CN115010410A - 一种改性环氧树脂混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及道路建筑材料领域，公开了一种改性环氧树脂混凝土及其制备方法，包括A、B两组分，A、B两组分的重量比为80~120：700~2100，A组分选自（1）聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂、（2）聚氨酯/超支化树脂/低分子环氧化合物复合改性环氧树脂，B组分为复配固化剂‑偶联剂/石料‑炭黑的混合物。改性环氧树脂混凝土具有高低温性能和防水性能好、界面粘结能力和协同变形能力优异、耐久性好等优点。

Description

一种改性环氧树脂混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路建筑材料领域，具体为一种改性环氧树脂混凝土及其制备方法。
背景技术
鼓包、坑槽是环氧沥青混凝土钢桥面铺装常见的病害，挖补面积小、长距离运输、零散施工、修复难度较大。通常采用沥青冷补料、环氧沥青混合料等材料修补。考虑到环氧沥青混凝土特殊的材料性质，沥青冷补料难以与其形成有效粘结，耐久性较差；环氧沥青混合料需要拌和站生产，施工需要碾压，后期还需养护时间，不适合小面积修补；普通树脂混凝土耐久性不足，与铺装层的整体性较差，在运营一段时间后易出现二次病害。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性环氧树脂混凝土及其制备方法，以解决环氧沥青混凝土钢桥面铺装修补处易发生二次病害，耐久性差等问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种改性环氧树脂混凝土，其特征在于：
包括A、B两组分，A、B两组分的重量比为80～120：700～2100，A组选自(1)聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂、(2)聚氨酯/超支化树脂/低分子环氧化合物复合改性环氧树脂，B组分为复配固化剂-偶联剂/石料的混合物。
进一步的，所述聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂通过多元醇、二异氰酸酯、有机锡催化剂、液体环氧树脂和超支化树脂的混合物制得；所述聚氨酯/超支化树脂/低分子环氧化合物复合改性环氧树脂通过多元醇、二异氰酸酯、有机锡催化剂、液体环氧树脂、超支化树脂和低分子环氧化合物的混合物制得。
优选的，所述液体环氧树脂采用双酚A型环氧树脂。
优选的，为了提升材料与界面的粘结强度，所述超支化树脂采用超支化环氧树脂。
在不影响材料其他性能的基础上，为了进一步提升聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂的柔韧性和流动性，所述低分子环氧化合物采用聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚中的至少一种。
进一步的，所述复配固化剂-偶联剂/石料的混合物通过石料、硅烷偶联剂、复配固化剂共混制得。
为了改善石料和复配固化剂的界面作用，所述硅烷偶联剂采用KH-540、KH-560、KH-792、KH-902、KH-151中的至少一种。
为了使修补处混凝土和原有混凝土的整体性更好，所述石料包括粗集料、细集料及矿粉，级配为环氧沥青混凝土专用级配EA10，公称最大粒径为9.5mm。
为了调控改性环氧树脂混凝土的反应时间和养护时间，所述复配固化剂由长碳链增韧固化剂和快速固化剂组成。
优选的，所述长碳链增韧固化剂采用腰果酚改性胺固化剂。
进一步的，快速固化剂采用593固化剂、T31固化剂、NX-2040固化剂、聚硫醇固化剂中的至少一种，可实现材料的快速固化。
为了使修补处路面颜色与原路面更接近，B组分中还包括炭黑。
一种改性环氧树脂混凝土的制备方法如下：
(1)分别将多元醇、液体环氧树脂、超支化树脂和/或低分子环氧化合物脱水处理；
(2)在氮气保护下，将多元醇和二异氰酸酯在70～90℃搅拌反应2～3h后得到聚氨酯预聚体，继续加入液体环氧树脂和超支化树脂的混合物，并滴加2～3滴有机锡催化剂，70～90℃继续反应2～4h，真空脱水后，制得聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂，和/或继续加入低分子环氧化合物，混合均匀，得到A组分；
