CN102827572A

CN102827572A - 一种橡塑化防水粘结改性沥青胶及其制备方法

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Publication number: CN102827572A
Application number: CN2012103426986A
Authority: CN
Inventors: 王立志; 王鹏; 任瑞波; 高晓宁; 耿立涛; 徐强
Original assignee: Shandong Jianzhu University
Current assignee: Shandong Jianzhu University
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明属于桥面铺装领域，具体涉及一种用于大型钢箱桥梁防水粘结层的热熔型橡塑化改性沥青胶及其制备方法。本发明所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶按重量份计，其原料组成为：废轮胎胶粉10-20份；热塑性树脂5-10份；热塑性弹性体1-5份；辛烯-乙烯共聚物2-10份；萜烯树脂2-10份；塔尔油羧酸多胺5-15份；丁苯橡胶2-5份；石油沥青20-70份。本发明所述的改性沥青胶耐水而不怕水，即使有明水仍能与钢桥面牢固粘结，适用于钢箱桥梁沥青混合料铺装防水粘结层和过渡层施工，对桥面防水、防腐，起保护作用，并承接铺装层，起粘结作用。

Description

一种橡塑化防水粘结改性沥青胶及其制备方法

技术领域

本发明属于桥面铺装领域，具体涉及一种用于大型钢箱桥梁防水粘结层的热熔型橡塑化改性沥青胶及其制备方法。

背景技术

桥面铺装层作为桥梁的重要组成部分，应与桥梁结构粘结良好，并具有传递荷载、参与受力、横向连接主梁、抵抗荷载冲击和疲劳、防水及适应温度变化的能力，铺装层的好坏直接决定桥面行车的安全性、舒适性、耐久性以及投资的经济效益和社会效益。主流的桥面铺装技术通常在铺装层与桥梁结构间铺设防水粘结层，以保护桥梁主体免受水汽腐蚀；同时粘结铺装层与桥梁主体，增加两者的整体性，避免层间滑移，改善铺装结构的受力情况。

研究表明：防水粘结层是整个桥面铺装结构形成有机整体的关键，其性能的好坏对钢桥面铺装的耐久性有直接影响。防水粘结层除了防止水分下渗锈蚀钢板外，还应粘结钢板面板与铺装层，使之成为一个整体，并且能够作为应变吸收层。防水粘结层应具有较大的变形能力，当桥面钢板在温度变化及行车荷载作用下发生水平向变形时，其可以吸收铺装层和钢板间的相对位移，减少铺装层内应力。西部交通科技项目“桥面铺装材料与技术”研究课题通过对中西部地区数百座桥的调查指出：防水粘结层的粘结状态对桥面铺装结构的应力、应变影响很明显，其防水性能对桥面铺装结构的耐久性具有重要意义。对多数桥梁的破坏原因分析发现：防水粘结层抗剪强度不足，粘结不牢及水的侵蚀是桥面铺装层出现车辙、推移、开裂、松散、坑槽等早期破坏的主要原因。因此，防水粘结层材料应当具有致密不透水性、足够的内聚力、粘附性及抗老化性，从而使防水粘结层与钢板具有较好间接强度，良好的变形协调能力、一定的抗剪强度、较好的防水效果及耐久性。

目前桥面铺装领域主流的防水粘结层材料是热固型树脂类产品，比如环氧沥青类及其改进类产品。专利CN 1654582A公开了一种钢桥面铺装界面粘结剂，采用双酚A型环氧树脂CYD-128、苯酚酚醛环氧树脂作为A组分，采用聚酰胺650、聚硫橡胶、胺类固化剂、偶联剂作为B组分。专利CN101712858A公开了一种双组份桥面防水粘结材料的制备方法，采用胺类固化剂溶于沥青作为A组分，采用环氧树脂和双酚作为B组分，撒布于桥面形成固化的层，作为防锈防水。但是作为热固型树脂类防水粘结层，存在的主要问题是其为脆性材料，常温下呈固态，强度高，但延伸性不好，柔性很差，因此极易在荷载反复作用及温度应力的反复作用下发生疲劳破坏；且施工条件要求苛刻，通常与环氧富锌漆联合使用，富锌漆作为防腐层，环氧沥青作为防水粘结层，其施工过程中不能有明水存在，否则极易破坏其防水效果，并且环氧沥青作为防水粘结层若损坏后，修补极其困难，目前还没有成熟的修补技术。热熔型改性沥青作为一种粘弹性材料，与热固型树脂类防水材料相比具有较好的柔韧性和疲劳性能。在美国及加拿大，水泥砼桥桥面铺装防水粘结层以热铺橡胶沥青防水膜为主，这种材料具有优异的疲劳性能，但作为大型钢箱桥面的防水粘结层，其高温稳定性还不足，尤其在夏季高温季节，钢箱桥面的温度可达到80℃左右，若单独采用橡胶沥青作为防水膜，防水膜极易软化形成滑动层，使铺装层出现车辙、推移等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种橡塑化防水粘结改性沥青胶及其制备方法，用于大跨径钢箱桥梁的防水粘结材料。采用本发明所述的改性沥青胶，可以实现对桥面防水、防腐，起保护作用，并承接铺装层，起粘结作用。

