CN101497510A - 改性环氧树脂混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性环氧树脂混凝土材料制备及方法，包括A组分、B组分和石料，其中，A组分由下列重量百分比的组分组成：环氧树脂50～100份；液态增韧橡胶2～20份；环氧树脂活性稀释剂5～50份；消泡剂0.01～1份；碳黑0.5～5份；紫外线吸收剂0.5～5份；B组分由下列重量百分比的组分组成：固化剂50～100份；环氧树脂非活性稀释剂2～20份；消泡剂0.01～1份；A组分与B组分之间的重量百分配比为：10∶1～1∶1；石料与A、B混合后总重量的重量百分配比为：12.5∶1～5∶1。本发明改性环氧树脂混凝土材料强度高、变形能力强、高低温性能好，无需加热拌和，由于选用常温固化剂，其后期固化速度远远高于现有环氧沥青混凝土，开放交通的时间可以大大缩短。

Description

改性环氧树脂混凝土材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑材料，特别适用于大跨径、重载交通型钢桥桥面铺装用改性环氧树脂混凝土材料及其制备方法。

背景技术

大跨径桥梁的桥面刚度相对较小而变形相对较大，钢桥面铺装层在交通荷载、风载、气候条件及温度变化等因素影响下的受力和变形复杂，对其强度、柔韧性、高温稳定性和疲劳耐久性均有更高的要求。由于桥面铺装的特殊位置及功能，要求铺装层结构重量轻、不透水、粘结性能好等特殊性能要求。世界上采用的钢桥面铺装层主要有以下几种类型：①浇注式沥青混凝土；②沥青玛蹄脂混凝土；③聚合物改性沥青SMA；以上铺装层材料在我国都有应用，并且从结构力学分析、材料设计、施工控制中积累了较多的成功经验，但整体上我国钢桥面铺装病害问题仍然比较严重。多座大桥通车不久即出现车辙、开裂、推移、疲劳破坏等早期病害，因此人们开始致力于寻找一种性能更为优越的铺面材料。国外从20世纪60年代就开始研究并推广使用环氧沥青混合料。自壳牌石油沥青公司在世界上首次开发出环氧沥青，并在世界各地的不同环境下应用以来，已充分显示出该产品优良的路用性能。USP4162998中公开了一种采用多胺和环氧树脂改性沥青的方法；USP5576363中公开了一种由含有环氧基团的共聚物及羧酸等改性来制备的热固性沥青；USP4499215中公开了一种环氧树脂和改性沥青的混合物，这种改性沥青是以芳磺酸为催化剂制得的沥青和一种非热反应性苯酚树脂的缩合产物；中国专利CN200310106597.X中公开了一种用环氧树脂、固化剂以及酸酐和羧酸进行改性的环氧沥青材料；中国专利CN101020601A中公开了一种用环氧树脂、固化剂以及烷基酚和缩水甘油醚进行改性的环氧沥青材料。但是目前国内外的环氧改性沥青混合料均采用加热固化的方式，在拌和中对温度要求控制非常精确，且后期固化太慢，开放交通的时间较长，影响通车时间；再者，其基体材料都为沥青，不能根本上解决沥青固有的如低温变形能力差的缺点，从目前国内外实体工程看，不能很好满足大跨径、重交通型钢桥的变形要求。

树脂混凝土是以聚合物(合成树脂)代替水泥和水，作为胶结材料与集料结合的混凝土。常用一种树脂或者几种树脂及其固化剂与集料混合固化而成。树脂混凝土从开始研究迄今已越来越得到世界各国的重视，发展较快的有日本、前苏联、德国、法国等国家。各国重点使用的树脂材料并不尽相同。日本、德国以不饱和聚酯树脂为主，前苏联以呋喃树脂为主。近年来，我国树脂混凝土的研究和应用发展较快，由于树脂材料性质的变化，可以赋予树脂混凝土性能许多新的特点。中国专利CN200710029453.7中公开了一种环氧树脂砂浆用于交通和建筑物的快速修补材料的制备及方法；中国专利CN1923484A公开了一种机场跑道快速修复用的环氧树脂混凝土。目前，国内的树脂混凝土多用于修补材料中，其固化速度快，不能满足大面积桥面铺装施工操作要求；再者，其固化后的混凝土强度虽高，但变形能力差，不能满足大跨径钢桥变形性能要求。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种采用常温固化的方式、施工简便、后期固化快，具有良好的变形能力、高低温性能以及耐腐蚀性的钢桥面用改性环氧树脂混凝土材料及其制备方法。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征在于：包括A组分、B组分和石料，其中，

