一种钢桥面用热固性环氧沥青材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种钢桥面用热固性环氧沥青材料及其制备方法 (Thermosetting epoxy asphalt material for steel bridge deck and preparation method thereof ) 是由 张恒龙 张帅 贺求生 李启石 曹佳文 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种钢桥面用热固性环氧沥青材料及其制备方法,该环氧沥青材料包括沥青、聚醚胺、腰果酚改性胺、聚氨酯改性环氧树脂。腰果酚改性胺以及聚醚胺均为固化剂；将聚氨酯改性环氧树脂加入到沥青中,可以改善基质沥青的高温稳定性；同时,本发明提供的热固性环氧沥青材料具有良好的低温柔韧性。(The invention provides a thermosetting epoxy asphalt material for a steel bridge deck and a preparation method thereof. Both the cardanol modified amine and the polyether amine are curing agents; the polyurethane modified epoxy resin is added into the asphalt, so that the high-temperature stability of the matrix asphalt can be improved; meanwhile, the thermosetting epoxy asphalt material provided by the invention has good low-temperature flexibility.)
技术领域
本发明涉及道桥化工新材料技术领域，尤其涉及一种钢桥面用热固性环氧沥青材料及其制备方法。
背景技术
随着钢桥交通量与汽车载重量日趋增大，人们对于道路的性能要求逐渐增高。沥青路面作为主要的路面结构形式，由于具有热塑性与较差的耐久性而时常产生车辙、推挤、剥落等病害。为了改善沥青混凝土的高温稳定性能，研究者在沥青中加入环氧树脂与固化剂，通过环氧树脂与固化剂反应生成的不可逆的胶连网状结构，从根本上改善沥青混凝土的高温稳定性。但纯环氧树脂在提升沥青高温性能的同时也使得其更容易发生脆性破坏。因此急需一种兼具高温稳定性以及良好开裂性的沥青材料。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种钢桥面用热固性环氧沥青材料及其制备方法，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种钢桥面用热固性环氧沥青材料，包括A组分和B组分，所述A组分包括以下重量份原料：55～75份的沥青、1～1.8份的聚醚胺、10～18.2份的腰果酚改性胺；所述B组分包括：14～25份的聚氨酯改性环氧树脂。
优选的是，所述的钢桥面用热固性环氧沥青材料，所述沥青包括石油沥青、氧化沥青、煤沥青和湖沥青中的至少一种。
第二方面，本发明还提供了一种所述的钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚胺和腰果酚改性胺混合后得到复配固化剂；
将复配固化剂加入至沥青中，混合后搅拌得到A组分；
将聚氨酯改性环氧树脂加入至A组分中混合后，固化即得钢桥面用热固性环氧沥青材料。
优选的是，所述的钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法，将聚醚胺和腰果酚改性胺混合后得到复配固化剂具体为：将聚醚胺和腰果酚改性胺分别加热至50～70℃，然后再混合搅拌即得复配固化剂。
优选的是，所述的钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法，将复配固化剂加入至沥青中，混合后搅拌得到A组分具体为：将复配固化剂加入至沥青中，于140～160℃下以400～600r/min搅拌20～40min即得A组分。
优选的是，所述的钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法，将聚氨酯改性环氧树脂加入至A组分中于140～160℃下以400～600r/min搅拌2～4min，然后于140～160℃下固化2～4h，最后于50～70℃下养护3～5d即得钢桥面用热固性环氧沥青材料。
本发明的一种钢桥面用热固性环氧沥青材料及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的钢桥面用热固性环氧沥青材料，包括沥青、聚醚胺、腰果酚改性胺、聚氨酯改性环氧树脂；腰果酚改性胺以及聚醚胺均为固化剂；将聚氨酯改性环氧树脂加入到沥青中，可以改善基质沥青的高温稳定性；同时，本发明提供的热固性环氧沥青材料具有良好的低温柔韧性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法流程示意图；
