專利名稱：一種鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土及其制備方法。
背景技術(shù)：
大跨徑鋼箱梁橋面鋪裝材料在國(guó)際上一直是一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。橋面鋪裝材料直接鋪設(shè)在鋼板上，在行車(chē)荷載、風(fēng)載、溫度變化及地震等因素影響下，其受力和變形遠(yuǎn)較公路路面或機(jī)場(chǎng)道面復(fù)雜，因而對(duì)其強(qiáng)度、變形穩(wěn)定性、疲勞耐久性等均有更高要求。大跨徑鋼橋在溫度和荷載的作用下變形量很大，鋼箱梁具有良好的溫度傳導(dǎo)性， 易受外界溫度變化的影響。在夏天高溫季節(jié)，鋼箱梁頂面的鋼板實(shí)測(cè)溫度可達(dá)70°C，這些都是鋼箱梁橋有別于其他橋梁的顯著特點(diǎn)。這就要求鋼箱梁橋面鋪裝材料本身應(yīng)具有很高的強(qiáng)度、優(yōu)良的耐疲勞、優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，并且在低溫條件下的收縮系數(shù)應(yīng)與鋼板相近等一系列的優(yōu)良特性。目前，國(guó)內(nèi)大跨徑鋼橋浙青鋪裝層材料普遍出現(xiàn)高溫車(chē)轍、橫向推移、縱向推移、疲勞開(kāi)裂等早期損壞，嚴(yán)重影響了橋梁的服務(wù)品質(zhì)，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前國(guó)內(nèi)普遍使用的改性SMA浙青混凝土 (石膠泥浙青混凝土)存在著使用壽命嚴(yán)重不足的情況，往往服役不到2年就出現(xiàn)大面積的損害，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。國(guó)外應(yīng)用比較成功的鋼橋面鋪裝材料主要包括澆筑式浙青混凝土和環(huán)氧浙青混凝土。澆筑式浙青混凝土雖然與鋼板粘結(jié)力強(qiáng)，但施工溫度高(達(dá)到210°C以上)、能耗大，而且浙青含量高，易受高溫破壞。環(huán)氧浙青混凝土的性能受溫度、環(huán)境濕度、鋼板潔凈程度的影響較大，如果施工控制不嚴(yán)格，將會(huì)造成環(huán)氧浙青混凝土出現(xiàn)車(chē)轍、推移、裂縫等病害。而且，環(huán)氧浙青混凝土成本太高、養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)。以上國(guó)外的成功方案受其自身的局限性以及我國(guó)特殊的復(fù)雜氣候影響，對(duì)其大規(guī)模推廣應(yīng)用產(chǎn)生了很大的限制。熱拌浙青混凝土(HMA)是另外一種所使用的鋼橋面鋪裝材料。使用熱拌浙青混凝土?xí)欧盼廴練怏w，造成對(duì)環(huán)境的破壞、能源的大量消耗和人的生存圈的縮小，這與我國(guó)發(fā)展綠色的可持續(xù)道路是背道而馳的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土及其制備方法，該方法制備得到的鋪裝材料具有環(huán)保、 與鋼板粘結(jié)強(qiáng)度高、高低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性能優(yōu)良、高韌性、耐疲勞性能好的特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土，它主要由粗集料、細(xì)集料、填料、水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青、及水泥組成，各原料(粗集料、細(xì)集料、填料、水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青、水泥)的質(zhì)量比為100 30 50 15 25 15 20 :5 9 ；所述水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青主要由質(zhì)量比為100 :5 10 :2 5 :2 8的改性乳化浙青水性環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧固化劑穩(wěn)定劑原料制備而成。
上述方案中，所述的改性乳化浙青為陽(yáng)離子中裂改性乳化浙青或陽(yáng)離子慢裂改性乳化浙青。上述方案中，所述的水性環(huán)氧樹(shù)脂為水性環(huán)氧乳液GEM03、水性環(huán)氧乳液GEM02、 AB-EP-51水性環(huán)氧樹(shù)脂、或AB-EP-44水性環(huán)氧樹(shù)脂。上述方案中，所述的環(huán)氧固化劑為水性環(huán)氧固化劑GCA01、水性環(huán)氧固化劑 GCA02、AB-HGA水性環(huán)氧固化劑、或AB-HGT水性環(huán)氧樹(shù)脂固化劑。上述方案中，所述的穩(wěn)定劑為乙烯基硅橡膠、丙烯酰基異硫氰酸酯或氨基磺酸鈉。上述方案中，所述的水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青的蒸發(fā)殘留物的指標(biāo)為殘留物含量59 62%，針入度52 58，軟化點(diǎn)59 66°C，5°C下的延度M 27cm。上述方案中，所述的粗集料為玄武巖、輝綠巖或石灰?guī)r，最大公稱粒徑9. 5毫米； 所述的細(xì)集料為玄武巖、輝綠巖或石灰?guī)r，最大公稱粒徑4. 75毫米。上述鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土的制備方法，它包括以下步驟
1)水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青的制備
按質(zhì)量比為改性乳化浙青水性環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧固化劑穩(wěn)定劑=100 :5 10 :2 5 2 8，選取改性乳化浙青、水性環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧固化劑和穩(wěn)定劑，備用；
在容器中先加入改性乳化浙青，調(diào)節(jié)pH為5. 5 6. 5，邊攪拌邊加入水性環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧固化劑及穩(wěn)定劑，持續(xù)攪拌至混合液均勻，再進(jìn)行剪切，得到水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青乳液；
