一种改性增强型环氧树脂粘接剂及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明公开了一种改性增强型环氧树脂粘结剂及其制备方法和应用，所述改性增强型环氧树脂粘结剂的原料包括环氧树脂、增韧剂、稀释剂和固化剂。利用该改性增强型环氧树脂粘结剂与面撒小粒径单级配碎石结合，作为水泥混凝土路面表面处理材料，提供良好的抗滑性能，并且厚度薄、摩擦数值高，所需的固化时间短、粘结强度高，防水且耐化学腐蚀，具有良好的高低温性能、耐久性好，修复简单。
【专利说明】
一种改性増强型环氧树脂粘接剂及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明属于水泥混凝土路面表面处理领域，特别涉及一种改性增强型环氧树脂粘 结剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 我国目前拥有大量的水泥混凝土路面，从高等级的国道到村村通的乡村道路，遍 布全国绝大多数的省、市、县、乡、镇。由于其强度高、稳定性好、使用寿命长、造价相对低的 优势，近三十年来一直得到快速发展。据《2012年公路水运交通运输业发展统计公告》数据， 截止到2012年底，我国拥有水泥混凝土路面达到165.32万公里。可以说水泥混凝土路面已 经形成了联系千家万户各种社会活动的网络，在交通运输领域占据着举足轻重的重要地 位。
[0003] 水泥混凝土路面在长期使用的过程中，由于与汽车轮胎形成相对运动，产生磨损， 导致表面光滑，摩擦力下降，带来行车安全隐患。这也是水泥混凝土路面自身无法克服的一 个短板。如何使水泥混凝土路面保持较长寿命期，保持较高的耐磨抗滑水平，最大限度的保 证行车安全，对混凝土路面表面处理提出了很高的要求。
[0004] 为了使既有水泥混凝土路面保持较好的抗滑性能，传统的处理方法是采取拉毛、 露石、抛丸、刻槽、凿毛、铣刨、酸侵蚀等方法对其表面进行糙化处理。
[0005] 其中拉毛法、露石(表面粗骨料裸化)法只适用于新建水泥混凝土路面。虽然拉毛 法造价低，施工简便，但由于工艺的原因路面表面沟痕浅，寿命短，效果差;露石法除了本身 投资较高外，对骨料磨光值要求也很高，并不适用所有水泥混凝土路面。抛丸法成本较低， 但更适用于表面预处理后进行其他材料的覆盖，作为一种单一表处方法效果很差;凿毛、铣 刨、刻槽法效果相对好，但需要大量人力或昂贵设备的投入，需要长时间大范围的占用施工 场地，经济性差;酸侵蚀法除了造价高之外，对环境的破坏较大。
[0006] 通过对水泥混凝土路面传统处理方法的分析，发现这些方法都有一定的表面抗滑 效果，但又都存在各自的问题，不能很好的提供长久而经济，同时令人满意的处理结果。
[0007] 研究表明，树脂类粘结材料与水泥混凝土、集料等基材粘结性能好，常温下粘结强 度高达20MPa，并可对混凝土表面起到防水、保护等功能。通过树脂粘结材料将小粒径单级 配的碎石骨料和混凝土表面相粘结，能够有效提高混凝土表面粗糙度，显著改善原有混凝 土表面的抗滑性能。通过对甲基丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂三种树脂类粘结材料和 有机硅胶黏剂的长期研究，发现都能对混凝土结构表面起到很好的防水保护作用，结合碎 石骨料也都能提供很好的表面抗滑性能。其中环氧树脂各项性能最优，并且服役时间长不 产生紫外老化等问题。