图2为本发明实施例1～6中制备得到的环氧沥青材料的蠕变恢复率数据图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种钢桥面用热固性环氧沥青材料，包括A组分和B组分，A组分包括以下重量份原料：55～75份的沥青、1～1.8份的聚醚胺、10～18.2份的腰果酚改性胺；所述B组分包括：14～25份的聚氨酯改性环氧树脂。
需要说明的是，本申请实施例中，聚氨酯(PU)是一种由异氰酸酯与多元醇按照一定比例反应生成的材料。将聚氨酯改性环氧树脂加入到沥青中，可以改善基质沥青的高温稳定性；同时，本发明提供的热固性环氧沥青材料具有良好的低温柔韧性。
本申请中，聚氨酯改性环氧树脂是通过聚氨酯上的异氰酸酯基团与环氧树脂上的环氧基相互作用而形成的一种材料，而非通过不同质量比形成的物理共混物，本申请中所用的聚氨酯改性环氧树脂为市场上购买得到，本申请并未对聚氨酯改性环氧树脂的具体制备方法进行改进。
在一些实施例中，沥青包括石油沥青、氧化沥青、煤沥青和湖沥青中的至少一种。其中，氧化沥青是指在一定范围的高温下向脱油沥青吹入空气，使其组成和性能发生变化，所得的产品称为氧化沥青；
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了上述钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、将聚醚胺和腰果改性胺混合后得到复配固化剂；
S2、将复配固化剂加入至沥青中，混合后搅拌得到A组分；
S3、将聚氨酯改性环氧树脂加入至A组分中混合后，固化即得钢桥面用热固性环氧沥青材料。
在一些实施例中，将聚醚胺和腰果酚改性胺混合后得到复配固化剂具体为：将聚醚胺和腰果酚改性胺分别加热至50～70℃，然后再混合搅拌即得复配固化剂。
在一些实施例中，将复配固化剂加入至沥青中，混合后搅拌得到A组分具体为：将复配固化剂加入至沥青中，于140～160℃下以400～600r/min搅拌20～40min即得A组分。
在一些实施例中，将聚氨酯改性环氧树脂加入至A组分中于140～160℃下以400～600r/min搅拌2～4min，然后于140～160℃下固化2～4h，最后于50～70℃下养护3～5d即得钢桥面用热固性环氧沥青材料。
以下进一步以具体实施例说明本申请的钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法。
实施例1
本申请实施例提供了一种钢桥面用热固性环氧沥青材料，包括A组分和B组分，A组分包括以下重量份原料：75份的70号沥青、1份的聚醚胺、10份的腰果酚改性胺；B组分包括：14份的聚氨酯改性环氧树脂；
其中，聚氨酯改性环氧树脂购买自沈阳创路实业有限公司；70号沥青由云中再生科技股份有限公司提供；腰果酚改性胺购自上海志浦化工有限公司；聚醚胺购自上海帆啸化工科技有限公司。
上述钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法包括以下步骤：
S1、将沥青放入搅拌桶，并加热使其流动；
S2、将聚醚胺和腰果酚改性胺分别加热至60℃，然后混合搅拌得到复配固化剂，再将复配固化剂加入至S1沥青中，在150℃下以转速为500r/min搅拌30min，充分混合后得到A组分；
S3、将聚氨酯改性环氧树脂加入至A组分中在150℃下以500r/min的转速混合搅拌3min，然后继续在150℃下固化3h后，置于60℃的烘箱中养护4天，即得钢桥面用热固性环氧沥青材料。
实施例2
本申请实施例提供了一种钢桥面用热固性环氧沥青材料，包括A组分和B组分，A组分包括以下重量份原料：75份的70号沥青、2份的聚醚胺、9份的腰果酚改性胺；B组分包括：14份的聚氨酯改性环氧树脂。
上述钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法包括以下步骤：
S1、将沥青放入搅拌桶，并加热使其流动；
S2、将聚醚胺和腰果酚改性胺分别加热至60℃，然后混合搅拌得到复配固化剂，再将复配固化剂加入至S1沥青中，在150℃下以转速为500r/min搅拌30min，充分混合后得到A组分；
S3、将聚氨酯改性环氧树脂加入至A组分中在150℃下以500r/min的转速混合搅拌3min，然后继续在150℃下固化3h后，置于60℃的烘箱中养护4天，即得钢桥面用热固性环氧沥青材料。
实施例3
本申请实施例提供了一种钢桥面用热固性环氧沥青材料，包括A组分和B组分，A组分包括以下重量份原料：70份的70号沥青、133/110份的聚醚胺、133/11份的腰果酚改性胺；B组分包括：16.7份的聚氨酯改性环氧树脂。
上述钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法包括以下步骤：
