CN107285674A - 一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，其原料组分及各组分的质量份如下：水泥：100~200份、环氧沥青：35~75份、液体膨胀剂：10~25份、集料：240~480份、水：150~300份。本发明通过对环氧沥青进行增韧改性，提高了环氧沥青交联体的韧性，降低了其热固特性，并利用硅微粉填充了环氧沥青交联体中的空隙，减小的低温对混凝土体积收缩的影响，同时掺入液体膨胀剂，增强了混凝土体积膨胀，减小混凝土体积收缩的特点，对提高混凝土抗裂抗渗性能具有显著效果，此外与现有技术中采用的粉状膨胀剂相比，提高了计量称取的准确性和混合的均匀性，同时避免了粉状膨胀剂造成的粉尘污染，对环境友好。

Description

一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土及其制备方法，属于混凝土领域。
背景技术
环氧沥青是指在沥青中加入环氧树脂及固化剂等形成的多相聚合物高分子材料，经与固化剂发生固化反应后，沥青分子分散于环氧树脂形成的网状结构中，形成不可逆的固化物，因此热固性的环氧树脂固化后再加压加热也不会再度软化或流动，从而赋予沥青以优良的物理、力学性能，与其他热塑性改性沥青相比具有更好的高温稳定性。但当温度下降到一定程度时，环氧沥青材料会***脆进而开裂，而一旦出现裂纹，由于热固性环氧沥青不能像其它改性沥青一样升温自愈合，从而会在各种载荷、水、雾等的作用下加速破坏，形成更大面积的病害，难以满足实际工程应用中钢桥面铺装对混合料性能的要求。
混凝土材料在水化硬化过程中强度增长并伴随着体积收缩，收缩变形引起混凝土内部出现裂缝，从而影响混凝土的受力性能和耐久性。随着高性能混凝土的广泛应用，在混凝土中掺入适量膨胀剂可防止或减少混凝土裂缝产生。该膨胀剂主要用于地下防水、大结构、大体积混凝土等工程中在地铁、高铁、仓库、隧道、搅拌站等建筑时应用广泛。
发明内容
目的：本发明提供了一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土及其制备方法，通过在混凝土中掺入液体膨胀剂补偿混凝土的收缩，同时通过对环氧沥青进行增韧改性，提高了环氧沥青交联体的韧性，降低了其热固特性，并利用硅微粉填充了环氧沥青交联体中的空隙，减小的低温对混凝土体积收缩的影响。
本发明的技术方案如下：
一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，其原料组分及各组分的质量份如下：水泥：100～200份、环氧沥青：35～75份、液体膨胀剂：10～25份、集料： 240～480份、水：150～300份；其中，
所述环氧沥青包括：环氧树脂、基质沥青、增韧剂、相容剂、稀释剂、固化剂和填料，其中，环氧树脂和基质沥青的用量之比，按质量计为环氧树脂：基质沥青＝1：4～8；所述增韧剂的用量，按质量计为环氧树脂的5％～25％；所述相容剂的用量，按质量计为环氧树脂的2％～16％，所述稀释剂的用量，按质量计为环氧树脂的5％～20％，所述固化剂的用量，按质量计为环氧树脂的 0.3％～1.5％、填料的用量，按质量计为环氧树脂的7％～12％；
所述液体膨胀剂包括：膨胀组分、减缩组分、保坍组分、增粘组分、缓凝组分和水，其中，各组分的质量份为：膨胀组分：20～55份、减缩组分：30～120 份、保坍组分：10～70、增粘组分：15～20、缓凝组分：4～8份、水：800～950份；
所述集料包括粗骨料、细集料和粉煤灰，其中，各组分的用量比，按质量计为粗骨料：细集料：粉煤灰＝20～40：12～32:4～9。
优选地，所述环氧树脂为环氧化线型酚醛树脂、间苯二酚双缩水甘油醚型环氧树脂和双酚A型环氧树脂中的一种或多种混合物。
优选地，所述基质沥青经沥青研磨机研磨至3mm～13mm使用。
优选地，所述相容剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠和α-磺基脂肪酸甲酯中的一种。
优选地，所述稀释剂为非反应型稀释剂，为无水乙醇、多元醇、醋酸乙酯和醋酸丁酯中的一种。
