专利名称：一种钢桥面用水性环氧改性乳化沥青混凝土及其制备方法
技术领域：
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土及其制备方法。
背景技术：
大跨径钢箱梁桥面铺装材料在国际上一直是一个热点和难点。桥面铺装材料直接铺设在钢板上，在行车荷载、风载、温度变化及地震等因素影响下，其受力和变形远较公路路面或机场道面复杂，因而对其强度、变形稳定性、疲劳耐久性等均有更高要求。大跨径钢桥在温度和荷载的作用下变形量很大，钢箱梁具有良好的温度传导性， 易受外界温度变化的影响。在夏天高温季节，钢箱梁顶面的钢板实测温度可达70°C，这些都是钢箱梁桥有别于其他桥梁的显著特点。这就要求钢箱梁桥面铺装材料本身应具有很高的强度、优良的耐疲劳、优良的高温稳定性和水稳定性，并且在低温条件下的收缩系数应与钢板相近等一系列的优良特性。目前，国内大跨径钢桥浙青铺装层材料普遍出现高温车辙、横向推移、纵向推移、疲劳开裂等早期损坏，严重影响了桥梁的服务品质，造成了巨大的经济损失。目前国内普遍使用的改性SMA浙青混凝土 (石胶泥浙青混凝土)存在着使用寿命严重不足的情况，往往服役不到2年就出现大面积的损害，造成很大的经济损失。国外应用比较成功的钢桥面铺装材料主要包括浇筑式浙青混凝土和环氧浙青混凝土。浇筑式浙青混凝土虽然与钢板粘结力强，但施工温度高(达到210°C以上)、能耗大，而且浙青含量高，易受高温破坏。环氧浙青混凝土的性能受温度、环境湿度、钢板洁净程度的影响较大，如果施工控制不严格，将会造成环氧浙青混凝土出现车辙、推移、裂缝等病害。而且，环氧浙青混凝土成本太高、养护时间长。以上国外的成功方案受其自身的局限性以及我国特殊的复杂气候影响，对其大规模推广应用产生了很大的限制。热拌浙青混凝土(HMA)是另外一种所使用的钢桥面铺装材料。使用热拌浙青混凝土会排放污染气体，造成对环境的破坏、能源的大量消耗和人的生存圈的缩小，这与我国发展绿色的可持续道路是背道而驰的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术中存在的不足，提供一种钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土及其制备方法，该方法制备得到的铺装材料具有环保、 与钢板粘结强度高、高低温稳定性和水稳定性能优良、高韧性、耐疲劳性能好的特点。为了实现上述目的，本发明的技术方案是
一种钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土，它主要由粗集料、细集料、填料、水性环氧树脂改性乳化浙青、及水泥组成，各原料(粗集料、细集料、填料、水性环氧树脂改性乳化浙青、水泥)的质量比为100 30 50 15 25 15 20 :5 9 ；所述水性环氧树脂改性乳化浙青主要由质量比为100 :5 10 :2 5 :2 8的改性乳化浙青水性环氧树脂环氧固化剂稳定剂原料制备而成。
上述方案中，所述的改性乳化浙青为阳离子中裂改性乳化浙青或阳离子慢裂改性乳化浙青。上述方案中，所述的水性环氧树脂为水性环氧乳液GEM03、水性环氧乳液GEM02、 AB-EP-51水性环氧树脂、或AB-EP-44水性环氧树脂。上述方案中，所述的环氧固化剂为水性环氧固化剂GCA01、水性环氧固化剂 GCA02、AB-HGA水性环氧固化剂、或AB-HGT水性环氧树脂固化剂。上述方案中，所述的稳定剂为乙烯基硅橡胶、丙烯酰基异硫氰酸酯或氨基磺酸钠。上述方案中，所述的水性环氧树脂改性乳化浙青的蒸发残留物的指标为残留物含量59 62%，针入度52 58，软化点59 66°C，5°C下的延度M 27cm。上述方案中，所述的粗集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，最大公称粒径9. 5毫米； 所述的细集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，最大公称粒径4. 75毫米。上述钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土的制备方法，它包括以下步骤
1)水性环氧树脂改性乳化浙青的制备