[0008] 环氧树脂材料具有优异的物理机械性能，抗拉、抗剪、抗压以及抗折强度高，凝固 快，不需要特别的养护条件，耐酸碱、耐冲击性能好，附着力强等诸多优点，被广泛应用于化 工、轻工、水利、航空航天、机械、家电、汽车等领域。
[0009] 但普通环氧树脂的热膨胀系数超过80 X 10-6m/m/°c，与普通混凝土有4倍的差距， 直接铺筑会在温度变化时产生巨大的温度应力从而导致混凝土或者环氧树脂层破坏。通过 添加无机填料能有效降低环氧体系的线胀系数(如环氧砂浆），但却会增加混合物的弹性模 量、粘度，降低混合物的抗拉强度和断裂伸长率，仍然存在温度破坏的可能性。如何选择和 添加各种助剂，对普通环氧树脂改性，降低线胀系数的同时降低模量，在保持粘度的情况下 提高环氧树脂混合物的抗拉强度和断裂伸长率，使各项指标均衡，达到路用的目的，是目前 面临的难题。
[0010] 如图1所示。
【发明内容】
[0011] 针对上述问题，本发明提供了一种改性增强型环氧树脂粘结剂及其制备方法和应 用。将所述粘结剂与小粒径单级配碎石结合，能够用于混凝土表面的防水、保护、加固及抗 滑修护，使水泥混凝土路面不仅抗滑效果好，同时耐久、防水、环保，且施工简便。
[0012] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 一种改性增强型环氧树脂粘结剂，所述粘结剂的原料包括环氧树脂、增韧剂、稀释剂和 固化剂，各原料的重量份数比为： 环氧树脂 50~60 增韧剂 10~20 稀释剂 20~40 固化剂 45~55。
[0013] 所述的改性增强型环氧树脂粘结剂的制备方法，包括以下步骤： 1) 按照上述重量份数比将稀释剂、增韧剂和环氧树脂常温混合，充分搅拌，形成混合物 A； 2) 将固化剂，在45~55°C下加热30min~50min，形成固化剂B，用黑色塑料桶独立桶装， 密封存放，通风防晒； 3) 使用前，在施工现场将混合物A与固化物B按2:1比例常温混合，充分搅拌，即形成所 述的改性增强型环氧树脂粘结剂。
[0014] 所述改性增强型环氧树脂粘结剂能够用于水泥混凝土路面、高速公路收费广场、 城市广场、机场跑道表面的抗滑修护、防透水侵蚀、防液体类材料侵蚀、保护、加固表面及细 小缝隙的修复。
[0015] 所述的改性增强型环氧树脂粘结剂用于水泥混凝土路面的处理方法，包括以下步 骤： 1) 表面处理:首先将水泥混凝土路面进行清洁干燥去浮浆的清理，露出部分骨料； 2) 涂刷涂层:现场配置所述的改性增强型环氧树脂粘结剂，涂刷在混凝土路面，刮平形 成粘结剂涂层； 3) 撒播骨料:在所述的改性增强型环氧树脂粘结剂固化反应结束前，将小粒径单级配 碎石撒播到涂层表面，使其完全覆盖； 4) 清扫骨料:待涂层完全固化后，将表面多余骨料清扫干净。
[0016] 进一步的，所述小粒径单级配碎石为包括花岗岩、玄武岩在内的强度大磨光值高 的材料。
[0017] 本发明相比现有技术的有益效果为： 1、 本发明所述的改性增强型环氧树脂粘结剂，以环氧树脂为主剂，配以增韧剂、稀释剂 和固化剂一系列助剂，经混合固化后形成一种高强度、高粘结力的固结体，具有优异的抗 渗、抗冻、耐盐、耐碱、耐弱酸防腐蚀性能及修补加固性能； 2、 本发明所述的改性增强型环氧树脂粘结剂+面撒小粒径单级配碎石作为水泥混凝土 路面表面处理材料，提供了良好的抗滑性能外，对混凝土路面的其他多种性能全面改善，主 