优选地，所述固化剂为多元胺、改性脂肪胺、含活性基因聚酰胺、酚醛树脂中的一种。
优选地，所述填料为硅微粉。
优选地，所述增韧剂为羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚砜和聚酰亚胺中的一种。
优选地，所述膨胀组分为氧化硅，所述减缩组分为减缩型聚羧酸减水剂、所述保坍组分为聚羧酸型保坍剂、所述增粘组分为苯乙烯共聚羧基化合物、所述缓凝组分为木质素磺酸盐及其衍生物、酒石酸钾、酒石酸钙、磷酸四纳、磷酸氢二钠、焦磷酸钠、烷基磷酸脂、乙二胺四乙酸二钠中的一种。
一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：制备环氧沥青
将经沥青研磨机研磨过后的基质沥青加热至95～140℃，并加入第一搅拌反应釜中，同时按比例加入增韧剂、相容剂、固化剂进行充分混合20～30分钟至混合均匀；将环氧树脂和稀释剂按比例加入第二搅拌反应釜中，升温至55～75℃进行搅拌，充分混合均匀后，将环氧树脂和稀释剂的混合物以及填料按比例加入第一搅拌反应釜中，在85～130℃的条件下持续搅拌保温45～80分钟，得到环氧沥青；
步骤二：制备液体膨胀剂
先按比例称取膨胀组分和缓凝组分，并将称取的膨胀组分和缓凝组分置于盛有按比例加入的水中，充分搅拌混合至完全溶解，溶解完全后，按比例称取减缩组分、保坍组分、增粘组分，常温下搅拌至完全混合；
步骤三：制备混凝土
将水泥、步骤一制备的环氧沥青、步骤二制备的液体膨胀剂、集料和水按比例混合在105℃～145℃条件下，搅拌均匀，制得高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土。
有益效果：本发明提供一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，通过对环氧沥青进行增韧改性，提高了环氧沥青交联体的韧性，降低了其热固特性，并利用硅微粉填充了环氧沥青交联体中的空隙，减小的低温对混凝土体积收缩的影响，同时掺入液体膨胀剂，增强了混凝土体积膨胀，减小混凝土体积收缩的特点，对提高混凝土抗裂抗渗性能具有显著效果，此外与现有技术中采用的粉状膨胀剂相比，提高了计量称取的准确性和混合的均匀性，同时避免了粉状膨胀剂造成的粉尘污染，对环境友好。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，其原料组分及各组分的质量份如下：水泥：100～200份、环氧沥青：35～75份、液体膨胀剂：10～25 份、集料：240～480份、水：150～300份；其中，
所述环氧沥青包括：环氧树脂、基质沥青、增韧剂、相容剂、稀释剂、固化剂和填料，其中，环氧树脂和基质沥青的用量之比，按质量计为环氧树脂：基质沥青＝1：4～8；所述增韧剂的用量，按质量计为环氧树脂的 5％～25％；所述相容剂的用量，按质量计为环氧树脂的2％～16％，所述稀释剂的用量，按质量计为环氧树脂的5％～20％，所述固化剂的用量，按质量计为环氧树脂的0.3％～1.5％、填料的用量，按质量计为环氧树脂的7％～12％；
所述液体膨胀剂包括：膨胀组分、减缩组分、保坍组分、增粘组分、缓凝组分和水，其中，各组分的质量份为：膨胀组分：20～55份、减缩组分： 30～120份、保坍组分：10～70、增粘组分：15～20、缓凝组分：4～8份、水： 800～950份；
所述集料包括粗骨料、细集料和粉煤灰，其中，各组分的用量比，按质量计为粗骨料：细集料：粉煤灰＝20～40：12～32:4～9。
优选地，所述环氧树脂为环氧化线型酚醛树脂、间苯二酚双缩水甘油醚型环氧树脂和双酚A型环氧树脂中的一种或多种混合物。
优选地，所述基质沥青经沥青研磨机研磨至3mm～13mm使用。
优选地，所述相容剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠和α-磺基脂肪酸甲酯中的一种。
优选地，所述稀释剂为非反应型稀释剂，为无水乙醇、多元醇、醋酸乙酯和醋酸丁酯中的一种。
优选地，所述固化剂为多元胺、改性脂肪胺、含活性基因聚酰胺、酚醛树脂中的一种。
