本发明涉及路桥材料，特别涉及一种环氧沥青及其制备方法。
背景技术：
随着公路交通发展和车辆的飞速增长，道路路面负荷不断加大，沥青路面对沥青材料提出了更高的要求。沥青是一种粘弹性材料，其自身存在不少缺点，例如高温变形，低温易脆，长期负荷老化严重等，因此需要通过对基质沥青进行改性来弥补其不足。目前，多数改性沥青为热塑性改性沥青，没有从根本上解决沥青材料的高温塑性变形问题。环氧树脂改性沥青，简称环氧沥青，通过在沥青中加入环氧树脂和固化剂等改性剂，经固化反应后形成热固性产物，从而从根本上改变沥青的受热变形性质，并赋予沥青材料优良的粘结性能，进而改善沥青混合料的水稳定性，同时能够提高混合料的低温断裂强度，具有十分广泛的应用前景。然而，环氧沥青在制备及施工过程中存在以下问题：
(1)路用石油沥青的溶解度参数与环氧树脂相差较大，根据溶解度参数相近相容原理，简单混合二者相容性较差，会导致环氧分散不均匀，使得环氧沥青的性能离散性较大；(2)传统的环氧沥青常采用ab料的双组分应用形式，即先将环氧或者固化剂与熔融下的沥青混合均匀，施工时再将另一方混合，施工工艺相对繁琐；(3)施工时固化剂和环氧的反应时间难以控制，且环氧沥青ab组分混合后，环氧树脂与固化剂开始接触随即发生固化反应；沥青混合料热拌和时，沥青黏度随着时间的增长而迅速上升，固化过早使得环氧沥青粘度升高，路面难以压实，固化太慢使得路面早期强度不足，易引起早期车辙变形，增加了沥青混合料施工的控制难度。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种环氧沥青及其制备方法，环氧树脂在沥青中分散更均匀，相较于传统的环氧沥青具有较好的高温性能、低温性能及粘结性能，针对炎热地区沥青路面的抗车辙能力效果更显著，且简化了施工步骤，具有更好的工艺可控性。
本发明的环氧沥青，所述环氧沥青按重量份包括以下组分：
100份基质沥青、0～120份份矿粉、5～44份环氧负载粉、0.75～6.6份固化剂负载粉；所述环氧环氧负载粉为环氧树脂吸附负载于膨胀石墨中并保持面干状态(粉末)，所述固化剂负载粉为固化剂吸附负载于膨胀石墨中，同样保持面干状态(粉末)；
进一步，所述环氧沥青按重量份包括以下组分：所述环氧沥青按重量份包括以下组分：100份基质沥青、0～120份矿粉、11～22份环氧负载粉、1.83～3.63份固化剂负载粉；
进一步，所述环氧沥青按重量份包括以下组分：100份基质沥青、80份矿粉、16.5份环氧负载粉、2.5份固化剂负载粉；
进一步，所述环氧树脂为环氧树脂e-51、环氧树脂e44、环氧树脂e20中的一种或两种以上混合物，所述固化剂为间苯二胺。
本发明还公开一种环氧沥青的制备方法，包括以下步骤：
a.环氧负载粉的制备：a1.将膨胀率250-350ml/g的膨胀石墨在温度为110-180℃下真空干燥2-8h，脱出表面吸附的水分及其他杂质；
a2.将环氧树脂置于温度为110-130℃的烘箱中加热0.4-0.6h后与干燥后的膨胀石墨混合；然后置于温度为110-130℃的烘箱中保持2.5-3.5h，冷却至室温；
b.固化剂负载粉的制备：将固化剂置于温度为75-85℃的烘箱中加热0.4-0.6h后与膨胀石墨混合；然后置于温度为75-85℃的烘箱中保持2.5-3.5h，冷却至室温；
c.将环氧负载粉、固化剂负载粉和矿粉均匀混合后再投入基质沥青中混合均匀；
进一步，步骤a1中，将膨胀率300ml/g的膨胀石墨在温度为120℃下真空干燥4h；
