高速公路及道桥用环氧沥青材料及其制备方法 1技术领域
本发明涉及一种高速公路及道桥用环氧沥青材料及其制备方法，尤其是提供了一种采用环氧树脂及固化剂改性沥青制备高强度、高延展性以及耐疲劳的环氧沥青材料及其制备方法。
2背景技术
沥青既具有粘性又具有弹性，表现为它的流动性和抗流动性。高温下，粘性占主导地位，沥青易流动；低温下，弹性占主导地位，沥青表现出抗流动性，这些特性表现在用沥青铺设的路面，在夏天高温季节，重载荷作用下路面易出现车辙，在冬天寒冷季节，易出现温缩裂缝，尤其是现在正在各地建设的大跨度钢箱梁结构桥梁的铺装，对铺装材料的强度、变形稳定性和疲劳耐久性等提出了更高的要求，同时在使用性能上又提出了重量轻、高黏结性和不透水等特殊要求，作为桥梁车系的重要组成部分，桥面铺装的好坏直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁耐久性及投资经济效益。显然，如此高的性能要求是普通沥青所无法胜任的，必须使用改性沥青。
沥青改性的方法较多，大多数是采用聚合物改性的方法，以改变沥青的自然特性，即改善沥青的高温流变性能和低温缩裂性能。在CN1364823中给出了用有机接枝材料和/或交联组分生产橡胶改性沥青材料；CN1415663A中给出了用富芳贫蜡组分与热塑性橡胶制成富含聚合物的母体，用该母体与基础沥青制成分散均匀的沥青组合物，并且加入占沥青总量0.1-0.5％的复合添加剂，制成聚合物改性的道路沥青产品。USP5348994中给出了含有磺酸盐或磺酸基团的沥青、丁基橡胶、SBS和磺化的三元乙丙橡胶以及+1～+3价的阳离子中和剂来制备的改性沥青，铺设此种材料的路面具有改进地粘弹性，软化点升高，储存稳定性改善；USP64114056给出了用多磷酸和超磷酸处理的耦联组分来改性沥青获得高的使用温度；USP6399680给出了用总量0.02-3％硫酸、磷酸、冰醋酸和硝酸作促进剂，总量0.2-15％含有环氧基的共聚物改性的沥青组分；USP5574095给出了用含有环氧基团的共聚物和多胺改性的沥青组分；USP5604274给出了总量4-30％含有环氧基团的聚合物改性的沥青作A组分，B组分是用胺、酸酐、醇、羧酸和硫脲改性的沥青，A和B混合作为铺装材料，其中A组分80-95％，B组分5-20％，含有环氧基团的聚合物在沥青中形成连续相，由此得到具有热固性能的沥青；USP4162998中给出了用多胺和环氧树脂改性沥青的方法；USP5576363给出了用含有环氧基团的共聚物及羧酸等改性来制备双组分改性沥青材料的方法。总体而言，国内外都是用聚合物改性沥青的，国内主要通过填料和交联材料改性沥青，对提高沥青的使用温度和弹性是有帮助的，但是，就其相容性而言，恐怕不够好，韧性不足，延伸率较低，难以满足大跨度桥梁的铺装要求。另外，需要现场制作，由于现场条件的多变性及工人素质的差异，质量上的控制亦可能存在一定的困难；国外采用环氧树脂来改性沥青的专利亦较多，从趋势看，是用与沥青相容性较好的单体与含有环氧基团的单体共聚得到与沥青具有较好相容性的环氧树脂，同时对沥青改性和采用多胺类固化剂。本发明是基于一种全新设想而设计出的一种采用环氧树脂及其合适的固化剂改性沥青制备高强度、高延展性和超耐疲劳性能的环氧沥青材料组分及其制备方法。
3发明内容
本发明的思路基于将组分的相容性、拉伸强度、延伸率和耐疲劳性能分开来采用不同的组分担任，可充分满足对材料的性能要求，制备出具有高强度、高延伸率和超耐疲劳性能，可以用于大跨度桥梁及高速公路用的环氧沥青材料。
本发明的目的是提供一种采用环氧树脂及其固化剂改性沥青制备具有高强度、高延伸率和超耐疲劳性能环氧沥青材料的及其制备方法。