2)水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土的制備
按質(zhì)量比為粗集料細(xì)集料填料水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青水泥=100 30 50 15 25 15 20 :5 9，選取粗集料、細(xì)集料、填料、上述制備得到的水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青、及水泥，備用；
將粗集料和細(xì)集料在容器中攪拌，添加水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青后再攪拌，再加入填料拌和，最后加入水泥攪拌，得到水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土 (鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土 )。上述方案中，將粗集料和細(xì)集料在容器中攪拌30 60秒，添加水性環(huán)氧改性乳化浙青后再攪拌60 90秒，再加入填料拌和60 90秒，最后加入水泥攪拌60 90秒，得到水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土。上述方案中，使用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH為5. 5 6. 5，剪切時(shí)間為20 40分鐘，剪切時(shí)剪切機(jī)定子的轉(zhuǎn)速為300-500轉(zhuǎn)/分鐘。本研究采用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土作為鋼橋面鋪裝層材料。水性環(huán)氧樹(shù)脂乳液的固化成膜過(guò)程包括了水的蒸發(fā)、乳液顆粒的聚結(jié)、固化劑的擴(kuò)散和交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生四個(gè)階段。最初，乳液顆粒與固化劑分子分散在水中，隨著水分的蒸發(fā)，環(huán)氧樹(shù)脂乳液顆粒相互接觸，形成堆積結(jié)構(gòu)，與此同時(shí)，固化劑分子擴(kuò)散到環(huán)氧樹(shù)脂顆粒的界面及其內(nèi)部發(fā)生固化反應(yīng)，使小分子環(huán)氧樹(shù)脂聚合反應(yīng)生成交聯(lián)的體形大分子。水性環(huán)氧固化反應(yīng)與乳化浙青破乳同時(shí)進(jìn)行，可以增強(qiáng)浙青混凝土與鋼板粘結(jié)力，明顯改善浙青混凝土的耐高溫性能。此外，由于水泥基材料的水化作用，環(huán)氧樹(shù)脂乳液聚合形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將會(huì)穿插在水泥水化物中，與之形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣可以在浙青-集料界面形成良好的交聯(lián)過(guò)渡層，提高界面粘結(jié)強(qiáng)度，增強(qiáng)浙青混凝土的抗水損害能力。
5
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明選用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土來(lái)制備鋼橋面鋪裝層材料，一方面，采用水性環(huán)氧樹(shù)脂可以解決溶劑型環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)施工條件的嚴(yán)格要求、揮發(fā)有毒有機(jī)物及單純的浙青材料在高溫下與鋼板粘結(jié)力不強(qiáng)等問(wèn)題，另一方面采用乳化浙青可以實(shí)現(xiàn)浙青混凝土冷拌、冷鋪，解決HMA高能耗、環(huán)境污染大的問(wèn)題。綜上所述，本發(fā)明制備出的這種環(huán)保、冷拌、低VOC (揮發(fā)性有機(jī)化合物)、低能耗、與鋼板粘結(jié)強(qiáng)度高、高低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性能優(yōu)良、高韌性、耐疲勞性能好、使用壽命長(zhǎng)的新型鋼橋面鋪裝材料，可以充分發(fā)揮環(huán)氧樹(shù)脂和乳化浙青的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1
一種鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土，它主要由粗集料、細(xì)集料、填料、水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青、及水泥組成，各原料的質(zhì)量比為100: 30: 15: 15: 5，所述水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青主要由質(zhì)量比為100 5 2 2的改性乳化浙青水性環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧固化劑穩(wěn)定劑原料制備而成。所述的改性乳化浙青為武漢路翔公路技術(shù)有限公司生產(chǎn)的陽(yáng)離子中裂改性乳化浙青。所述的水性環(huán)氧樹(shù)脂為上海綠嘉水性涂料有限公司生產(chǎn)的水性環(huán)氧乳液GEM03， 其特性參數(shù)如表1。表 權(quán)利要求
1.一種鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于，它主要由粗集料、細(xì)集料、填料、水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青、及水泥組成，各原料的質(zhì)量比為100 30 50 15 25 15 20 :5 9 ；所述水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青主要由質(zhì)量比為100 :5 10 :2 5 2 8的改性乳化浙青水性環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧固化劑穩(wěn)定劑原料制備而成。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于所述的改性乳化浙青為陽(yáng)離子中裂改性乳化浙青或陽(yáng)離子慢裂改性乳化浙青。