要优点还有:厚度薄:单层厚度一般小于l〇mm，可采用双层处理办法提高厚度成倍延长使用 寿命;摩擦数值高:处理过的路面动态摩擦数值平均值一般大于70;固化时间短:不影响交 通，处理完成后3个小时即可开放交通，一般夜间施工，白天即可开放交通;粘结强度高：与 水泥混凝土路面常温粘结强度高达lOMPa以上，并且衰减缓慢；防水且耐化学腐烛:可有效 防止水泥混凝土路面水及其他液体类材料侵蚀；良好的高低温性能:低温下的应变大，可有 效抵抗低温开裂，高温稳定性好，无车辙和推移破坏;耐久性好:其服役寿命大约在10年左 右;修复简单:对于出现破坏的区域可进行表面处理后常温加铺，操作简单易行。
【附图说明】 图1为水泥混凝土路面铺筑普通环氧树脂在温度变化时的结构变化示意图； 其中，a-水泥混凝土路面，b-普通环氧树脂。
【具体实施方式】
[0018] 实施例1 一种改性增强型环氧树脂粘结剂，所述粘结剂的原料包括环氧树脂、增韧剂、稀释剂和 固化剂，各原料的重量份数比为： 环氧树脂 55 增韧剂 15 稀释剂 30 固化剂 50。
[0019] 作为粘结性材料，甲基丙烯酸脂和聚氨酯树脂也是可以的，可以起到粘结、保护、 抵抗氯离子对混凝土侵蚀的作用。但是，甲基丙烯酸材料对太阳辐射较为敏感，抗紫外线老 化性能不如环氧树脂，相比较而言耐久性略差。聚氨酯树脂一般由二异氰酸酯和多元醇反 应得到，并且其性能主要受二异氰酸酯影响，而二异氰酸酯有毒，所以从环保角度聚氨酯树 脂也不考虑。三者相比较，环氧树脂综合性能最优，故本发明选择环氧树脂作为粘结材料。
[0020] 进一步的，所述固化剂的原料包括聚醚胺D230、聚醚胺D400、聚醚胺D5000、胺乙基 哌嗪AEP和促进剂DMP-30，所述各原料的重量份数比为： 聚醚胺D230 20-40 聚醚胺D400 20-40 聚醚胺 D5000 15-25 胺乙基哌嗪AEP 1-10 促进剂 DMP-30 2-6。
[0021] 进一步的，所述增韧剂为端环氧基聚氨酯。
[0022]进一步的，所述稀释剂为活性稀释剂。
[0023]稀释剂有很多种，大体分为活性和非活性两种。非活性不与环氧树脂及固化材料 起反应，属物理性添加，在混合物固化过程中会挥发掉，不适合本发明的要求。而活性稀释 剂正相反，会参与反应。活性稀释剂包括苄基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油 醚等几十种。丁基缩水甘油醚有降低粘性，耐水性、耐酸性较差并且有毒特点，不适合本发 明的要求;而苄基缩水甘油醚气味小毒性低，挥发性低价格适中，比较适合本发明的要求； 可选用的稀释剂还有十二~十四烷基缩水甘油醚。
[0024] 进一步的，所述环氧树脂为双酸A型E-51环氧树脂。
[0025] 所述的改性增强型环氧树脂粘结剂的制备方法，包括以下步骤： 1) 按上述的重量份数比将稀释剂、增韧剂和环氧树脂混合，形成混合物A，用黑色塑料 桶独立桶装，密封存放，通风防晒； 2) 按上述的重量份数比将合成固化剂的五种材料，在45~55°C下加热30min~50min，形 成固化剂B，用黑色塑料桶独立桶装，密封存放，通风防晒； 3) 使用前，在施工现场将混合物A与固化物B按2:1比例常温混合，充分搅拌，形成所述 的改性增强型环氧树脂粘结剂。
[0026] 所述改性增强型环氧树脂粘结剂能够用于水泥混凝土路面、高速公路收费广场、 城市广场、机场跑道表面的抗滑修护、防透水侵蚀、防液体类材料侵蚀、保护、加固表面及细 小缝隙的修复。