进一步，步骤a2中，将环氧树脂置于温度为120℃的烘箱中加热0.5h后与干燥后的膨胀石墨混合；然后置于温度为120℃的烘箱中保持3h；
进一步，步骤b中，将固化剂置于温度为80℃的烘箱中加热0.5h后与膨胀石墨混合；然后置于温度为80℃的烘箱中保持3h；
进一步，步骤c中，环氧负载粉、固化剂负载粉按照环氧树脂：固化剂＝100:15的质量比混合均匀。
本发明的有益效果：本发明的一种环氧沥青及其制备方法，由于现有技术中环氧沥青是将环氧树脂及固化剂加入热拌沥青中达到改性目的，采用双组分混合的方法，施工中至少需要一个组分预先与热沥青混合，必须两次投料，工艺繁琐，给施工及质量控制带来不便。而本发明环氧沥青是先将环氧树脂、固化剂分别吸附于膨胀石墨中，得到环氧负载粉和固化剂负载粉两种干粉，再按环氧树脂与固化剂的吸附负载量，将两种负载粉按比例计量混合，得到环氧改性剂负载粉(单组分环氧改性剂)。施工时将环氧改性剂负载粉投放料于矿粉或细集料中，按照普通热拌沥青混合料的方法施工即可。沥青混合料高温拌和时，负载粉随矿料均匀分布于混合料中，其携带的环氧树脂和固化剂从膨胀石墨中扩散进入沥青中，再开始固化反应，混合料摊铺压实后最后固化完成。不仅简化了施工工艺、提高了改性剂的分散均匀性；还通过延迟固化反应、降低了拌和阶段的粘度，提高了环氧沥青的工艺可控性；并且广泛适用于各类环氧树脂，且减小了环氧树脂用量，取得经济性或者提高环氧沥青混合料的性能。本发明的环氧树脂在沥青中分散更均匀，相较于传统的环氧沥青具有较好的高温性能、低温性能及黏附性能，针对炎热地区沥青路面的抗车辙能力效果更显著，且简化了施工步骤，具有工艺可控性。
具体实施方式
本实施例的本发明的环氧沥青，所述环氧沥青按重量份包括以下组分：
100份基质沥青、0～120份矿粉、5～44份环氧负载粉、0.75～6.6份固化剂负载粉；所述环氧环氧负载粉为环氧树脂吸附负载于膨胀石墨中并保持面干状态，所述固化剂负载粉为间苯二胺吸附负载于膨胀石墨中并保持面干状态；由于膨胀石墨为固体颗粒，相比于液体的、与沥青相容性差的环氧树脂更易分散均匀。因此，通过沥青混合料的拌和过程，即可使得膨胀石墨在整个沥青混合料中分散均匀，从而使得膨胀石墨负载的环氧树脂在沥青中均匀分散；由于负载型环氧改性剂为一次投入，并且可以与矿粉混合后投入，简化了传统的ab料形式环氧沥青的制备工艺；负载型环氧改性剂室温条件下环氧树脂和固化剂不会接触发生固化反应。投料后，在沥青混合料的热拌和阶段(通常为160℃左右)，负载型环氧改性剂受热作用，环氧树脂和固化剂从膨胀石墨的孔隙中脱附而出，并在沥青中自由扩散，相互接触发生固化反应。脱附和扩散使得环氧沥青的固化时间得以延长，并且可以根据控制脱附和扩散过程的快慢进而控制环氧沥青的固化反应时间，增大了沥青混合料后期摊铺的工艺窗口时间。
本实施例中，所述环氧沥青按重量份包括以下组分：所述环氧沥青按重量份包括以下组分：100份基质沥青、0～120份矿粉、11～22份环氧负载粉、1.83～3.63份固化剂负载粉，该实施例的各项性能较好。
本实施例中，所述环氧沥青按重量份包括以下组分：
100份基质沥青、80份矿粉、16.5份环氧负载粉、2.5份固化剂负载粉，该实施例的各项性能更佳。
本实施例中，所述环氧树脂为环氧树脂e-51。
本实施例的环氧沥青的制备方法，包括以下步骤：
a.环氧负载粉的制备：a1.将膨胀率250-350ml/g的膨胀石墨在温度为110-130℃下真空干燥3.8-4.2h，脱出表面吸附的水分及其他杂质；