按质量比为改性乳化浙青水性环氧树脂环氧固化剂稳定剂=100 :5 10 :2 5 2 8，选取改性乳化浙青、水性环氧树脂、环氧固化剂和稳定剂，备用；
在容器中先加入改性乳化浙青，调节pH为5. 5 6. 5，边搅拌边加入水性环氧树脂、环氧固化剂及稳定剂，持续搅拌至混合液均勻，再进行剪切，得到水性环氧树脂改性乳化浙青乳液；
2)水性环氧改性乳化浙青混凝土的制备
按质量比为粗集料细集料填料水性环氧树脂改性乳化浙青水泥=100 30 50 15 25 15 20 :5 9，选取粗集料、细集料、填料、上述制备得到的水性环氧树脂改性乳化浙青、及水泥，备用；
将粗集料和细集料在容器中搅拌，添加水性环氧树脂改性乳化浙青后再搅拌，再加入填料拌和，最后加入水泥搅拌，得到水性环氧改性乳化浙青混凝土 (钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土 )。上述方案中，将粗集料和细集料在容器中搅拌30 60秒，添加水性环氧改性乳化浙青后再搅拌60 90秒，再加入填料拌和60 90秒，最后加入水泥搅拌60 90秒，得到水性环氧改性乳化浙青混凝土。上述方案中，使用稀盐酸调节pH为5. 5 6. 5，剪切时间为20 40分钟，剪切时剪切机定子的转速为300-500转/分钟。本研究采用水性环氧改性乳化浙青混凝土作为钢桥面铺装层材料。水性环氧树脂乳液的固化成膜过程包括了水的蒸发、乳液颗粒的聚结、固化剂的扩散和交联反应的发生四个阶段。最初，乳液颗粒与固化剂分子分散在水中，随着水分的蒸发，环氧树脂乳液颗粒相互接触，形成堆积结构，与此同时，固化剂分子扩散到环氧树脂颗粒的界面及其内部发生固化反应，使小分子环氧树脂聚合反应生成交联的体形大分子。水性环氧固化反应与乳化浙青破乳同时进行，可以增强浙青混凝土与钢板粘结力，明显改善浙青混凝土的耐高温性能。此外，由于水泥基材料的水化作用，环氧树脂乳液聚合形成的三维网状结构将会穿插在水泥水化物中，与之形成互穿网络结构，这样可以在浙青-集料界面形成良好的交联过渡层，提高界面粘结强度，增强浙青混凝土的抗水损害能力。
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本发明的有益效果是本发明选用水性环氧改性乳化浙青混凝土来制备钢桥面铺装层材料，一方面，采用水性环氧树脂可以解决溶剂型环氧树脂对施工条件的严格要求、挥发有毒有机物及单纯的浙青材料在高温下与钢板粘结力不强等问题，另一方面采用乳化浙青可以实现浙青混凝土冷拌、冷铺，解决HMA高能耗、环境污染大的问题。综上所述，本发明制备出的这种环保、冷拌、低VOC (挥发性有机化合物)、低能耗、与钢板粘结强度高、高低温稳定性和水稳定性能优良、高韧性、耐疲劳性能好、使用寿命长的新型钢桥面铺装材料，可以充分发挥环氧树脂和乳化浙青的优点。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1
一种钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土，它主要由粗集料、细集料、填料、水性环氧树脂改性乳化浙青、及水泥组成，各原料的质量比为100: 30: 15: 15: 5，所述水性环氧树脂改性乳化浙青主要由质量比为100 5 2 2的改性乳化浙青水性环氧树脂环氧固化剂稳定剂原料制备而成。所述的改性乳化浙青为武汉路翔公路技术有限公司生产的阳离子中裂改性乳化浙青。所述的水性环氧树脂为上海绿嘉水性涂料有限公司生产的水性环氧乳液GEM03， 其特性参数如表1。表 权利要求
1.一种钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于，它主要由粗集料、细集料、填料、水性环氧树脂改性乳化浙青、及水泥组成，各原料的质量比为100 30 50 15 25 15 20 :5 9 ；所述水性环氧树脂改性乳化浙青主要由质量比为100 :5 10 :2 5 2 8的改性乳化浙青水性环氧树脂环氧固化剂稳定剂原料制备而成。
2.如权利要求1所述的钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于所述的改性乳化浙青为阳离子中裂改性乳化浙青或阳离子慢裂改性乳化浙青。