[0027]所述的改性增强型环氧树脂粘结剂用于混凝土路面的处理方法，包括以下步骤： 1) 表面处理:首先将水泥混凝土路面进行清洁干燥去浮浆的清理，露出部分骨料； 2) 涂刷涂层:现场配置如权利要求1-5所述的改性增强型环氧树脂粘结剂，涂刷在混凝 土路面，刮平形成粘结剂涂层； 3) 撒播骨料:在所述的改性增强型环氧树脂粘结剂固化反应结束前，将小粒径单级配 碎石撒播到涂层表面，使其完全覆盖； 4) 清扫骨料:待涂层完全固化后，将表面多余骨料清扫干净。
[0028]进一步的，所述小粒径单级配碎石为包括花岗岩、玄武岩在内的强度大磨光值高 的材料。
[0029] 实施例2 本是实施例是实施例1基础上的优选方案，所述改性增强型环氧树脂粘结剂各原料的 重量份数比为： 环氧树脂 55 增韧剂 15 稀释剂 30 固化剂 50。
[0030] 由于普通环氧树脂原材料与混凝土的线胀系数相差较大，环氧材料直接铺筑在混 凝土表面后，在降温或升温的过程中会造成两者变形不协调，从而在体系中产生温度应力。 当温度应力超过环氧材料或者混凝土的极限应力水平、或者其剪应力超过了两者粘结的最 大剪应力，都会造成结构的破坏，表现出低劣的自稳定性。
[0031] 研究发现，常温时较低的弹性模量和较低的线胀系数能有效改善环氧-混凝土的 自稳定性。对同一种环氧材料，当温度下降时，弹性模量增加，线胀系数下降；当温度上升 时，弹性模量下降，线胀系数会增加;而环氧材料的抗拉强度则与其弹性模量有很好的正相 关性。
[0032] 参考美国ACI相关规范，确定环氧树脂原材料的初步控制指标为(23°C环境下）:抗 拉强度不小于12MPa，断裂伸长率介于30%-80%之间，弹性模量不大于130MPa。但是在实际应 用中，还要根据具体使用环境，通过计算和试验最终确定环氧树脂的相关性能指标。
[0033] 所述环氧树脂原材的主要控制指标：
根据上面的分析并参考国外相关规范，我们选用双酸A型E-51环氧树脂作为粘结剂的 母材，其主要性能指标如下表所示。
[0034] 环氧树脂主要性能指标
增韧剂:增韧剂的作用一是增韧稀释作用，二是改善施工性。在保证强度增长的同时还 要保证在高温限时有足够的适用时间。根据多年研究的成果，我们选用端环氧基聚氨酯作 为增韧剂。该种增韧剂在固化完成后形成微米级别的弹性橡胶颗粒(海岛结构），并均匀地 分布在固化物连续相中，形成具有"海岛结构"的环氧树脂合金。该种增韧技术不同于其他 环氧体系的"增塑"或"增柔"，它可以大量吸收固化时产生的收缩应力，且稳定持久。增韧后 固化物本体的断裂韧性比不加增韧剂体系提高近十倍，比采用聚硫橡胶的体系也提高数倍 以上，使用得当粘接强度会大幅度提高。该项技术已获得国家科技进步奖和北京市科技进 步奖，也是首次运用到水泥混凝土路面表面处理领域。
[0035] 端环氧基聚氨酯主要性能指标(25°C)
稀释剂:选用苄基缩水甘油醚，该稀释剂是比重为0.98的无色透明液体，气味小、毒性 低、挥发性低、化学稳定性好。
[0036] 苄基缩水甘油醚稀释剂主要性能指标
固化剂采用35份聚醚胺D230、35份聚醚胺D400、20份聚醚胺D5000与6份胺乙基哌嗪 AEP、4份促进剂DMP-30,在50°C下混合30-50min后形成的改性胺类固化剂。
