一种钢桥面铺装用的增韧型温拌环氧沥青

摘要

本发明属于交通技术领域，主要用于钢桥面铺装，提高钢桥面铺装的路用性能的新型材料。其采用MBS核‑壳接枝共聚物为增韧剂，采用酚类化合物作为相容剂，利用MBS核‑壳接枝共聚物低温下柔韧性较好且能与沥青互溶的特点来对沥青材料进行增柔增韧，利用酚类化合物与沥青和环氧树脂都能互溶的特点，作为第三相来降低沥青和环氧树脂间的界面张力，以达到共混体系稳定的目的。

说明书

技术领域

本发明属于交通技术领域，主要用于钢桥面铺装，提高钢桥面铺装的路用性能的新型材料。

背景技术

随着我国现代化公路基础设施建设规模逐渐扩大，越来越多的钢结构桥梁相继建成并投入运营。钢结构桥梁普遍采用正交异性钢桥面板，由于钢桥面板受力和变形较为复杂，其铺装问题在国际上一直是个热点和难点。环氧沥青材料作为一种热固性材料与热塑性普通沥青材料相比，其具有优良的高温稳定性和抗疲劳开裂能力，是一种理想的钢桥面铺装材料。但是，由于环氧沥青属于一种复杂的多组分共混体系，其各组分间化学特性各异，如何保证共混体系的结构稳定，生成的固化物性能优良，是环氧沥青研发过程中的难点；此外，在环氧沥青混凝土钢桥面铺装使用过程中，由于环氧沥青混凝土脆性较大，柔韧性不足引起的铺装层开裂、疲劳裂缝及层间粘结失效破坏现象也屡见不鲜。

为了增强环氧沥青共混体系各组分间的稳定性和环氧沥青材料的柔韧性，国内开展了一些研究，如采用蓖麻油酸与环氧树脂反应制备增容剂前躯体以及使用有机蒙脱土(OMMT)改性环氧沥青，采用反应性熔融共混法制成复合改性环氧沥青来增加共混体系各组分间的稳定性；采用添加橡胶粉、玄武岩纤维、对沥青进行增柔改性，这些方法对共混体系各组分间的稳定性和混合料的柔韧性提高能起到一定的效果，但是也较大影响了环氧沥青的容留时间和混合料路用性能，因此在保证环氧沥青足够施工容留时间和混合料优良路用性能的前提下，改善环氧沥青的柔韧性仍是我们急需解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于针对改善现有钢桥面铺装材料的上述不足，提供一种路用性能、施工性能、经济性能都优良的钢桥面铺装材料，其采用MBS核-壳接枝共聚物为增韧剂，采用酚类化合物作为相容剂，利用MBS核-壳接枝共聚物低温下柔韧性较好且能与沥青互溶的特点来对沥青材料进行增柔增韧，利用酚类化合物与沥青和环氧树脂都能互溶的特点，作为第三相来降低沥青和环氧树脂间的界面张力，以达到共混体系稳定的目的。

在一个实施方案中，所述钢桥面铺装材料由组分A和组分B组成，其中，组分A包含400-550重量份的沥青、20-27重量份的马来酸酐、80-120重量份的甲基六氢苯酐、40-60重量份的苯酚和6-10重量份的MBS(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯橡胶)接枝共聚物；组分B包含95-100重量份的双酚A型环氧树脂E51和1-4重量份的环氧丙烷丁基醚。

在另一个实施方案中，组分A和组分B的重量比为5-8∶1，进一步地优选为6∶1。

在优选地实施方案中，所述钢桥面铺装材料由组分A和组分B组成，其中，组分A包含450重量份的沥青、22.5重量份的马来酸酐、100重量份的甲基六氢苯酐、60重量份的苯酚和6重量份的MBS(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯橡胶)接枝共聚物；组分B包含100重量份的双酚A型环氧树脂E51和2重量份的环氧丙烷丁基醚。

