CN103113752A - 一种高性能环氧树脂沥青温拌剂及其制法 - Google Patents
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Abstract
一种高性能环氧树脂沥青温拌剂，它包括A和B两个组分，A组分由环氧树脂、增强剂和偶联剂组成，B组分主要由柔性固化剂、促进剂、增强剂、增韧剂和消泡剂组成，A组分和B组分的质量比例为100∶250～100∶300。用本发明的高性能环氧树脂沥青温拌剂制备的高性能温拌环氧沥青具有较低的拌合温度、高强度、较好的高温抗塑性和低温抗裂性、较长的可施工时间、施工工艺简单和低碳环保等特点。适用于高等级公路、桥梁、隧道、机场跑道等路面的铺装。本发明公开了其制法。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青温拌剂及其制备方法。
背景技术
目前，道路建设中的沥青路面基本上都采用的是传统的热拌沥青混合料(HotMixture Asphalt,HMA)。HMA是一种热拌热铺沥青混合料，它是将沥青从常温加热到140℃左右，矿料从常温加热到160～180℃，然后再将沥青和矿料于160℃的高温下进行拌和，拌和后的HMA温度不低于150℃。摊铺和碾压时的温度不低于120℃。将沥青和矿料加热到如此高的温度，不仅要消耗大量的能源，而且在生产和施工的过程中还会排放出大量的废气和粉尘，严重影响周围的环境质量和施工人员的身体健康。因此，十分有必要研究一种绿色的、环保的沥青混合料来取代HMA，使其既能保持和HMA一样的使用品质，又能充分地节约能源和保护环境。
温拌沥青混合料（Warm mix asphalt,WMA）的概念是2000年欧洲和澳大利亚提出来的，从2004年开始得到高速公路工程领域的广泛认可。所谓的温拌沥青混合料是指通过采取一定技术措施降低沥青的粘度，使沥青能在较低的温度下进行拌合和施工，并且具有较高使用性能的沥青混合料。
沥青混合料按照拌合和施工温度可以分为四大类：热拌沥青混合料（HMA，150～190℃）、温拌沥青混合料（100～140℃）、半温拌沥青混合料（60～100℃）和冷拌沥青混合料（0～40℃）。一般温拌沥青混合料的拌合和施工温度要比热拌沥青混合料低20～40℃。因此，温拌沥青混合料具有以下优点：（1）减少排放；（2）因有害气体减少而获得的更好工作条件；（3）在混合料生产中需要更少的能源；（4）；较快的开发交通；（5）更长的运输距离；（6）延长的路面施工时间和应用范围。此外，温拌沥青混合料的生产工艺比较简单，不需要对现有的热拌沥青拌合体系进行大规模改造。
最常用的沥青温拌剂有三种：有机物温拌剂、化学温拌剂和泡沫温拌剂。有机物温拌剂通常是石蜡、脂肪酸酰胺等；化学温拌剂通常是乳化剂和聚合物等；泡沫温拌剂是将少量水加入到沥青中形成泡沫，来降低沥青的粘度，从而达到降低拌合温度的目的。
目前，国内的温拌沥青混合料技术还未得到推广应用，尚处于试验研究阶段。因此，在我国温拌沥青混合料的应用，尤其是在高等级公路中的应用还需要做大量的研究及推广工作。
发明内容
本发明的目的是提出一种高性能环氧树脂沥青温拌剂及其制备方法。
本发明的技术方案为：含有偶联剂、增强剂的环氧树脂和含有促进剂、增强剂、增韧剂、消泡剂的柔性固化剂混合物作为石油沥青的温拌剂，然后120～140℃下与集料和矿粉混合，压实后，经过常温30天的养护即可得到高强度的温拌环氧沥青混合料。
一种高性能环氧树脂沥青温拌剂，它包括A和B两个组分，A组分由环氧树脂、增强剂和偶联剂组成，B组分主要由柔性固化剂、促进剂、增强剂、增韧剂和消泡剂组成，各组分的质量份数为：
A组分：
环氧树脂 100份
偶联剂 0.2～0.5份
增强剂 0.1～0.3份
B组分：
柔性固化剂 120～160份
促进剂 3～8份
增强剂 5～10份
增韧剂 20～30份
消泡剂 0.1～0.5份
其中，A组分和B组分的质量比例为100:250～100:300。
所述的环氧树脂选用液体双酚A型缩水甘油醚环氧树脂（DGEBA），其结构式如下：