[0037]通过不同比例固化剂与双酚A型E-51环氧树脂混合后固化性能的变化，研究固化 剂比例对环氧树脂性能的影响，然后通过不同比例稀释剂掺入、不同比例增韧剂掺入、以及 不同比例的稀释剂和增韧剂复合掺入对环氧树脂固化性能的影响，选取合适的掺入比例配 置符合要求的环氧树脂粘结涂层材料。其性能指标的评价手段主要有抗拉强度、抗拉弹性 模量、断裂伸长率、热变形温度以及线性膨胀系数。
[0038]稀释剂的掺入会有效降低固化物的抗拉强度、抗拉模量以及热变形温度，而显著 增加其断裂伸长率，是获得柔性环氧树脂固化物的有效手段。但其的引入会增加固化物的 线长系数，且随着掺量的增加，体系的固化时间和机械强度均会受到较大影响。
[0039]增韧剂的掺入能在提高固化物强度的同时降低其弹性模量，同时提高断裂伸长 率，但规律性不强，这与增韧剂的固化程度有关。
[0040] 复掺稀释剂和增韧剂的固化物在环氧/固化剂比例为200%时能获得较好的效果， 能在有效保证适量抗拉强度的同时大幅度降低固化物的抗拉模量，同时大大提高体系的断 裂伸长率。而且其粘接强度、抗拉拔强度也满足相关规范的要求。
[0041] 本实施例所述的改性增强型环氧树脂粘结剂的主要性能指标如下表所示：
根据多组对比试验，确定采用本实施例所述的30%稀释剂+15%增韧剂与双酚A环氧树脂 的混合而成的改性增强型环氧树脂粘结材料（以A表示)与固化剂（以B表示），按混合比例为 A:B=2:1配制的粘结剂，具有最好的路用效果。在上述助剂和相应配比的共同作用下，粘结 剂能在有效保证适量抗拉强度的同时大幅度降低抗拉模量，同时大大提高体系的断裂伸长 率。而且其粘接强度、抗拉拔强度也满足相关规范的要求，获得最好的使用效果。
[0042] 实施例3 本实施例是将实施例2所述的改性增强型环氧树脂粘结剂，应用于水泥混凝图路面的 处理的应用例。
[0043] 根据国外同类研究成果，面撒的单级配碎石主要起骨料作用，用于改变混凝土表 面的粗糙度，一般粒径较小，常用的在1.7~3mm范围。碎石骨料要求选用花岗岩、玄武岩等强 度大磨光值高的材料，以便混凝土表面长期保持较好的抗滑性能。
[0044] 改性增强型环氧树脂粘结涂层+面撒小粒径单级配碎石的处理厚度一般小于 10_，如果希望得到更持久的服役寿命，可以采用双层或多层处理。
[0045] 具体处理方法包括以下步骤： 1) 表面处理:首先将水泥混凝土路面进行清洁干燥去浮浆的清理，露出部分骨料； 2) 涂刷涂层:现场配置如实施例2所述的改性增强型环氧树脂粘结剂，涂刷在混凝土路 面，刮平形成粘结剂涂层； 3) 撒播骨料:在所述的改性增强型环氧树脂粘结剂固化反应结束前，将小粒径单级配 碎石撒播到涂层表面，使其完全覆盖； 4) 清扫骨料:待涂层完全固化后，将表面多余骨料清扫干净。
[0046] 为检测所述改性增强型环氧树脂粘结剂对水泥混凝土路面的处理效果，测定了通 过上述方法处理前后混凝土表面摩擦系数，其中，试验依据JTG E60-2008,判断依据JTG F80/1-2004，具体结果如下表所示： 表1处理前路面摩擦系数试验
通过试验检测，由表1的检测结果可知，该段水泥混凝土路面摩擦系数满足规范《公路 路基路面现场测试规程》JTG E60-2008、《公路水泥混凝土路面施工技术细则》JTG/TF30-2014、《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004及设计要求。
[0047] 用摆式仪测定路面摩擦系数方法，每处测点由三个单点组成，每个单点测定5次， 最大值与最小值差不大于3。以路面温度为20°C时的值为结果。