一种高速公路及道桥用的环氧沥青材料，其组成的质量组分为：
A部分： 沥青 50-80份
脂肪族二元酸或取代羧酸 10-25份
脂肪酸酐 1-20份
聚异丁烯丁二酸酐(分子量1100-5100) 2-15份
环氧树脂 0-30份
环氧树脂固化促进剂 0.1-1.0份
B部分： 环氧树脂
A部分与B部分的质量比例为2-8∶1。
上述的高速公路及道桥用的环氧沥青材料中，所述的脂肪族二元酸或取代羧酸是：乙二酸、丁二酸、丙二酸、己二酸、二聚酸或羧基封端的醇酸树脂。
上述的高速公路及道桥用的环氧沥青材料中，所述的脂肪族二元酸是一种，或两种，或两种以上的脂肪族二元酸的混合物。
上述的高速公路及道桥用的环氧沥青材料中，所述的脂肪酸酐是：十二烯基琥珀酸酐、桐油酸酐或脂肪族二元羧酸经分子间脱水反应缩合而成的聚二酸酐，
上述的高速公路及道桥用的环氧沥青材料中，所述的聚二酸酐是聚乙二酸酐、聚戊二酸酐、聚己二酸酐、聚壬二酸酐或聚癸二酸酐。
上述的高速公路及道桥用的环氧沥青材料中，所述的环氧树脂固化促进剂是脂肪族胺类。
上述的高速公路及道桥用的环氧沥青材料中，所述的环氧树脂是双酚A型的环氧树脂，或是烯烃单体与环氧基的单体共聚得到的共聚物，如：乙烯-苯乙烯-甲基丙烯酸环氧丙酯的共聚物。
一种上述的高速公路及道桥用的环氧沥青材料的制备方法，它由下列步骤组成：
步骤1.取A部分中沥青质量份数的20-100％和A部分中的其它组分一起加入到反应器中，升温至90-160℃，反应1-6h至环氧基全部反应，然后加入剩余的沥青，混合30-60min，再经过胶体磨高速分散得到A部分，
步骤2.在使用前，将B部分的环氧树脂和步骤1所得的A部分分别加热至90-160℃，然后将A部分和B部分混合，拌入或不拌入石料，保温30-60分钟，即得本发明的高速公路及道桥用的环氧沥青材料。
一种上述的高速公路及道桥用的环氧沥青材料的制备方法，它由下列步骤组成：
步骤1.将A部分与B部分混合升温至90-160℃，
步骤2.将步骤1所得的混合料，拌入石料或不拌入石料，放置30-60min，即得本发明的高速公路及道桥用的环氧沥青材料。
本发明的高速公路及道桥用的环氧沥青材料可以作为高速公路的路面或桥面的铺装材料，也可以将不拌入石料的本发明的高速公路及道桥用的环氧沥青材料喷撒在高速公路的路面或桥面作为黏结层材料。
本发明的高速公路及道桥用的环氧沥青材料性能优异，既有高的强度，又有好的柔韧性，储存稳定性好，耐疲劳性能优异，适用于高速公路及道桥等要求较高的场合，也可用于城市干道、公共汽车停靠站及机场路面。
4具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，但是，实施例均不是对本发明的限制。
实施例1：将沥青(产地：单家寺)60份(质量，下同)、乙二酸15份、聚异丁烯丁二酸酐(分子量：5100，常州光辉高科技化工有限公司)5份、聚乙二酸酐(分子量：1500，常州光辉高科技化工有限公司)19.5份、三乙胺0.5份加入到反应釜中，加热至90℃，搅拌混合1小时，然后用高速分散机分散30分钟，得到A部分。使用前，将得到的A部分与B部分环氧树脂(E-51，无锡树脂厂提供，下同)50份分别加热至120℃，然后混合，再拌入石料2350份，保温50min，进行道路铺装，也可不拌入石料，直接喷洒到路面作为粘结层材料。材料本身性能及由此制备出的环氧沥青混凝土性能见表1。
