥青混合料主要应用于大面积铺面，由于温拌沥青粘度较低，随着温度的升高，沥青粘度会降低，因此路面高温稳定性非常重要。本实施例用JTJ 052-2000中T0703-1993方法成型试件，常温下放置48h后，用JTJ 052-2000中T0729-2000方法进行车辙试验，表18为试验数据：

表18 车辙试验结果

混合料类型	动稳定度(次/mm)	永久变形(mm)	相对变形％
				本发明的温拌环氧沥青材料	4521	3.527	7.05
普通温拌沥青混合料	2012	4.843	9.69

本发明的温拌环氧沥青材料动稳定度远远高于普通温拌沥青混合料，说明本发明温拌环氧沥青具有很好的粘结力，具有很好的抵抗高温车辙能力。

从以上试验结果可以看出，本发明的温拌环氧沥青材料的马歇尔稳定度、冻融劈裂强度以及车辙动稳定度均远远超过JTGF40-2004的要求。

按上述常规混合料设计方法，还进行了实施例1～6的24h马歇尔稳定度、冻融劈裂试验和车辙试验。结果见表19所示。

表19 六种实施例检测结果

试验	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							24h马歇尔稳定度，KN	14.68	12.35	13.67	14.72	12.63	13.60
动容劈裂值，％	82.3	80.4	83.2	82.1	80.6	83.0
							动稳定度，次/mm	4521	3611	3984	4602	3729	4012

Claims

1.一种温拌环氧沥青材料，包括A、B两种组分，所述A组分为环氧树脂E-51或环氧树脂E-54、环氧树脂E-52、环氧树脂E-51、环氧树脂E-44中任意两种以上的混合物，环氧树脂E-44的质量不超过A组分总质量的10％；所述B组分包括以下成分：

沥青 40～83重量份，

顺丁烯二酸酐 5～20重量份，

9-十八烯胺 10～30重量份，

聚癸二酸酐或聚壬二酸酐 2～10重量份；

所述B组分需按以下步骤制备：

(1)将顺丁烯二酸酐与沥青拌合；

(3)在步骤(2)进行时加入聚癸二酸酐或聚壬二酸酐；

(4)各成分混合均匀后即制得B组分，所述A组分与B组分的质量比为1∶3～5.8。

2.权利要求1中所述的温拌环氧沥青材料的制备方法，为将A组分与预先制备的B组分混合。

3.根据权利要求2所述的温拌环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，B组分的制备包括如下步骤：

(1)将顺丁烯二酸酐与沥青拌合；

(3)在步骤(2)进行时加入聚癸二酸酐或聚壬二酸酐；

(4)各成分混合均匀后即制得B组分。

4.根据权利要求3所述的温拌环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，顺丁烯二酸酐与沥青在150℃环境下拌合4～6小时。

5.根据权利要求3所述的温拌环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，9-十八烯胺每分钟加入的质量为B组分总质量的2％，且9-十八烯胺在混合物温度降到90℃前加完。

6.根据权利要求3所述的温拌环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，聚癸二酸酐或聚壬二酸酐一次性加入混合物中。