[0048] ΒΡΝ20=ΒΡΝΤ+ΔΒΡΝ ΒΡΝΤ:在温度t时的值 ΛΒΡΝ:修正值。按给定修正数据套用。
[0049] 以最后修正的BPN20、现场温度、3个单点的平均值作为报告结果。
[0050] 由表2的检测结果可知，本实施例的现场路面温度：28°C，修正值2.6，3个单点 BPN20为83~84，两处测点BPN20平均值分别为:83和84。
【主权项】
1. 一种改性增强型环氧树脂粘结剂，其特征在于，所述粘结剂的原料包括环氧树脂、增 韧剂、稀释剂和固化剂，各原料的重量份数比为： 环氧树脂 50~60 增韧剂 10~20 稀释剂 20~40 固化剂 45~55。2. 根据权利要求1所述的改性增强型环氧树脂粘结剂，其特征在于，所述固化剂的原料 包括聚醚胺D230、聚醚胺D400、聚醚胺D5000、胺乙基哌嗪AEP和促进剂DMP-30，所述各原料 的重量份数比为： 聚醚胺D230 20-40 聚醚胺D400 20-40 聚醚胺 D5000 15-25 胺乙基哌嗪AEP 1-10 促进剂 DMP-30 2-6。3. 根据权利要求1所述的改性增强型环氧树脂粘结剂，其特征在于，所述增韧剂为端环 氧基聚氨酯。4. 根据权利要求1所述的改性增强型环氧树脂粘结剂，其特征在于，所述稀释剂为活性 稀释剂。5. 根据权利要求4所述的改性增强型环氧树脂粘结剂，其特征在于，所述活性稀释剂包 括苄基缩水甘油醚和碳十二~十四烷基缩水甘油醚。6. 根据权利要求1所述的改性增强型环氧树脂粘结剂，其特征在于，所述环氧树脂为双 酸A型E-51环氧树脂。7. -种如权利要求1-6所述的改性增强型环氧树脂粘结剂的制备方法，其特征在于，所 述制备方法包括以下步骤： 1) 按照权利要求1所述的重量份数比将稀释剂、增韧剂和环氧树脂常温混合，充分搅 拌，形成混合物A; 2) 将固化剂，在45~55°C下加热30min~50min，形成固化剂B，用黑色塑料桶独立桶装， 密封存放，通风防晒； 3) 使用前，在施工现场将混合物A与固化物B按2:1比例常温混合，充分搅拌，即形成所 述的改性增强型环氧树脂粘结剂。8. -种如权利要求1-6所述的改性增强型环氧树脂粘结剂的应用，其特征在于，所述改 性增强型环氧树脂粘结剂能够用于水泥混凝土路面、高速公路收费广场、城市广场、机场跑 道表面的抗滑修护、防透水侵蚀、防液体类材料侵蚀、保护、加固表面及细小缝隙的修复。9. 一种如权利要求1-6所述的改性增强型环氧树脂粘结剂用于水泥混凝土路面的处理 方法，其特征在于，所述处理方法包括以下步骤： 1) 表面处理:首先将水泥混凝土路面进行清洁干燥去浮浆的清理，露出部分骨料； 2) 涂刷涂层:现场配置如权利要求1-6所述的改性增强型环氧树脂粘结剂，涂刷在混凝 土路面，刮平形成粘结剂涂层； 3) 撒播骨料:在所述的改性增强型环氧树脂粘结剂固化反应结束前，将小粒径单级配 碎石撒播到涂层表面，使其完全覆盖； 4)清扫骨料:待涂层完全固化后，将表面多余骨料清扫干净。10.根据权利要求9所述的改性增强型环氧树脂粘结剂用于混凝土路面的处理方法，其 特征在于，所述小粒径单级配碎石为包括花岗岩、玄武岩在内的强度大磨光值高的材料。
【文档编号】C09J163/00GK105885757SQ201610429866
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】潘立, 刘宇星, 张炜, 孙建平
【申请人】中交隧道工程局有限公司