(3)将石料放置于105～115℃烘箱2～4h，去除水分，然后冷却至室温；
(4)室温下将石料、硅烷偶联剂和复配固化剂混合，搅拌直至均匀，得到B组分；
(5)室温下将A组分和B组分倒入搅拌锅中搅拌均匀，得到改性环氧树脂混凝土。
有益效果：
(1)本发明的改性环氧树脂混凝土，可在施工现场人工拌制，操作简单、便捷，无需加热，低碳环保；改性环氧树脂混凝土采用改性环氧树脂作为胶结料和环氧沥青混凝土EA10级配，可使修补处混凝土的性能和原有混凝土的性能更为接近，铺装层的整体性更好；超支化树脂能提高修复材料与修复界面的粘结强度，修补料和原有铺装层就不容易失粘而发生脱层，避免二次病害；同时，较高的胶料比可保证混凝土自密实，低空隙率，并显著提升混凝土的防水性能，水就不容易进入混合料内部及钢板界面，进而提升耐久性。
(2)通过聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂及低分子环氧化合物，并选用长碳链的腰果酚改性胺固化剂，在聚氨酯、超支化树脂及低分子环氧化合物协同增韧作用下，可显著提升环氧树脂材料的柔韧性，进一步提升混凝土的低温抗开裂性能和随从变形能力，防止修补处二次开裂，提升铺装层的服役寿命。硅烷偶联剂可在石料和固化剂的界面层形成化学键，进一步提高材料的整体性及界面粘结性能。
(3)通过固化剂复配技术，调控改性环氧树脂混凝土的施工可操作时间和养护时间。常温下，改性环氧树脂混凝土的施工可操作时间10～50min，养护时间90～200min即可快速开放交通，既保证了修补工作的顺利进行，也不会对交通出行造成较大影响。
说明书附图
图1为环氧沥青混凝土EA10级配下限、中值和上限的参数对比图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。
一种改性环氧树脂混凝土，包括A、B两组分，A、B两组分的重量比为80～120：700～2100，A组分选自(1)聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂、(2)聚氨酯/超支化树脂/低分子环氧化合物复合改性环氧树脂，B组分为复配固化剂-偶联剂/石料-炭黑的混合物。
所述聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂通过多元醇、二异氰酸酯、有机锡催化剂、液体环氧树脂和超支化树脂的混合物制得；所述聚氨酯/超支化树脂/低分子环氧化合物复合改性环氧树脂通过多元醇、二异氰酸酯、有机锡催化剂、液体环氧树脂、超支化树脂和低分子环氧化合物的混合物制得；所述复配固化剂-偶联剂/石料-炭黑的混合物通过石料、硅烷偶联剂、复配固化剂和炭黑共混制得。
所述多元醇采用聚醚二醇、聚醚三醇、己二酸系聚酯二醇、聚己内酯多元醇及生物基多元醇中的至少一种；所述二异氰酸酯采用甲苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯及二甲基联苯二异氰酸酯中的至少一种；所述粗细集料为玄武岩、辉绿岩、石灰岩和凝灰岩中的至少一种；所述矿粉为石灰岩矿粉。
实施例1
改性环氧树脂混凝土制备工艺如下：
(1)分别将聚醚二醇、双酚A型环氧树脂E44、超支化环氧树脂HyPer E101和聚乙二醇二缩水甘油醚真空脱水；
(2)氮气保护下，在三口瓶中加入7份聚醚二醇，加入3份甲苯二异氰酸酯，80℃搅拌反应2h后，再加入50份双酚A型环氧树脂E44和8份超支化环氧树脂HyPer E101的混合物，并滴加2滴有机锡催化剂，80℃继续反应3h，真空脱水后，制得聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂，继续加入10份聚乙二醇二缩水甘油醚，混合均匀，得到A组分；
(3)将玄武岩粗集料、玄武岩细集料和石灰岩矿粉放置于115℃烘箱2h，去除水分，然后冷却至室温，然后按表1所述的EA10级配中值配制石料。
表1 EA10级配中值
Figure BDA0003709891170000041
(4)室温下将124份石料和1.4份炭黑倒入搅拌锅中搅拌1min，然后加入0.5份硅烷偶联剂KH-540、2份腰果酚改性胺固化剂及2.1份593固化剂，继续搅拌直至均匀，得到B组分；
(5)室温下将A组分与B组分的以100：1300的比例倒入搅拌锅中搅拌均匀，得到改性环氧树脂混凝土。