本发明提供的橡塑化防水粘结改性沥青胶，按重量份数计，其原料组成为：废轮胎胶粉10-20份；热塑性树脂5-10份；热塑性弹性体1-5份；辛烯-乙烯共聚物2-10份；萜烯树脂2-10份；塔尔油羧酸多胺5-15份；丁苯橡胶2-5份；石油沥青20-70份。

上述原料均为市购。

石油沥青可采用常用的AH-70或AH-90。

其中，废旧轮胎胶粉是将废旧轮胎粉中的子午线钢丝以及纤维去除后常温粉碎获得的。上述废轮胎胶粉在提高沥青低温柔性、改善沥青抗疲劳特性方面具有优异的效果，胶粉中的炭黑及少量的氧化镁、氧化铁和氧化钙使其具有良好的抗老化和耐磨性；但其对沥青的高温稳定性贡献较小，单独使用不能赋予沥青明显的强度，无法适用钢桥面苛刻的高温环境。废旧轮胎胶粉用量过大，其在沥青中不能充分溶胀，使改性沥青的粘度过大，影响沥青的施工和易性；用量过小，不具有明显的改性效果，对沥青的低温柔性及抗疲劳特性改善不明显，因此需要控制其用量在10-20份。

所述的热塑性树脂为聚乙烯或聚丙烯或其混合物。聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）的混合物具有加热软化、冷却硬化的性质，其在改善沥青强度、提高沥青在高温状态下的粘度和抗流动变形能力、增加沥青在高温条件下强度方面具有一定的效果，但影响沥青的抗老化及低温性能；从相容性角度分析，相对于PP，PE在沥青的相容性相对较差，因此发明人经过长期摸索实验发现聚乙烯和聚丙烯两者的质量比为1：1-2时，可以取得较好的效果。

所述的热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物（SBS）或苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物（SIS）或其混合物。SBS的分子结构呈条形，可以在沥青中形成三维网状结构，改善沥青的高低温性能；SIS相比SBS，对改善沥青的高温弹性模量方面具有更优的效果，其量太少，不具有明显的改善效果；太多，影响SBS在沥青中形成稳固的三维网状结构，因此SBS与SIS的混合比例为1-3:1可以达到最佳效果。另外SIS 对波纹密封性和高温保持力较好，因此作为沥青改性剂可明显提高其与固体材料的粘附性。另外，这两种材料与PP和PE混合后，可以综合提高其抗老化性质。

上述辛烯-乙烯共聚物与石油沥青交联，可以提高石油沥青的耐热温度，使其具有更高的高温强度，减少石油沥青材料的永久变形，降低沥青针入度值，提高沥青的内聚力，改善沥青的抗拉伸轻度、撕裂强度；但其用量也应控制适当，用量过大会降低其在沥青中的分散度，容易造成沥青的离析。

上述萜烯树脂可以改善热熔胶粘剂的渗水现象，增加其对水的密封性；当其与SIS复合时具有良好的增粘效果。

上述塔尔油羧酸多胺可以增加沥青胶对钢板的润湿特性，作为表面活性剂，降低界面张力，增加沥青胶的粘附特性；塔尔油羧酸多胺作为界面活性剂，其与萜烯树脂、辛烯-乙烯共聚物等高聚物复合时会使沥青胶具有耐水而不怕水的特性。