优选地，所述填料为硅微粉。
优选地，所述增韧剂为羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚砜和聚酰亚胺中的一种。
优选地，所述膨胀组分为氧化硅，所述减缩组分为减缩型聚羧酸减水剂、所述保坍组分为聚羧酸型保坍剂、所述增粘组分为苯乙烯共聚羧基化合物、所述缓凝组分为木质素磺酸盐及其衍生物、酒石酸钾、酒石酸钙、磷酸四纳、磷酸氢二钠、焦磷酸钠、烷基磷酸脂、乙二胺四乙酸二钠中的一种。
一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：制备环氧沥青
将经沥青研磨机研磨过后的基质沥青加热至95～140℃，并加入第一搅拌反应釜中，同时按比例加入增韧剂、相容剂、固化剂进行充分混合20～30 分钟至混合均匀；将环氧树脂和稀释剂按比例加入第二搅拌反应釜中，升温至55～75℃进行搅拌，充分混合均匀后，将环氧树脂和稀释剂的混合物以及填料按比例加入第一搅拌反应釜中，在85～130℃的条件下持续搅拌保温 45～80分钟，得到环氧沥青；
步骤二：制备液体膨胀剂
先按比例称取膨胀组分和缓凝组分，并将称取的膨胀组分和缓凝组分置于盛有按比例加入的水中，充分搅拌混合至完全溶解，溶解完全后，按比例称取减缩组分、保坍组分、增粘组分，常温下搅拌至完全混合；
步骤三：制备混凝土
将水泥、步骤一制备的环氧沥青、步骤二制备的液体膨胀剂、集料和水按比例混合在105℃～145℃条件下，搅拌均匀，制得高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土。
实施案例1
1)制备环氧沥青：将经沥青研磨机研磨过后的基质沥青(基质沥青(粒径3mm～6mm)：环氧树脂＝4:1，按质量计)加热至100℃，并加入第一搅拌反应釜中，同时按比例加入增韧剂(聚酰亚胺)、相容剂(十二烷基苯磺酸钠)、固化剂(增韧剂按质量计为环氧树脂的5％，相容剂按质量计为环氧树脂的2％、固化剂为多元胺，按质量计为环氧树脂的0.3％)进行充分混合20分钟至混合均匀；将环氧树脂(环氧化线型酚醛树脂)和稀释剂(无水乙醇)按比例加入第二搅拌反应釜中，升温至55℃进行搅拌，充分混合均匀后，将环氧树脂(基质沥青：环氧树脂＝4:1，按质量计)和稀释剂(稀释剂按质量计为环氧树脂的5％)的混合物以及填料(填料为硅微粉，按质量计为环氧树脂的7％)按比例加入第一搅拌反应釜中，在85℃的条件下持续搅拌保温45分钟，得到环氧沥青；
2)制备液体膨胀剂：先按比例称取氧化硅和木质素磺酸钠，并将称取的氧化硅和木质素磺酸钠置于盛有按比例加入的水中，充分搅拌混合至完全溶解，溶解完全后，按比例称取减缩型聚羧酸减水剂、聚羧酸型保坍剂、苯乙烯共聚羧基化合物，常温下搅拌至完全混合，其中(按质量计，氧化硅：木质素磺酸钠：水：减缩型聚羧酸减水剂：聚羧酸型保坍剂：苯乙烯共聚羧基化合物＝20:4:800:30:10:15)；
3)制备混凝土：将水泥、步骤一制备的环氧沥青、步骤二制备的液体膨胀剂、集料(粗骨料：细集料：粉煤灰＝20:12:4)和水按比例在105℃下混合(按质量计，水泥：环氧沥青：液体膨胀剂：集料：水＝100:35:10:240:150)，搅拌均匀，制得高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，记为成品1。
实施案例2
1)制备环氧沥青：将经沥青研磨机研磨过后的基质沥青(基质沥青(粒径3mm～6mm)：环氧树脂＝8:1，按质量计)加热至140℃，并加入第一搅拌反应釜中，同时按比例加入增韧剂(聚酰亚胺)、相容剂(十二烷基苯磺酸钠)、固化剂(增韧剂按质量计为环氧树脂的20％，相容剂按质量计为环氧树脂的16％、固化剂为多元胺，按质量计为环氧树脂的1.5％)进行充分混合30分钟至混合均匀；将环氧树脂(环氧化线型酚醛树脂)和稀释剂(无水乙醇)按比例加入第二搅拌反应釜中，升温至75℃进行搅拌，充分混合均匀后，将环氧树脂(基质沥青：环氧树脂＝8:1，按质量计)和稀释剂(稀释剂按质量计为环氧树脂的20％)的混合物以及填料(填料为硅微粉，按质量计为环氧树脂的12％)按比例加入第一搅拌反应釜中，在130℃的条件下持续搅拌保温80分钟，得到环氧沥青；