实施例2
改性环氧树脂混凝土制备工艺如下：
(1)分别将聚醚三醇、双酚A型环氧树脂E51、超支化环氧树脂HyPer E103和聚丙二醇二缩水甘油醚真空脱水；
(2)氮气保护下，在三口瓶中加入10份聚醚三醇，加入8份异佛尔酮二异氰酸酯，80℃搅拌反应2h后，再加入60份双酚A型环氧树脂E51和15份超支化环氧树脂HyPer E103的混合物，并滴加3滴有机锡催化剂，80℃继续反应3h，真空脱水后，制得聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂，继续加入10份聚丙二醇二缩水甘油醚，混合均匀，得到A组分；
(3)将辉绿岩粗集料、辉绿岩细集料和石灰岩矿粉放置于110℃烘箱3h，去除水分，然后冷却至室温，然后按表2所述的EA10级配上限配制石料。
表2 EA10级配上限
Figure BDA0003709891170000042
(4)室温下将90份石料和1.3份炭黑倒入搅拌锅中搅拌2min，然后加入0.4份硅烷偶联剂KH-560、1.9份腰果酚改性胺固化剂及1.4份T31固化剂，继续搅拌直至均匀，得到B组分；
(5)室温下将A组分与B组分的以90：950的比例倒入搅拌锅中搅拌均匀，得到改性环氧树脂混凝土。
实施例3
改性环氧树脂混凝土制备工艺如下：
(1)分别将己二酸系聚酯二醇、双酚A型环氧树脂E51、双酚A型环氧树脂E44、超支化环氧树脂HyPer E201和1,4-丁二醇二缩水甘油醚真空脱水；
(2)氮气保护下，在三口瓶中加入8份己二酸系聚酯二醇，加入4份对苯二异氰酸酯，80℃搅拌反应2h后，再加入60份双酚A型环氧树脂E51、20份双酚A型环氧树脂E44混合物和10份超支化环氧树脂HyPer E201的混合物，并滴加2滴有机锡催化剂，80℃继续反应3h，真空脱水后，制得聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂，继续加入8份1,4-丁二醇二缩水甘油醚，混合均匀，得到A组分；
(3)将石灰岩粗集料、石灰岩细集料和石灰岩矿粉放置于105℃烘箱4h，去除水分，然后冷却至室温，然后按表3所述的EA10级配下限配制石料；
表3 EA10级配下限
Figure BDA0003709891170000051
(4)室温下将85份石料和1.7份炭黑倒入搅拌锅中搅拌3min，然后加入0.4份硅烷偶联剂KH-902、1.4份腰果酚改性胺固化剂及1.4份NX-2040固化剂，继续搅拌直至均匀，得到B组分；
(5)室温下将A组分与B组分的以110：1800的比例倒入搅拌锅中搅拌均匀，得到改性环氧树脂混凝土。
实施例4
改性环氧树脂混凝土制备工艺如下：
(1)分别将己二酸系聚酯二醇、双酚A型环氧树脂E51、双酚A型环氧树脂E44和超支化环氧树脂HyPer E201真空脱水；
(2)氮气保护下，在三口瓶中加入8份己二酸系聚酯二醇，加入4份对苯二异氰酸酯，80℃搅拌反应2h后，再加入60份双酚A型环氧树脂E51、20份双酚A型环氧树脂E44混合物和10份超支化环氧树脂HyPer E201的混合物，并滴加2滴有机锡催化剂，80℃继续反应3h，真空脱水后，制得聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂，得到A组分；
(3)将石灰岩粗集料、石灰岩细集料和石灰岩矿粉放置于105℃烘箱4h，去除水分，然后冷却至室温，然后按表4所述的EA10级配下限配制石料；
表4 EA10级配下限
Figure BDA0003709891170000052
Figure BDA0003709891170000061
(4)室温下将85份石料和1.7份炭黑倒入搅拌锅中搅拌3min，然后加入0.4份硅烷偶联剂KH-902、1.4份腰果酚改性胺固化剂及1.4份NX-2040固化剂，继续搅拌直至均匀，得到B组分；
(5)室温下将A组分与B组分的以110：1800的比例倒入搅拌锅中搅拌均匀，得到改性环氧树脂混凝土。
参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)和《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》(JTG/T3364-02-2019)测试实施例1-4制备得到的改性环氧树脂混凝土的性能，测试结果如表5所示。
表5实施例1-4的测试结果