所述的偶联剂选用含环氧基团的硅烷偶联剂，如γ-(2，3环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH-560）或γ-(3，4环氧环己烷）乙基三甲氧基硅烷（KH-530），其结构式分别如下：
γ-(2，3环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH-560）
γ-(3，4环氧环己烷）乙基三甲氧基硅烷（KH-530）
所述的柔性固化剂选用的是液体长链烯基琥珀酸酐与沥青温拌剂，所述的沥青温拌剂为马来酸酐接枝聚乙烯蜡或混合脂肪酸酰胺，液体长链烯基琥珀酸酐与沥青温拌剂的质量比为,70:1-250:1，液体长链烯基琥珀酸酐可以是十六烯基琥珀酸酐（HDSA）或十八烯基琥珀酸酐（ODSA），其结构式分别如下：
十六烯基琥珀酸酐（HDSA）
十八烯基琥珀酸酐（ODSA）
所述的促进剂选用的是苯酚类促进剂，如壬基酚或二壬基酚，其结构式如下：
壬基酚
二壬基酚
所述的增强剂为炭黑或二氧化钛。
所述的增韧剂选用液体橡胶，如液体聚硫橡胶（LPSR）或液体丁腈橡胶（LNBR）。其结构式如下：
HS-(CH2CH2-O-CH2-O-CH2CH2-Sx)n-CH2CH2-O-CH2-O-CH2CH2SH
其中，x＝1.9-2.2，n＝6-42
液体聚硫橡胶（LPSR）
液体丁腈橡胶（LNBR）
所述的消泡剂选用的是聚硅氧烷消泡剂。
一种制备上述的高性能环氧树脂沥青温拌剂的方法，它包括如下步骤：
A组分的制备：将环氧树脂、偶联剂和增强剂加热到80℃，机械搅拌30min，冷却至室温，得到高性能环氧树脂沥青温拌剂的A组分；
B组分的制备：将柔性固化剂、促进剂、消泡剂、增强剂和增韧剂按上述比例称量，加热到100℃，用胶体磨混合30min，冷却至室温，得到高性能环氧树脂沥青温拌剂的B组分。
上述高性能环氧树脂沥青温拌剂的具体应用方法是：将A组分与B组分分别加热到80℃和130℃，混合，迅速搅拌2min，得到高性能环氧树脂沥青温拌剂，该环氧树脂沥青温拌剂与140℃的重交通沥青混合（二者比例为100:214-100:4.25），高速搅拌5min，得到高性能温拌环氧沥青，该高性能温拌环氧沥青在120～140℃下再与集料和矿粉混合（二者比例为9:1），拌合3min，采用轮碾法压实成型后，常温养护20～30d，得到高性能温拌环氧沥青混合料路面。
本发明的特点是采用高性能热固性环氧树脂作为石油沥青的温拌剂，其中环氧树脂中含有带环氧基团的硅烷偶联剂在有效地降低环氧沥青的粘度的同时，还可以提高增强剂在环氧沥青中的分散和环氧沥青与集料的粘结。固化剂采用粘度比较低的液体长链烯基琥珀酸酐和沥青温拌剂的混合物，长链烯基琥珀酸酐可以有效地降低环氧沥青的反应速度，这样可以有更长施工时间，降低施工难度。沥青温拌剂可以降低环氧沥青的粘度，降低环氧沥青混合料的拌合和铺装温度，从而达到环保的目的。与常用的热拌SMA混合料和改性沥青混合料相比，温拌环氧沥青混合料的强度分别是前者的6～8倍和3～4倍。本发明适用于高等级公路、桥梁、隧道、机场跑道等路面的铺装。
附图说明
图1.高性能温拌环氧沥青（环氧树脂:含柔性固化剂的沥青=1:10）的不同温度下粘度随温度变化的曲线（粘温曲线）。
具体实施方式
下面通过实施例详述本发明，在以下各实施例中，各组分的份数均为质量份数。
高性能温拌环氧树脂沥青温拌剂A组分的制备方法如下：
实施例1：称取100份（质量份，下同）环氧树脂双酚A型缩水甘油醚环氧树脂（E51）（无锡蓝星石油化工有限公司提供），加入0.1份炭黑（N660）（美国卡博特公司提供）和0.2份γ-(2，3环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH-560）（南京裕德恒精细化有限公司提供），加热到80℃，机械搅拌30min，冷却至室温，得到高性能温拌环氧树脂沥青温拌剂的A组分。
实施例2：称取100份环氧树脂双酚A型缩水甘油醚环氧树脂（E51），加入0.3份炭黑（N660）和0.5份γ-(3，4环氧环己烷）乙基三甲氧基硅烷（KH-530）（南京万达硅业有限公司提供），加热到80℃，机械搅拌30min，冷却至室温，得到高性能温拌环氧树脂沥青温拌剂的A组分。