上述丁苯橡胶在提高沥青胶低温柔性方面具有一定贡献。

发明人通过长期试验摸索发现，所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶，按重量份数计，当期原料组成为：废轮胎胶粉13份；热塑性树脂7份；热塑性弹性体3份；辛烯-乙烯共聚物3.5份；萜烯树脂3份；塔尔油羧酸多胺3.5份；丁苯橡胶3份；石油沥青64份时，效果最优。

本发明还提供了所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶的制备方法，其具体步骤为：

（1）将石油沥青加热至流动状态，并按比例加入塔尔油羧酸多胺、废轮胎胶粉、热塑性树脂、热塑性弹性体、辛烯-乙烯共聚物、萜烯树脂、丁苯橡胶；

（2）将上述混合物研磨、剪切至混合均匀，得产品。

为了确保上述高分子聚合物能充分混合均匀并熔合，本发明研磨剪切温度为190-200℃，剪切时间为1-2h。

将上述制得的热熔状态的沥青胶浇涂带有明水的钢板，沥青胶迅速固化，牢固粘结，说明本发明对施工过程中桥面的干燥度要求不是很苛刻。

将180-200℃的沥青胶直接涂抹至钢板上，三分钟内固化，将涂抹试件置于70℃烘箱中，垂直放置3小时不流淌，说明本发明固化时间短，在高温下具有较好的粘附性。

综上所述，本发明所制得的橡塑化防水粘结改性沥青胶为大跨径钢箱桥梁的防水粘结层提供了一种耐水而不怕水，即使有明水仍能与钢桥面牢固粘结，耐久、高强、高粘附的热熔型防水粘结材料，具有良好的变形追随能力，适用于钢箱桥梁沥青混合料铺装防水粘结层和过渡层施工，对桥面防水、防腐，起保护作用，并承接铺装层，起粘结作用。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施方案及实验数据进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实例方案。

实施例1

一种橡塑化防水粘结改性沥青胶，按重量份计，其原料组成为：废轮胎胶粉10份；热塑性树脂5份；热塑性弹性体1份；辛烯-乙烯共聚物5份；萜烯树脂4份；塔尔油羧酸多胺5份；丁苯橡胶3份；石油沥青20份。

所述的热塑性树脂为聚乙烯。

所述的热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物。

所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶其的具体制备步骤为：

（2）将上述混合物于190℃研磨至均匀没有颗粒、剪切至2h，得产品。

实施例2

一种橡塑化防水粘结改性沥青胶，按重量份计，其原料组成为：废轮胎胶粉15份；热塑性树脂7份；热塑性弹性体5份；辛烯-乙烯共聚物10份；萜烯树脂10份；塔尔油羧酸多胺15份；丁苯橡胶5份；石油沥青70份。

所述的热塑性树脂为聚丙烯。

所述的热塑性弹性体为苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物。

所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶其的具体制备步骤为：

（2）将上述混合物于200℃研磨至均匀没有颗粒、剪切至1h，得产品。

实施例3

一种橡塑化防水粘结改性沥青胶，按重量份计，其原料组成为：废轮胎胶粉20份；热塑性树脂10份；热塑性弹性体2份；辛烯-乙烯共聚物6份；萜烯树脂6份；塔尔油羧酸多胺10份；丁苯橡胶4份；石油沥青45份。

所述的热塑性树脂为聚乙烯和聚丙烯混合物，其中，聚乙烯和聚丙烯的质量比为1:1。

所述的热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物和苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物组成的混合物，其中，苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物与苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物的质量比为1:1。

所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶其的具体制备步骤为：

（2）将上述混合物于196℃研磨至均匀没有颗粒、剪切至1h，得产品。

实施例4

一种橡塑化防水粘结改性沥青胶，按重量份计，其原料组成为：废轮胎胶粉17份；热塑性树脂9份；热塑性弹性体3份；辛烯-乙烯共聚物2份；萜烯树脂2份；塔尔油羧酸多胺8份；丁苯橡胶5份；石油沥青30份。

所述的热塑性树脂为聚乙烯和聚丙烯混合物，其中，聚乙烯和聚丙烯的质量比为1: 2。

所述的热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物和苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物组成的混合物，其中，苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物与苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物的质量比为2:1。