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
空隙率，％ ≤1 ≤1 ≤1 ≤1
马歇尔稳定度(60℃)，kN ≥80 ≥80 ≥80 ≥80
与修复基面粘结强度(25℃)，MPa 3.8 3.9 3.6 3.5
动稳定度(70℃)，次/mm ≥40000 ≥40000 ≥40000 ≥40000
破坏应变(-10℃)，μm 5762 5917 5523 5317
残留稳定度(25℃)，％ 95.5 95.1 94.3 94.0
五点弯曲疲劳次数(标载)，万次 ≥200 ≥200 ≥200 ≥200
上述数据中，低空隙率，并显著提升改性环氧树脂混凝土的防水性能，水就不容易进入混合料内部及钢板界面；破坏应变高，意味着材料的低温性能好，低温下不容易发生开裂病害；与修复基面粘结强度均≥3.5MPa，相比于现有技术中，如中国发明专利一种路面修复方法，公开号为CN113668324A，界面粘结强度≥2.5MPa，本方案的粘结强度远远大于现有技术的粘结强度；五点弯曲疲劳次数是可以直接反应疲劳耐久性能，次数越高，说明修补料与钢板的整体协同变形能力强，不容易发生疲劳破坏，现有技术中对修补材料未要求检测此数据。综上所述，改性环氧树脂混凝土具有优异的路用性能，不易出现二次病害，可以提升修复路面的使用寿命。

Claims (10)

1.一种改性环氧树脂混凝土，其特征在于：包括A、B两组分，A、B两组分的重量比为80~120：700~2100，A组分选自（1）聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂、（2）聚氨酯/超支化树脂/低分子环氧化合物复合改性环氧树脂，B组分为复配固化剂-偶联剂/石料的混合物。
2.根据权利要求1所述的改性环氧树脂混凝土，其特征在于：所述聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂通过多元醇、二异氰酸酯、有机锡催化剂、液体环氧树脂和超支化树脂的混合物制得；所述聚氨酯/超支化树脂/低分子环氧化合物复合改性环氧树脂通过多元醇、二异氰酸酯、有机锡催化剂、液体环氧树脂、超支化树脂和低分子环氧化合物的混合物制得；所述复配固化剂-偶联剂/石料的混合物通过石料、硅烷偶联剂、复配固化剂共混制得。
3.根据权利要求2所述的改性环氧树脂混凝土，其特征在于：所述超支化树脂采用超支化环氧树脂。
4.根据权利要求2或3所述的改性环氧树脂混凝土，其特征在于：所述低分子环氧化合物采用聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚中的至少一种。
5.根据权利要求2-4中任一所述的改性环氧树脂混凝土，其特征在于：所述复配固化剂由长碳链增韧固化剂和快速固化剂组成。
6.根据权利要求5所述的改性环氧树脂混凝土，其特征在于：所述长碳链增韧固化剂采用腰果酚改性胺固化剂。
7.根据权利要求述5或6的改性环氧树脂混凝土，其特征在于：所述快速固化剂采用593固化剂、T31固化剂、NX-2040固化剂、聚硫醇固化剂中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的改性环氧树脂混凝土，其特征在于：所述石料包括粗集料、细集料及矿粉，级配为环氧沥青混凝土专用级配EA10，公称最大粒径为9.5mm。
9.根据权利要求8所述的改性环氧树脂混凝土，其特征在于：B组分中还包括炭黑。
10.根据权利要求2-9中任一所述的改性环氧树脂混凝土的制备方法，其特征在于：
（1）分别将多元醇、液体环氧树脂、超支化树脂和/或低分子环氧化合物脱水处理；
（2）在氮气保护下，将多元醇和二异氰酸酯在70~90℃搅拌反应2~3h后得到聚氨酯预聚体，继续加入液体环氧树脂和超支化树脂的混合物，并滴加2~3滴有机锡催化剂，70~90℃继续反应2~4h，真空脱水后，制得聚氨酯/超支化树脂复合改性环氧树脂，和/或继续加入低分子环氧化合物，混合均匀，得到A组分；
（3）将石料放置于105~115℃烘箱2~4h，去除水分，然后冷却至室温；
（4）室温下将石料、硅烷偶联剂和复配固化剂搅拌直至均匀，得到B组分；
（5）室温下将A组分和B组分倒入搅拌锅中搅拌均匀，得到改性环氧树脂混凝土。
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