3.如權(quán)利要求1所述的鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于所述的水性環(huán)氧樹(shù)脂為水性環(huán)氧乳液GEM03、水性環(huán)氧乳液GEM02、AB-EP-51水性環(huán)氧樹(shù)脂、或 AB-EP-44水性環(huán)氧樹(shù)脂。
4.如權(quán)利要求1所述的鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于所述的環(huán)氧固化劑為水性環(huán)氧固化劑GCA01、水性環(huán)氧固化劑GCA02、AB-HGA水性環(huán)氧固化劑、或 AB-HGT水性環(huán)氧樹(shù)脂固化劑。
5.如權(quán)利要求1所述的鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于所述的穩(wěn)定劑為乙烯基硅橡膠、丙烯酰基異硫氰酸酯或氨基磺酸鈉。
6.如權(quán)利要求1所述的鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于所述的水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青的蒸發(fā)殘留物的指標(biāo)為殘留物含量59 62%，針入度52 58，軟化點(diǎn)59 66°C，5°C下的延度24 27cm。
7.如權(quán)利要求1所述的鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于所述的粗集料為玄武巖、輝綠巖或石灰?guī)r，最大公稱粒徑9. 5毫米；所述的細(xì)集料為玄武巖、輝綠巖或石灰?guī)r，最大公稱粒徑4. 75毫米。
8.—種如權(quán)利要求1所述的鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土的制備方法，其特征在于它包括以下步驟1)水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青的制備按質(zhì)量比為改性乳化浙青水性環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)氧固化劑穩(wěn)定劑=100 :5 10 :2 5 2 8，選取改性乳化浙青、水性環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧固化劑和穩(wěn)定劑，備用；在容器中先加入改性乳化浙青，調(diào)節(jié)pH為5. 5 6. 5，邊攪拌邊加入水性環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧固化劑及穩(wěn)定劑，持續(xù)攪拌至混合液均勻，再進(jìn)行剪切，得到水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青乳液；2)水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土的制備按質(zhì)量比為粗集料細(xì)集料填料水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青水泥=100 30 50 15 25 15 20 :5 9，選取粗集料、細(xì)集料、填料、上述制備得到的水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青、及水泥，備用；將粗集料和細(xì)集料在容器中攪拌，添加水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青后再攪拌，再加入填料拌和，最后加入水泥攪拌，得到水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土。
9.如權(quán)利要求8所述的鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土的制備方法，其特征在于，將粗集料和細(xì)集料在容器中攪拌30 60秒，添加水性環(huán)氧改性乳化浙青后再攪拌 60 90秒，再加入填料拌和60 90秒，最后加入水泥攪拌60 90秒，得到水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土。
10.如權(quán)利要求8所述的鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化浙青混凝土的制備方法，其特征在于，使用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH為5. 5 6. 5，剪切時(shí)間為20 40分鐘，剪切時(shí)剪切機(jī)定子的轉(zhuǎn)速為300-500轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土及其制備方法。該鋼橋面用水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土是通過(guò)在改性乳化瀝青中加入水性環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑及穩(wěn)定劑，持續(xù)攪拌至混合液均勻，再進(jìn)行剪切，得到水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化瀝青乳液；然后將粗集料和細(xì)集料在容器中攪拌，添加上述水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化瀝青后再攪拌，再加入填料拌和，最后加入水泥攪拌，得到水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土。該方法制備得到的鋪裝材料具有環(huán)保、低VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)、低能耗、與鋼板粘結(jié)強(qiáng)度高、高低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性能優(yōu)良、高韌性、耐疲勞性能好的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B24/28GK102173663SQ20111000360
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者丁慶軍, 孫政, 彭馨彥, 沈凡, 胡寅, 黃紹龍 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)