A组分由下列重量百分比的组分组成：环氧树脂50～100份；液态增韧橡胶2～20份；环氧树脂活性稀释剂5～50份；消泡剂0.01～1份；碳黑0.5～5份；紫外线吸收剂0.5～5份；

B组分由下列重量百分比的组分组成：固化剂50～100份；环氧树脂非活性稀释剂2～20份；消泡剂0.01～1份；

A组分与B组分之间的重量百分配比为：10:1～1:1；

石料与A、B混合后总重量的重量百分配比为：12.5:1～5:1。

本技术方案最大的一个创新是混合料中加入炭黑，把炭黑的强着色、紫外线防护等优点引入到公路工程界。炭黑作为本发明材料的组成部分，在改性环氧树脂混凝土中所起的作用有：

1)炭黑的粒径小，比表面积大，复杂的表面活性，具有极强着色能力，本发明材料中加入少量炭黑，使最终产品具有与沥青混凝土相媲美的黝黑外观。

2)炭黑有较高的吸光性，把光能转化为热能；炭黑保护混合料树脂成分表面免遭一定波长的射线照射；截取原子团而产生防老化作用，从而阻止树脂催化降解。因而炭黑能有效的防止本发明材料中的树脂成分受阳光照射而产生光氧化降解、黄变，改善改性环氧树脂混凝土的抗老化性能。

3)利用炭黑高补强性能和耐磨性能，增强混凝土的抗磨耗性能。

优选的，所述的环氧树脂是双酚A型环氧树脂。所选树脂具有常温液态，为混合料常温拌合、施工提供保证；所选树脂固化产物具有热固性，有很高的强度和粘接强度；同时，固化时基本上不产生小分子挥发物，且固化收缩率小，保证最终混凝土强度。

优选的，所述的增韧橡胶为羧基丁腈橡胶胶乳(乳白色液体>40％)、液态聚硫橡胶(硫含量>30％)、端羟基液体橡胶中的一种或多种。液体增韧橡胶具有较好的施工和易性，而且提供耐热、耐老化性能和较高的耐撕裂性能，改善了混凝土的低温使用性能。

优选的，所述环氧树脂活性稀释剂为为丁基缩水甘油醚、丙烯酸酯缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、甲酚缩水甘油醚中的一种或多种。主要是含有环氧基团的低分子化合物，能与固化剂反应，并参与环氧树脂的固化反应，成为交联树脂结构的一部分。

优选的，所述消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚消泡剂、硅醚消泡剂中的一种或多种。所选消泡剂能在树脂固化过程中破泡、消泡，减小表面张力。

优选的，所述炭黑为改性环氧树脂混凝土抗老化剂，炭黑粒径为10nm～50μm。

优选的，所述的紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-P，紫外线吸收剂UV-O，紫外线吸收剂UV-326，紫外线吸收剂327的一种或多种。所选紫外线吸收剂为一种光稳定剂，能吸收阳光中的紫外线部分，而本身又不发生变化。树脂混凝土加入紫外线吸收剂后可选择性地吸收这种高能量的紫外线，使之变成无害的能量而释放或消耗，提高混凝土整体抗老化性能。

优选的，所述的固化剂为聚酰胺、聚醚胺中的一种或两种。优选的固化剂为聚合物型低分子固化剂，与环氧树脂能在室温或低温条件下反应，且使固化产物具有一定的柔韧性。

优选的，所述的非活性稀释剂为丙酮、环己酮、正丁醇、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或多种。所选稀释剂只共混于结合料体系中，不参与树脂的固化反应，仅仅是降低树脂粘度。