所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶其的具体制备步骤为：

（2）将上述混合物于194℃研磨至均匀没有颗粒、剪切至2h，得产品。

实施例5

一种橡塑化防水粘结改性沥青胶，按重量份计，其原料组成为：废轮胎胶粉12份；热塑性树脂6份；热塑性弹性体4份；辛烯-乙烯共聚物8份；萜烯树脂8份；塔尔油羧酸多胺12份；丁苯橡胶2份；石油沥青60份。

所述的热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物和苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物组成的混合物，其中，苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物与苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物的质量比为3:1。

所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶其的具体制备步骤为：

实施例6

一种橡塑化防水粘结改性沥青胶，按重量份计，其原料组成为：废轮胎胶粉13份；热塑性树脂7份；热塑性弹性体3份；辛烯-乙烯共聚物3.5份；萜烯树脂3份；塔尔油羧酸多胺3.5份；丁苯橡胶3份；石油沥青64份。

所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶其的具体制备步骤为：

实施例7

本发明实施例3所制得的橡塑化防水粘结改性沥青胶在济南黄河三桥钢桥面修补中应用：

1、钢桥面的预处理

首先将钢桥面喷砂除锈，清洁度达到Sa2.5级，粗糙度50-100μm，刷环氧富锌漆二道，风干后喷涂橡塑化防水粘结改性沥青胶。

2、橡塑化防水粘结改性沥青胶的施工方案

（1）、橡塑化防水粘结改性沥青胶粘结层洒布应采用专用、剂量控制精准、加热、保温和搅拌效果理想的洒布设备。施工前对洒布设备应仔细清理，将储油罐内的残油清除干净。相关施工机械也要进行严格清理，严禁将污染物带上施工断面；检查喷嘴是否堵塞、洒布量是否准确。

（2）、粘结层的洒布温度控制在190-200℃。

（3）、粘结层洒布量控制在1.5-2.5kg/m²。在起始和终止位置铺设沥青毡，以便准确进行横向连接，洒布车经过后及时取走沥青毡。

（4）、在与桥头伸缩缝混凝土和未开挖环氧沥青混凝土材料连接立面，同样喷洒粘结层材料。

（5）、洒布粘结层材料时，应安排专人负责封闭交通，不可有人车通过洒布区域，防止破坏粘结层，破坏整体作用效果。

实施例8

采用本发明实施例6制得的沥青胶进行室内试验，其各项性能指标如表1所示：

表1 橡塑化防水粘结改性沥青胶性能指标

由表1可以看出：

（1）本发明所述的沥青胶具有优异的高温60℃、低温-10℃拉伸强度以及高低温剪切强度，说明其与金属桥面具有优异的粘结能力及抗剪切能力；

（2）本发明所述的沥青胶的拉断延伸率在25℃时达到855%，15℃时达到1050%，说明其具有良好的变形追随能力；

（3）在25℃时，本发明所述的沥青胶的针入度较小，软化点较大，说明其具有良好的强度和抗高温变形能力。

Claims

1.一种橡塑化防水粘结改性沥青胶，其特征在于：按重量份计，其原料组成为：废轮胎胶粉10-20份；热塑性树脂5-10份；热塑性弹性体1-5份；辛烯-乙烯共聚物2-10份；萜烯树脂2-10份；塔尔油羧酸多胺5-15份；丁苯橡胶2-5份；石油沥青20-70份。

2.根据权利要求1所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶，其特征在于：按重量份计，其原料组成为：废轮胎胶粉13份；热塑性树脂7份；热塑性弹性体3份；辛烯-乙烯共聚物3.5份；萜烯树脂3份；塔尔油羧酸多胺3.5份；丁苯橡胶3份；石油沥青64份。

3.根据权利要求1或2所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶，其特征在于：所述的热塑性树脂为聚乙烯或聚丙烯或其混合物。

4.根据权利要求3所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶，其特征在于：聚乙烯和聚丙烯混合物中，聚乙烯和聚丙烯的质量比为1:1-2。

5.根据权利要求1或2所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶，其特征在于：所述的热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物或苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物或其混合物。

6.根据权利要求5所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶，其特征在于：苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物和苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物组成的混合物中，苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物与苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物的质量比为1-3:1。

7.制备如权利要求1所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶的方法，其特征在于：其具体步骤为：

（2）将上述混合物研磨、剪切至混合均匀，得产品。

8.根据权利要求7所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中温度为190-200℃。

9.根据权利要求8所述的橡塑化防水粘结改性沥青胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中剪切时间为1-2h。