实施例2：将沥青55份、二聚酸(浙江永在化工厂)15份、聚异丁烯丁二酸酐(分子量：2400，常州光辉高科技化工有限公司)3份、聚壬二酸酐9.5份、三乙胺0.5份、乙烯-苯乙烯-甲基丙烯酸环氧丙酯(1∶1∶1)共聚物(分子量：2000，常州光辉高科技化工有限公司)7份加入到反应釜中，边搅拌边加热至120℃，搅拌混合反应6h，然后再加入10份沥青到反应釜中加热至120℃，最后将混合料胶体磨中高速分散得到A部分；使用前，将A部分与B部分环氧树脂(E-51)25份分别升温至120℃，混合，再拌入石料1958份，保温50min，进行道路铺装，也可不拌入石料，直接喷洒到路面作为粘结层材料。材料本身性能及由此制备出的环氧沥青混凝土性能见表1。
实施例3：将沥青50份、醇酸树脂(上海新大化工厂，343-3)15份、聚异丁烯丁二酸酐(分子量：3700，常州光辉高科技化工有限公司)6份、聚戊二酸酐9.4份、三乙胺0.6份、环氧树脂(E-51)5份加入到到反应釜中，边搅拌边加热至160℃，搅拌混合反应4h，然后再加入14份沥青到反应釜中加热至120℃，最后将混合料胶体磨中高速分散得到A部分；使用前，将A部分与B部分环氧树脂(E-51)20份升温至120℃，混合，再拌入石料1880份，保温50min，进行道路铺装，也可不拌入石料，直接喷洒到路面作为粘结层材料。材料本身性能及由此制备出的环氧沥青混凝土性能见表1。
实施例4：将丁二酸25份、十二烯基琥珀酸酐5份，环氧树脂(E-51)10份，三乙醇胺0.6份加入到反应釜中，加热至120℃反应6小时，至环氧基全部反应，然后加入沥青50份、聚异丁稀丁二酸酐(分子量：2800，常州光辉高科技化工有限公司)4份，加热至120℃，搅拌30分钟，然后引入到胶体磨中，高速分散，得到A部分，使用前，将A部分和B部分环氧树脂(乙烯-苯乙烯-甲基丙烯酸环氧丙脂1∶1∶1)16份混合，再拌入石料1732份，保温50min，进行道路铺装，也可不拌入石料，直接喷洒到路面作为粘结层材料。材料本身性能及由此制备出的环氧沥青混凝土性能见表1。
实施例5.将沥青30份、己二酸25份、桐油酸酐20份，环氧树脂(E-51)30份，三乙醇胺1份加入到反应釜中，加热至120℃反应6小时，至环氧基全部反应，然后加入沥青50份、聚异丁稀丁二酸酐(分子量：4200，常州光辉高科技化工有限公司)2份，加热至120℃，搅拌30分钟，然后引入到胶体磨中，高速分散，得到A部分，使用前，将A部分和B部分环氧树脂(乙烯-苯乙烯-甲基丙烯酸环氧丙脂1∶1∶1)20份混合，再拌入石料2788份，保温50min，进行道路铺装，也可不拌入石料，直接喷洒到路面作为粘结层材料。材料本身性能及由此制备出的环氧沥青混凝土性能见表1。
实施例6.将沥青10份、丙二酸25份、癸二酸酐20份，环氧树脂(E-51)15份，二乙基三胺1份加入到反应釜中，加热至120℃反应6小时，至环氧基全部反应，然后加入沥青50份、聚异丁稀丁二酸酐(分子量：1100，常州光辉高科技化工有限公司)15份，加热至120℃，搅拌30分钟，然后引入到胶体磨中，高速分散，得到A部分，使用前，将A部分和B部分环氧树脂(乙烯-苯乙烯-甲基丙烯酸环氧丙脂1∶1∶1)20份混合，再拌入石料2444份，保温50min，进行道路铺装，也可不拌入石料，直接喷洒到路面作为粘结层材料。材料本身性能及由此制备出的环氧沥青混凝土性能见表1。 实施例 1 2 3 4 5 6 拉伸强度 (MPa) 延伸率马歇尔稳定度 (KN) 流值(mm) 空隙率(％) 1.7 1.8 1.7 1.6 1.8 1.5 230％ 260％ 250％ 170％ 190％ 240％ 68.2 71.5 67.8 59.8 76.4 61.2 3.75 3.50 3.4 3.6 3.2 3.7 2.5 2.6 2.3 2.7 2.8 2.6