优选的，所述的石料为玄武岩碎石料和矿粉中的一种或多种。

进一步优选的，所述的玄武岩碎石料粒径为0～10mm的用量为石料的85％～92％。所用石料必须满足抗磨耗值≤7％，砂当量≥60％要求。

进一步优选的，所述的矿粉的用量为石料的8％～15％。优选的矿粉为磨细石灰石粉，碳酸钙含量不少于90％，不含活性石灰。

上述改性环氧树脂混凝土材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：

a)、按重量份称取环氧树脂、增韧橡胶、环氧树脂活性稀释剂、消泡剂、碳黑、紫外线吸收剂，加入到拌和锅中，常温下搅拌5min～30min，混合均匀，制成A组分；

b)、按重量份称取固化剂、非活性稀释剂、消泡剂，加入拌和锅中，在常温下搅拌5～30min，混合均匀，制成B组分；

c)、按重量比将不同粒径的石料拌和均匀；

d)、按A组分与B组分之间的重量百分配比，将A、B组分混合均匀；

e)、按石料与A、B混合后总重量的重量百分配比，称取石料加入到拌和锅中，将步骤d中混合均匀的A组分与B组分加入到装有石料的拌和锅中搅拌5min～30min，混合均匀，放置0h～24h，即得改性环氧树脂混凝土材料。

本发明改性环氧树脂混凝土材料及其制备方法的有益效果是，改性环氧树脂混凝土材料强度高、变形能力强、高低温性能好，与现有的环氧沥青混凝土相比，它无需加热拌和，由于选用常温固化剂，其后期固化速度远远高于现有环氧沥青混凝土，开放交通的时间可以大大缩短。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实例1

A组分：

双酚A型环氧树脂E51              3.6份

聚乙二醇二缩水甘油醚            1份

羧基丁腈橡胶胶乳                0.82份

有机硅消泡剂                  0.01份

炭黑                          1.0份

B组分：

聚酰胺                        3.26份

环己酮和正丁醇混合物          0.3份

有机硅消泡剂                  0.01份

石料玄武岩碎石料和矿粉总量     90份

石料孔径及用量：矿粉用量为12％，粒径0.075mm～10mm的碎石用量为88％。

实例2

A组分：

双酚A型环氧树脂E44                 3.4份

丁基缩水甘油醚                     0.88份

液态聚硫橡胶                       0.69份

有机硅消泡剂                       0.01份

炭黑                               0.5份

紫外线吸收剂UV-O                    0.4份

B组分：

聚醚胺                                3.36份

邻苯二甲酸二丁酯和正丁醇混合物         0.25份

有机硅消泡剂                          0.01份

石料   玄武岩碎石料和矿粉总量          90.5份

石料孔径及用量：矿粉用量为12％，粒径0.075mm～10mm的碎石用量为88％。

实例3

A组分：

双酚A型环氧树脂128                3.7份

丙烯酸酯缩水甘油醚                0.4份

端羟基液体橡胶                    0.62份

有机硅消泡剂                      0.01份

炭黑                              0.6份

紫外线吸收剂UV-327                0.3份

B组分：

聚酰胺                               2.1份

聚醚胺                               1.16份

邻苯二甲酸二辛酯和正丁醇混合物        0.1份

有机硅消泡剂                         0.01份

石料玄武岩碎石料和矿粉总量            91份

石料孔径及用量：矿粉用量为12％，粒径0.075mm～10mm的碎石用量为88％。

(一)制备工艺

三个实施列的制备工艺相同，都为以下工艺流程：

步骤1：将A组分的环氧树脂、环氧树脂增韧剂、环氧树脂活性稀释剂、消泡剂、炭黑、紫外线吸收剂加入到拌和锅中，在常温下搅拌5min～30min，制成均匀A组分；

步骤2：将固化剂、环氧树脂非活性稀释剂、消泡剂加入拌和锅中，在常温下搅拌5～30min，制成均匀B组分；

步骤3：按质量比将不同粒径的石料拌和均匀；

步骤4：按质量比将A、B组分混合均匀，加入到装有石料的拌和锅中搅拌5min～30min，放置0h～24h，即得改性环氧树脂混凝土材料。

(三)结果测试

以上三组实例制备出的改性环氧树脂混凝土的路用性能见表1。

表1 改性环氧树脂混凝土路用性能汇总表

 