本发明的另一个目的是提供一种制备所述钢桥面铺装材料的方法，具体如下：

1)组分A制备：先将沥青和马来酸酐在120℃条件下搅拌混合均匀，当马来酸酐完全融入沥青中，再将MBS接枝共聚物加入120℃的沥青中，不断搅拌，搅拌速率控制为200-250rpm，待MBS接枝共聚物完全溶入沥青后，依次加入甲基六氢苯酐，苯酚，搅拌混合，搅拌速率控制为200-250rpm，搅拌时间为20min；

2)组分B制备：将双酚A型环氧树脂E51在50℃条件下加入环氧丙烷丁基醚，搅拌均匀；

3)混合：将组分A和组分B按重量比混合，在120℃条件下搅拌2-3min，制备成结合料。

本发明的有益效果是：制备的环氧沥青低温柔韧性，高温稳定性得到了明显的提高，其作为结合料制备的混合料路用性能得到了明显的改善，其路用性能、施工性能都能满足《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》(送审稿)中对相应产品的技术要求。与美国环氧沥青产品相比，制备的环氧沥青拉伸强度，断裂延伸率和施工容留时间以及由其作为结合料制备的混合料的高温动稳定度，低温极限弯曲应变和冻融劈裂强度比都优于美国的环氧沥青产品。

具体实施方式

下面将进一步的来举例说明本发明。需要指出的是，以下说明仅仅是对本发明要求保护的技术方案的举例说明，并非对这些技术方案的任何限制。本发明的保护范围以所附权利要求书记载的内容为准。

实施例1钢桥面铺装结合料制备

精密称取下列重量份的材料：

B组分：双酚A型环氧树脂E51 100份

环氧丙烷丁基醚 2份

A组分中，先将沥青和马来酸酐在120℃条件下搅拌混合均匀，当马来酸酐完全融入沥青中，再将MBS弹性体加入120℃的沥青中，不断搅拌，搅拌速率控制为200-250rpm，待MBS弹性体完全溶入沥青后，依次加入甲基六氢苯酐，苯酚，搅拌混合，搅拌速率控制为200-250rpm，搅拌时间为20min。

B组分中，将双酚A型环氧树脂E51在50℃条件下加入环氧丙烷丁基醚，搅拌均匀。

将A、B组分按质量比A∶B＝1∶6.08混合，在120℃条件下搅拌2-3min，制备成结合料。

实施例2

通过制备掺加MBS改性的结合料和未掺加MBS改性的结合料，并进行了拉伸强度和断裂延伸率试验，采用GB/T 16777-2008《建筑防水涂料试验方法》中规定的试件制作方法成型试件，试验试件制备完成后，将其置于120℃烘箱中保温4h，此时试件完全固化，将固化后的试件置于试验温度下保温3个小时，待试件温度稳定后进行拉伸试验，整个试验在万能材料试验机上进行，试验拉伸速率为50±5mm/min。选取了六个试件作为一组进行拉伸试验，取其结果的平均值作为试验结果。

其试验结果如下：

表1 不同试验条件下的结合料拉伸强度及断裂延伸率

对比例1：为专利CN200810032199公开的沥青结合料，具体制备方法参见其说明书第017段-024段，下同。

对比例2：制备方法同实施例1，区别仅在于未添加MBS接枝共聚物，下同。

实施例3

将环氧沥青混合料进行了车辙试验、低温弯曲试验，冻融劈裂试验和疲劳试验，试验过程如下：

车辙试验：我国的车辙试验采用300mm×300mm×50mm的车辙试模，试件按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)规定的标准方法用轮碾机成型。试验轮为橡胶制的实心轮胎，直径200mm，宽50mm，橡胶层厚15mm，轮压0.7MPa，试验温度70℃，加载轮运行速度为42次/min。车辙试验通常进行60min或最大变形到25mm为止，动稳定度DS(次/mm)按式计算：