高性能温拌环氧树脂沥青温拌剂B组分的制备方法如下：
实施例3：将119份十六烯基琥珀酸酐（HDSA）（美国迪谐化学公司提供）、1份混合脂肪酸酰胺（Licomont BS 100）（瑞士克莱恩公司提供）、3份壬基酚（美国亨斯迈公司提供）、5份二氧化钛（上海江沪钛白化工制品有限公司提供）、20份液体聚硫橡胶（日本东丽公司提供）和0.1份聚硅氧烷消泡剂（BYK-A530）（厦门康迪隆贸易有限公司提供），加热到100℃，用胶体磨混合30min，冷却至室温，得到高性能环氧树脂沥青温拌剂的B组分。
实施例4：将125份十六烯基琥珀酸酐（HDSA）（美国迪谐化学公司提供）、0.5份马来酸酐接枝聚乙烯蜡（杭州君一化工有限公司提供），4份二壬基酚（美国亨斯迈公司提供）、5份二氧化钛、25份液体丁腈橡胶（兰州石化公司提供）和0.3份聚硅氧烷消泡剂（BYK-A530），加热到100℃，用胶体磨混合30min，冷却至室温，得到高性能环氧树脂沥青温拌剂的B组分。
实施例5：将140份十八烯基琥珀酸酐（ODSA）、2份脂肪酸酰胺（LicomontBS 100）、6份壬基酚、5份二氧化钛、30份液体聚硫橡胶和0.5份聚硅氧烷消泡剂（BYK-A530），加热到100℃，用胶体磨混合30min，冷却至室温，得到高性能环氧树脂沥青温拌剂的B组分。
实施例6：将159份十六烯基琥珀酸酐（HDSA）、1份马来酸酐接枝聚乙烯蜡、8份二壬基酚、10份二氧化钛、25份液体丁腈橡胶和0.5份聚硅氧烷消泡剂（BYK-A530），加热到100℃，用胶体磨混合30min，冷却至室温，得到高性能环氧树脂沥青温拌剂的B组分。
下面给出以本发明提供的高性能环氧树脂沥青温拌剂的A组分和B组分制备得到高性能温拌环氧沥青混合料的实施例和测试结果：
实施例7：将100份80℃实施例1中得到的高性能环氧树脂沥青温拌剂的A组分和250份130℃实施例3中得到的高性能环氧树脂沥青温拌剂的B组分混合，迅速搅拌2min，即可得到高性能环氧树脂沥青温拌剂。该沥青温拌剂与750份120℃的50号重交通沥青（AH-50）（中海沥青（泰州）有限责任公司提供）混合，高速搅拌5min，得到温拌环氧沥青混合料，取少量上述温拌环氧沥青进行不同温度下粘温行为测试，其测试结果如图1所示。
称取上述7份140℃高性能温拌环氧沥青和93份140℃集料(江苏句容茅迪集团有限公司提供)和矿粉（江西奥特细粉体有限公司提供）（集料与矿粉的比例为9:1，下同），其中集料的级配见附表1，140℃拌合3min，采用轮碾法压实成型后，常温养护20d，得到高性能温拌环氧沥青混合料。将得到的高性能温拌环氧沥青混合料进行马歇尔试验，其测试结果见附表2。
实施例8：将100份80℃实施例2中得到的高性能环氧树脂沥青温拌剂的A组分和270份130℃实施例4中得到的高性能环氧树脂沥青温拌剂的B组分混合，迅速搅拌2min，即可得到高性能环氧树脂沥青温拌剂。该沥青温拌剂与1130份130℃的70号重交通沥青（AH-70）（中海沥青（泰州）有限责任公司提供）混合，高速搅拌5min，得到高性能温拌环氧沥青。
称取上述6.5份140℃高性能温拌环氧沥青和93.5份140℃集料和矿粉，其中集料的级配见附表1，140℃拌合3min，采用轮碾法压实成型后，常温养护25d，得到高性能温拌环氧沥青混合料。将得到的高性能温拌环氧沥青混合料进行马歇尔试验，其测试结果见附表2。
实施例9：将100份80℃实施例1中得到的高性能环氧树脂沥青温拌剂的A组分和280份130℃实施例5中得到的高性能环氧树脂沥青温拌剂的B组分混合，迅速搅拌2min，即可得到高性能环氧树脂沥青温拌剂。该沥青温拌剂与1320份140℃的90号重交通沥青（AH-90）（中海沥青（泰州）有限责任公司提供）混合，高速搅拌5min，得到高性能温拌环氧沥青。
称取上述7份140℃高性能温拌环氧沥青和93份140℃集料和矿粉，其中集料的级配见附表1，140℃拌合3min，采用轮碾法压实成型后，常温养护30d，得到高性能温拌环氧沥青混合料。将得到的高性能温拌环氧沥青混合料进行马歇尔试验，其测试结果见附表2。