实施例	1	2	3
				60℃马歇尔稳定度(Mpa)	65	68	63
70℃动稳定度(次/mm)	42230	45000	41200
				-10℃抗弯拉强度(MPa)	23	24	22
-10℃弯拉应变(×10-3)	16	15	18
				-10℃弯曲劲度模量(MPa)	2320	2500	2291
四点应力控制P0.3(万次)	>300	>300	>300

表1的结果可以看到，实施例中的改性环氧树脂混凝土强度高，动稳定度高，具有优良的高温性能；低温时弯拉应变非常大，具有优异的低温变形能力；0.3个应力水平下，疲劳寿命非常高。

备注：(1)低温弯曲试验采用日本铺装便览中的试验方法，采用由轮碾成型的车辙试件切制成长(250±2)mm，宽(30±2)mm，高(35±2)mm试件，跨径为(200±0.5)mm，跨中加载，加载速率为50mm/min条件下，测试-10℃时沥青混合料的抗弯拉强度、极限应变及弯曲劲度模量。

(2)疲劳试验借鉴了欧标中的试验方法，采用由轮碾成型的车辙试件切制成长(300±2)mm，宽(50±2)mm，高(50±2)mm试件，跨中两点加载，加载频率为10HZ条件下，测试15℃时沥青混合料的疲劳寿命。

(3)其余试验方法均采用JTJ052-2000《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》。

Claims (13)

1、一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征在于：包括A组分、B组分和石料，其中，

A组分由下列重量百分比的组分组成：环氧树脂50～100份；液态增韧橡胶2～20份；环氧树脂活性稀释剂5～50份；消泡剂0.01～1份；碳黑0.5～5份；紫外线吸收剂0.5份～5份；

B组分由下列重量百分比的组分组成：固化剂50～100份；环氧树脂非活性稀释剂2～20份；消泡剂0.01～1份；

A组分与B组分之间的重量百分配比为：10:1～1:1；

石料与A、B混合后总重量的重量百分配比为：12.5:1～5:1。

2、按照权利要求1的一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征是：所述的环氧树脂是双酚A型环氧树脂。

3、按照权利要求1的一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征是：所述的增韧橡胶为羧基丁腈橡胶胶乳、液态聚硫橡胶、端羟基液体橡胶中的一种或多种。

4、按照权利要求1的一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征是：所述环氧树脂活性稀释剂为为丁基缩水甘油醚、丙烯酸酯缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、甲酚缩水甘油醚中的一种或多种。

5、按照权利要求1的一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征是：所述消泡剂为有机硅消泡剂、聚醚消泡剂、硅醚消泡剂中的一种或多种。

6、按照权利要求1的一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征是：所述炭黑粒径为10nm～50μm。

7、按照权利要求1的一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征是：所述的紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-P，紫外线吸收剂UV-O，紫外线吸收剂UV-326，紫外线吸收剂327的一种或多种。

8、按照权利要求1的一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征是：所述的固化剂为聚酰胺、聚醚胺中的一种或两种。

9、按照权利要求1的一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征是：所述的非活性稀释剂为丙酮、环己酮、正丁醇、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或多种。

10、按照权利要求1的一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征是：所述的石料为玄武岩碎石料和矿粉中的一种或多种。

11、按照权利要求10所述的一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征是：所述的玄武岩碎石料粒径为0～10mm的用量为石料的85％～92％。

12、按照权利要求10所述的一种改性环氧树脂混凝土材料，其特征是：所述的矿粉的用量为石料的8％～15％。

13、一种权利要求1所述改性环氧树脂混凝土材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：

a)、按重量份称取环氧树脂、增韧橡胶、环氧树脂活性稀释剂、消泡剂、碳黑、紫外线吸收剂，加入到拌和锅中，常温下搅拌5min～30min，混合均匀，制成A组分；

b)、按重量份称取固化剂、非活性稀释剂、消泡剂，加入拌和锅中，在常温下搅拌5～30min，混合均匀，制成B组分；

c)、按重量比将不同粒径的石料拌和均匀；

d)、按A组分与B组分之间的重量百分配比，将A、B组分混合均匀；

e)、按石料与A、B混合后总重量的重量百分配比，称取石料加入到拌和锅中，将步骤d中混合均匀的A组分与B组分加入到装有石料的拌和锅中搅拌5min～30min，混合均匀，放置0h～24h，即得改性环氧树脂混凝土材料。