2)制备液体膨胀剂：先按比例称取氧化硅和木质素磺酸钠，并将称取的氧化硅和木质素磺酸钠置于盛有按比例加入的水中，充分搅拌混合至完全溶解，溶解完全后，按比例称取减缩型聚羧酸减水剂、聚羧酸型保坍剂、苯乙烯共聚羧基化合物，常温下搅拌至完全混合，其中(按质量计，氧化硅：木质素磺酸钠：水：减缩型聚羧酸减水剂：聚羧酸型保坍剂：苯乙烯共聚羧基化合物＝55:8:950:120:70:20)；
3)制备混凝土：将水泥、步骤一制备的环氧沥青、步骤二制备的液体膨胀剂、集料(粗骨料：细集料：粉煤灰＝40:32:9)和水按比例载145℃混合(按质量计，水泥：环氧沥青：液体膨胀剂：集料：水＝200:75:25:480:300)，搅拌均匀，制得高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，记为成品2。
实施案例3
1)制备环氧沥青：将经沥青研磨机研磨过后的基质沥青(基质沥青(粒径3mm～6mm)：环氧树脂＝6:1，按质量计)加热至120℃，并加入第一搅拌反应釜中，同时按比例加入增韧剂(聚酰亚胺)、相容剂(十二烷基苯磺酸钠)、固化剂(增韧剂按质量计为环氧树脂的20％，相容剂按质量计为环氧树脂的12％、固化剂为多元胺，按质量计为环氧树脂的1.2％)进行充分混合30分钟至混合均匀；将环氧树脂(环氧化线型酚醛树脂)和稀释剂(无水乙醇)按比例加入第二搅拌反应釜中，升温至65℃进行搅拌，充分混合均匀后，将环氧树脂(基质沥青：环氧树脂＝6:1，按质量计)和稀释剂(稀释剂按质量计为环氧树脂的20％)的混合物以及填料(填料为硅微粉，按质量计为环氧树脂的10％)按比例加入第一搅拌反应釜中，在110℃的条件下持续搅拌保温80分钟，得到环氧沥青；
2)制备液体膨胀剂：先按比例称取氧化硅和木质素磺酸钠，并将称取的氧化硅和木质素磺酸钠置于盛有按比例加入的水中，充分搅拌混合至完全溶解，溶解完全后，按比例称取减缩型聚羧酸减水剂、聚羧酸型保坍剂、苯乙烯共聚羧基化合物，常温下搅拌至完全混合，其中(按质量计，氧化硅：木质素磺酸钠：水：减缩型聚羧酸减水剂：聚羧酸型保坍剂：苯乙烯共聚羧基化合物＝36:7:900:95:55:17)；
3)制备混凝土：将水泥、步骤一制备的环氧沥青、步骤二制备的液体膨胀剂、集料(粗骨料：细集料：粉煤灰＝35:28:6)和水按比例在120℃混合(按质量计，水泥：环氧沥青：液体膨胀剂：集料：水＝150:60:20:380:250)，搅拌均匀，制得高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，记为成品3。
环氧沥青混凝土低温开裂试验：
将上述制得的成品1、2、3分别制成4x4x26cm3的试件1、2、3，并将试件1、 2和3夹装在置于高低温箱中的应力测试机上，试件的应力和位移通过应力传感器和位移传感器测试。试验时高低温箱以每小时20℃的速度降温,试件因降温收缩而产生位移,用传感器测出位移值，直至产生开裂，并记录下开裂温度，见表1为不同条件下制得的环氧沥青混凝土的开裂温度。
表1
样品 开裂时温度(℃) 开裂时应力(kg/cm3)
试件1 -39.59～-43.22 36.78～38.71
试件2 -42.33～-48.53 33.74～37.52
试件3 -55.78～-58.66 45.36～55.66
由上表可知，添加了液体膨胀剂，并对环氧沥青进行填料增韧处理过后的环氧沥青混凝土具有良好的抗裂性能，与传统的环氧沥青混凝土相比，在低温下表现出高耐寒性能，其中成品三(即实施例3)为本发明的优选方案。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，其特征在于，其原料组分及各组分的质量份如下：水泥：100~200份、环氧沥青：35~75份、液体膨胀剂：10~25份、集料：240~480份、水：150~300份；其中，