3.如权利要求1所述的钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于所述的水性环氧树脂为水性环氧乳液GEM03、水性环氧乳液GEM02、AB-EP-51水性环氧树脂、或 AB-EP-44水性环氧树脂。
4.如权利要求1所述的钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于所述的环氧固化剂为水性环氧固化剂GCA01、水性环氧固化剂GCA02、AB-HGA水性环氧固化剂、或 AB-HGT水性环氧树脂固化剂。
5.如权利要求1所述的钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于所述的稳定剂为乙烯基硅橡胶、丙烯酰基异硫氰酸酯或氨基磺酸钠。
6.如权利要求1所述的钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于所述的水性环氧树脂改性乳化浙青的蒸发残留物的指标为残留物含量59 62%，针入度52 58，软化点59 66°C，5°C下的延度24 27cm。
7.如权利要求1所述的钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土，其特征在于所述的粗集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，最大公称粒径9. 5毫米；所述的细集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，最大公称粒径4. 75毫米。
8.—种如权利要求1所述的钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土的制备方法，其特征在于它包括以下步骤1)水性环氧树脂改性乳化浙青的制备按质量比为改性乳化浙青水性环氧树脂环氧固化剂稳定剂=100 :5 10 :2 5 2 8，选取改性乳化浙青、水性环氧树脂、环氧固化剂和稳定剂，备用；在容器中先加入改性乳化浙青，调节pH为5. 5 6. 5，边搅拌边加入水性环氧树脂、环氧固化剂及稳定剂，持续搅拌至混合液均勻，再进行剪切，得到水性环氧树脂改性乳化浙青乳液；2)水性环氧改性乳化浙青混凝土的制备按质量比为粗集料细集料填料水性环氧树脂改性乳化浙青水泥=100 30 50 15 25 15 20 :5 9，选取粗集料、细集料、填料、上述制备得到的水性环氧树脂改性乳化浙青、及水泥，备用；将粗集料和细集料在容器中搅拌，添加水性环氧树脂改性乳化浙青后再搅拌，再加入填料拌和，最后加入水泥搅拌，得到水性环氧改性乳化浙青混凝土。
9.如权利要求8所述的钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土的制备方法，其特征在于，将粗集料和细集料在容器中搅拌30 60秒，添加水性环氧改性乳化浙青后再搅拌 60 90秒，再加入填料拌和60 90秒，最后加入水泥搅拌60 90秒，得到水性环氧改性乳化浙青混凝土。
10.如权利要求8所述的钢桥面用水性环氧改性乳化浙青混凝土的制备方法，其特征在于，使用稀盐酸调节pH为5. 5 6. 5，剪切时间为20 40分钟，剪切时剪切机定子的转速为300-500转/分钟。
全文摘要
本发明提供一种钢桥面用水性环氧改性乳化沥青混凝土及其制备方法。该钢桥面用水性环氧改性乳化沥青混凝土是通过在改性乳化沥青中加入水性环氧树脂、固化剂及稳定剂，持续搅拌至混合液均匀，再进行剪切，得到水性环氧树脂改性乳化沥青乳液；然后将粗集料和细集料在容器中搅拌，添加上述水性环氧树脂改性乳化沥青后再搅拌，再加入填料拌和，最后加入水泥搅拌，得到水性环氧改性乳化沥青混凝土。该方法制备得到的铺装材料具有环保、低VOC(挥发性有机化合物)、低能耗、与钢板粘结强度高、高低温稳定性和水稳定性能优良、高韧性、耐疲劳性能好的特点。
文档编号C04B24/28GK102173663SQ20111000360
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者丁庆军, 孙政, 彭馨彦, 沈凡, 胡寅, 黄绍龙 申请人:武汉理工大学