$DS=\frac{(t_2-t_1)\times 42}{d_2-d_1}$

式中：d₁为荷载轮作用时间t₁(一般为45min)时的永久变形，mm；d₂为荷载轮作用时间t₂(一般为60min)时的永久变形，mm。

低温弯曲试验：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)的规定，将轮碾成型的车辙板试件切割成长250mm±2.0mm，宽30mm±2.0mm高35mm±2.0mm的棱柱体小梁，其跨径为200mm±0.5mm。采用低温弯曲试验仪进行试验。试验开始前，将小梁试件放置于温湿度环境箱内，按试验规定的温度保温4h。试验开始时，首先将试验机预热30min，并调试加载速率为50mm/min。再将试件从环境箱内取出，加载并读处数据，在45s时间内完成一次试验，同一种混合料试件进行三次平行试验，各循环测试结果之差不的超过平均值的20％，取其平均值作为试验结果。否则，重新试验。

冻融劈裂试验：冻融劈裂强度试验试件采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中规定的马歇尔击实法成型圆柱体试件，击实次数为正反两面各50次。试验时将试件分为两组，每组4个。一组在25℃水中浸泡2小时后测定，另一组饱水过程中如下：

1)常温下(约25℃)浸水20min；

2)0.09MPa浸水抽真空15min；

3)-18℃冰箱中存放16小时；

4)置于60℃水浴中恒温24小时；

5)25℃水中浸泡2小时。

采用劈裂试验仪首先测出压裂时的压力值，按公式R＝0.06287P_T/h计算劈裂抗拉强度，再按下式计算冻融劈裂抗拉强度比TSR：

$TSR=\frac{R_{T2}}{R_{T1}}\times 100$

式中：TSR-冻融劈裂抗拉强度比，％

R_T2-冻融循环后第二组试件的劈裂抗拉强度，MPa；

R_T1-未经冻融循环的第一组试件的劈裂抗拉强度，MPa。

疲劳试验：疲劳试验采用四点弯曲疲劳试验，试件采用轮碾成型，试件尺寸为400mm×300mm×75mm。严格控制成型试件的空隙率在马歇尔试件空隙率±0.5％范围内，经120℃恒温固化4h后，采用高精度双面同步切割设备将成型的试件切割成380mm×65mm×50mm的标准四点弯曲小梁试件，每种应变水平下采用3次平行试验。试验采用美国生产的MTS-810型液压伺服材料试验机进行疲劳试验，MTS力传感器的测量精度为1N，最大测量值为20kN。试验过程中，设备系统会自动控制加载并实时记录试验参数的变化状态直至劲度模量下降到初始劲度模量的50％时，试验自动停止，并记录试验次数。环境温度箱控温精度为0.1℃。

试验流程如下：

1.将成型好的小梁试件放置在MTS试验环境箱中，同条件养护5h。考虑到温度对试验结果的影响，试验时和试件养护过程尽量避免环境箱中温度的变化，且试件放置于环境箱尽量靠中间的位置。

2.将养护好的试件装入四点弯曲疲劳夹具，准确调整各夹头的距离保证间距值相同，且试件放置水平后，拧动上夹头至与试件刚好接触。

3.打开MTS设备软件控制界面，设置参数开始试验。试验结束的条件为：试件加载100万次或试件剩余劲度模量低于初始劲度模量50％，满足其中条件之一即视为试验完成。

疲劳试验中，在同种条件下，疲劳试验次数越高代表材料的疲劳性能越好。

车辙试验、低温弯曲试验，冻融劈裂试验和疲劳试验结果如下表：

表2 不同类型环氧沥青混合料试验结果

另外，需要说明的是在广东佛山西樵大桥铺装工程中，进行了试验段的铺设，经过两年的使用，现在铺装结构仍然良好，路面未出现任何病害。

本发明内容仅仅举例说明了要求保护的一些具体实施方案，其中一个或更多个技术方案中所记载的技术特征可以与任意的一个或多个技术方案相组合，这些经组合而得到的技术方案也在本申请保护范围内，就像这些经组合而得到的技术方案已经在本发明公开内容中具体记载一样。