所述环氧沥青包括：环氧树脂、基质沥青、增韧剂、相容剂、稀释剂、固化剂和填料，其中，环氧树脂和基质沥青的用量之比，按质量计为环氧树脂：基质沥青=1：4~8；所述增韧剂的用量，按质量计为环氧树脂的5%~25%；所述相容剂的用量，按质量计为环氧树脂的2%~16%，所述稀释剂的用量，按质量计为环氧树脂的5%~20%，所述固化剂的用量，按质量计为环氧树脂的0.3%~1.5%、填料的用量，按质量计为环氧树脂的7%~12%；
所述液体膨胀剂包括：膨胀组分、减缩组分、保坍组分、增粘组分、缓凝组分和水，其中，各组分的质量份为：膨胀组分：20~55份、减缩组分：30~120份、保坍组分：10~70、增粘组分：15~20、缓凝组分：4~8份、水：800~950份；
所述集料包括粗骨料、细集料和粉煤灰，其中，各组分的用量比，按质量计为粗骨料：细集料：粉煤灰=20~40：12~32:4~9。
2.根据权利要求1所述的一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，其特征在于，所述环氧树脂为环氧化线型酚醛树脂、间苯二酚双缩水甘油醚型环氧树脂和双酚A型环氧树脂中的一种或多种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，其特征在于，所述基质沥青经沥青研磨机研磨至3mm~13mm使用。
4.根据权利要求1所述的一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，其特征在于，所述相容剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠和α-磺基脂肪酸甲酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，其特征在于，所述稀释剂为非反应型稀释剂，为无水乙醇、多元醇、醋酸乙酯和醋酸丁酯中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，其特征在于，所述固化剂为多元胺、改性脂肪胺、含活性基因聚酰胺、酚醛树脂中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，其特征在于，所述填料为硅微粉。
8.根据权利要求1所述的一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，其特征在于，所述增韧剂为羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚砜和聚酰亚胺中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土，其特征在于，所述膨胀组分为氧化硅，所述减缩组分为减缩型聚羧酸减水剂、所述保坍组分为聚羧酸型保坍剂、所述增粘组分为苯乙烯共聚羧基化合、所述缓凝组分为木质素磺酸盐及其衍生物、酒石酸钾、酒石酸钙、磷酸四纳、磷酸氢二钠、焦磷酸钠、烷基磷酸脂、乙二胺四乙酸二钠中的一种。
10.一种高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土的制备方法，其特征在于，
步骤一：制备环氧沥青
将经沥青研磨机研磨过后的基质沥青加热至100~140℃，并加入第一搅拌反应釜中，同时按比例加入增韧剂、相容剂、固化剂进行充分混合20~30分钟至混合均匀；将环氧树脂和稀释剂按比例加入第二搅拌反应釜中，升温至55~75℃进行搅拌，充分混合均匀后，将环氧树脂和稀释剂的混合物以及填料按比例加入第一搅拌反应釜中，在85~130℃的条件下持续搅拌保温45~80分钟，得到环氧沥青；
步骤二：制备液体膨胀剂
先按比例称取膨胀组分和缓凝组分，并将称取的膨胀组分和缓凝组分置于盛有按比例加入的水中，充分搅拌混合至完全溶解，溶解完全后，按比例称取减缩组分、保坍组分、增粘组分，常温下搅拌至完全混合；
步骤三：制备混凝土
将水泥、步骤一制备的环氧沥青、步骤二制备的液体膨胀剂、集料和水按比例混合在105℃~145℃条件下，搅拌均匀，制得高抗裂掺液体膨胀剂环氧沥青混凝土。
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