S1、将沥青放入搅拌桶，并加热使其流动；
S2、将聚醚胺和腰果酚改性胺分别加热至60℃，然后混合搅拌得到复配固化剂，再将复配固化剂加入至S1沥青中，在150℃下以转速为500r/min搅拌30min，充分混合后得到A组分；
S3、将聚氨酯改性环氧树脂加入至A组分中在150℃下以500r/min的转速混合搅拌3min，然后继续在150℃下固化3h后，置于60℃的烘箱中养护4天，即得钢桥面用热固性环氧沥青材料。
实施例4
本申请实施例提供了一种钢桥面用热固性环氧沥青材料，包括A组分和B组分，A组分包括以下重量份原料：70份的70号沥青、3.6份的聚醚胺、9.7份的腰果酚改性胺；B组分包括：16.7份的聚氨酯改性环氧树脂。
上述钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法包括以下步骤：
S1、将沥青放入搅拌桶，并加热使其流动；
S2、将聚醚胺和腰果酚改性胺分别加热至60℃，然后混合搅拌得到复配固化剂，再将复配固化剂加入至S1沥青中，在150℃下以转速为500r/min搅拌30min，充分混合后得到A组分；
S3、将聚氨酯改性环氧树脂加入至A组分中在150℃下以500r/min的转速混合搅拌3min，然后继续在150℃下固化3h后，置于60℃的烘箱中养护4天，即得钢桥面用热固性环氧沥青材料。
实施例5
本申请实施例提供了一种钢桥面用热固性环氧沥青材料，包括A组分和B组分，A组分包括以下重量份原料：65份的70号沥青、160/11份的聚醚胺、16/11份的腰果酚改性胺；B组分包括：19份的聚氨酯改性环氧树脂。
上述钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法包括以下步骤：
S1、将沥青放入搅拌桶，并加热使其流动；
S2、将聚醚胺和腰果酚改性胺分别加热至60℃，然后混合搅拌得到复配固化剂，再将复配固化剂加入至S1沥青中，在150℃下以转速为500r/min搅拌30min，充分混合后得到A组分；
S3、将聚氨酯改性环氧树脂加入至A组分中在150℃下以500r/min的转速混合搅拌3min，然后继续在150℃下固化3h后，置于60℃的烘箱中养护4天，即得钢桥面用热固性环氧沥青材料。
实施例6
本申请实施例提供了一种钢桥面用热固性环氧沥青材料，包括A组分和B组分，A组分包括以下重量份原料：65份的70号沥青、4.4份的聚醚胺、11.6份的腰果酚改性胺；B组分包括：19份的聚氨酯改性环氧树脂。
上述钢桥面用热固性环氧沥青材料的制备方法包括以下步骤：
S1、将沥青放入搅拌桶，并加热使其流动；
S2、将聚醚胺和腰果酚改性胺分别加热至60℃，然后混合搅拌得到复配固化剂，再将复配固化剂加入至S1沥青中，在150℃下以转速为500r/min搅拌30min，充分混合后得到A组分；
S3、将聚氨酯改性环氧树脂加入至A组分中在150℃下以500r/min的转速混合搅拌3min，然后继续在150℃下固化3h后，置于60℃的烘箱中养护4天，即得钢桥面用热固性环氧沥青材料。
性能测试
根据低温弯曲梁流变试验(ASTM D 6648-08)与多应力蠕变恢复试验(AASHTO TP70-11)来表征上述实施例1～6中制备得到的环氧沥青材料的高温稳定性与低温开裂性能，并且以重量份为100份的70号沥青作为对比例1同样测试其高温稳定性与低温开裂性能。试验结果如下表1和图2所示。
表1-不同实施例的环氧沥青材料-12℃和-18℃下的S、m和S/m值
表1中，S为蠕变劲度，m为蠕变速率。S越小，m越大或S/m越小低温性能越好。由表1中可以看出，在相同聚氨酯改性环氧树脂掺量下，当腰果酚改性胺与聚醚胺的质量比为10:1时，热固性环氧沥青材料低温柔韧性较好。
图2中，样品1～6分别对应实施例1～6中制备得到的环氧沥青材料(即样品1对应实施例1……样品6对应实施例6)，样品7对应对比例1中70号沥青。图2中0.1kPa和3.2kPa分别表示在0.1kPa下的蠕变恢复率和3.2kPa下的蠕变恢复率。
图2中平均恢复百分率越大则表明沥青的残余应变愈小，抵抗荷载变形能力愈强。从图2可以看出，在4种聚氨酯改性环氧树脂掺量下，当腰果酚改性胺与聚醚胺的质量比为10:1时，改性沥青的高温稳定性最好。此外，对比空白例，所有聚氨酯改性环氧树脂在高温稳定性上均有明显的提升。
高温性能上，由多应力蠕变恢复试验结果可知，本发明制备的钢桥面用热固性环氧沥青具有良好的高温稳定性，具体体现在其平均恢复百分率远超基质沥青。低温性能上，目前应用较为广泛的日本TAF环氧沥青在-12℃下的蠕变劲度为333MPa，蠕变速率为0.192，而本项目所研发的热固性环氧沥青的蠕变劲度最大为172MPa，蠕变速率最小为0.325。所以，本项目制备的热固性环氧沥青材料具有良好的低温柔韧性。
上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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