实施例10：将100份80℃实施例2中得到的高性能环氧树脂沥青温拌剂的A组分和300份130℃实施例4中得到的高性能环氧树脂沥青温拌剂的B组分混合，迅速搅拌2min，即可得到高性能环氧树脂沥青温拌剂。该沥青温拌剂与1700份140℃的90号重交通沥青（AH-90）混合，高速搅拌5min，得到温拌环氧沥青。
称取上述6.5份140℃高性能温拌环氧沥青和93.5份140℃集料和矿粉，其中集料的级配见附表1，140℃拌合3min，采用轮碾法压实成型后，常温养护30d，得到高性能温拌环氧沥青混合料。将得到的高性能温拌环氧沥青混合料进行马歇尔试验，其测试结果见附表2。
表1.集料级配
表2.温拌环氧沥青混合料的性能
Claims (10)
1.一种高性能环氧树脂沥青温拌剂，它包括A和B两个组分，A组分由环氧树脂、增强剂和偶联剂组成，B组分主要由柔性固化剂、促进剂、增强剂、增韧剂和消泡剂组成，各组分的质量份数为：
A组分：
环氧树脂 100份
偶联剂 0.2～0.5份
增强剂 0.1～0.3份
B组分：
柔性固化剂 120～160份
促进剂 3～8份
增强剂 5～10份
增韧剂 20～30份
消泡剂 0.1～0.5份
其中，A组分和B组分的质量比例为100:250～100:300。
所述的环氧树脂选用液体双酚A型缩水甘油醚环氧树脂；
所述的偶联剂选用的是硅烷偶联剂；
所述的柔性固化剂选用的是液体长链烯基琥珀酸酐与沥青温拌剂的混合物；
所述的促进剂选用的是苯酚类促进剂；
所述的增强剂选用的是炭黑或二氧化钛；
所述的增韧剂为液体聚硫橡胶或液体丁腈橡胶；
所述的消泡剂选用的是聚硅氧烷消泡剂。
2.根据权利要求1所述的高性能环氧树脂沥青温拌剂，其特征是：所述的A组分的硅烷偶联剂是γ-(2，3环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷或γ-(3，4环氧环己烷）乙基三甲氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的高性能环氧树脂沥青温拌剂，其特征是：所述的柔性固化剂中液体长链烯基琥珀酸酐与沥青温拌剂的质量比为70:1-250:1。
4.根据权利要求1所述的高性能环氧树脂沥青温拌剂，其特征是：所述的柔性固化剂中的液体长链烯基琥珀酸酐是十六烯基琥珀酸酐或十八烯基琥珀酸酐。
5.根据权利要求1所述的高性能环氧树脂沥青温拌剂，其特征是：所述的柔性固化剂中的沥青温拌剂是马来酸酐接枝聚乙烯蜡或混合脂肪酸酰胺，所述的混合脂肪酸酰胺是瑞士克莱恩公司生产的Licomont BS 100。
6.根据权利要求1所述的高性能环氧树脂沥青温拌剂，其特征是：所述的促进剂中的苯酚类促进剂是壬基酚或二壬基酚。
7.根据权利要求1所述的高性能环氧树脂沥青温拌剂，其特征是：所述的增韧剂中的液体橡胶是液体聚硫橡胶（LPSR）或液体丁腈橡胶（LNBR）。
8.一种制备权利要求1-7所述的任一的高性能环氧树脂沥青温拌剂的方法，它包括如下步骤：
A组分的制备：将环氧树脂、偶联剂和增强剂按权利要求1所述的的比例配料，加热到80℃，机械搅拌30min，冷却至室温，得到高性能环氧树脂沥青温拌剂的A组分；
B组分的制备：将固化剂、促进剂、消泡剂、增强剂和增韧剂按权利要求1所述比例配料，加热到100℃，用胶体磨混合30min，冷却至室温，得到高性能环氧树脂沥青温拌剂的B组分。
9.权利要求1所述的高性能环氧树脂沥青温拌剂在制备高性能温拌环氧沥青中的应用。
10.根据权利要求9所述的高性能温拌环氧沥青的制备方法，其特征是：将100份80℃的高性能环氧树脂沥青温拌剂的A组分和250-300份130℃的高性能环氧树脂沥青温拌剂的B组分混合，迅速搅拌2min，即得到高性能环氧树脂沥青温拌剂，该沥青温拌剂与750-1720份120-140℃的重交通沥青混合，高速搅拌5min，得到温拌环氧沥青混合物。
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