a2.将环氧树脂置于温度为110-130℃的烘箱中加热0.4-0.6h后与干燥后的膨胀石墨混合；然后置于温度为110-130℃的烘箱中保持2.5-3.5h，冷却至室温；
b.固化剂负载粉的制备：将固化剂置于温度为75-85℃的烘箱中加热04.-0.6h后与膨胀石墨混合；然后置于温度为75-85℃的烘箱中保持2.5-3.5h，冷却至室温；
c.将环氧负载粉、固化剂负载粉和矿粉均匀混合后再投入基质沥青中混合均匀；在沥青混合料热拌和阶段，将负载型环氧改性剂直接跟随矿粉一起计量投放，进入混合料拌和塔中，不改变热拌沥青混合料的工艺，获得环氧沥青混合料用于路面及桥面的铺装。可适通过当调整沥青混合料的配合比，以获得环氧沥青混合料的最优性能，最终实现高性能的沥青路面结构。简化了施工步骤，具有工艺可控性，可以提高环氧沥青的生产效率，实际制备现场，如用100升的容器最多只能制备100升的传统环氧沥青，而本发明的制备方法100升的容器最多可以制备100升的负载型环氧改性剂，如果按25％的掺量可以制备400l改性沥青，提高了生产效率。
本实施例中，步骤a1中，将膨胀率300ml/g的膨胀石墨在温度为120℃下真空干燥4h；
本实施例中，步骤a2中，将环氧树脂置于温度为120℃的烘箱中加热0.5h后与干燥后的膨胀石墨混合；然后置于温度为120℃的烘箱中保持3h；
本实施例中，步骤b中，将间苯二胺置于温度为80℃的烘箱中加热0.5h后与膨胀石墨混合；然后置于温度为80℃的烘箱中保持3h；
本实施例中，步骤c中，环氧负载粉、固化剂负载粉按照环氧树脂：固化剂＝100:15的质量比混合均匀。
实施例一
本实施例环氧沥青的制备方法，包括以下步骤：
a.环氧负载粉的制备：a1.将膨胀率250ml/g的膨胀石墨在温度为110℃下真空干燥3.8h，脱出表面吸附的水分及其他杂质；
a2.将环氧树脂置于温度为110℃的烘箱中加热0.4h后与干燥后的膨胀石墨混合；然后置于温度为110℃的烘箱中保持2.5h，冷却至室温；
b.固化剂负载粉的制备：将间苯二胺置于温度为75℃的烘箱中加热0.4h后与膨胀石墨混合；然后置于温度为75℃的烘箱中保持2.5h，冷却至室温；
c.将环氧负载粉和固化剂负载粉按照环氧树脂：间苯二胺＝100:15的质量比混合均匀制得环氧改性剂。
(1)负载型环氧沥青胶浆：将12.7份制备好的负载型环氧改性剂与80份矿料混合后投入100份基质沥青中，这样制备的负载型环氧沥青中环氧掺量10％；
参照组：同样按环氧掺量为10％以ab料的方法分别制备普通环氧沥青，粉胶比为0.9；
(2)用动态剪切流变仪分别测试两种环氧沥青胶浆的高温性能。温度在52℃、58℃、64℃、70℃、76℃时参照组和负载型环氧沥青胶浆的抗车辙因子(kpa)分别为23.289、10.126、4.560、2.204、1.124和43.021、20.590、9.288、4.523、2.335。从试验结果可以看出，本发明制备的环氧沥青比参照组高温性能提高了85％～100％。
(3)利用低温测力延度分别测试两种环氧沥青的低温性能。负载型环氧沥青胶浆的最大拉伸力(0.1kn)、最大拉伸位移(mm)和拉伸应变能(0.1n·mm)分别为19.6、25.0和316.83，参照组的最大拉伸力(0.1kn)、最大拉伸位移(mm)和拉伸应变能(0.1n·mm)分别为17.3、19.2和278.42。
(4)采用图像分析方法对黏附性试验的指标进行研究。负载型环氧沥青胶浆对集料的裹覆率为84.66％，而参照组为80.53％。负载型环氧沥青胶浆的黏附性能优于参照组。
实施例二
本实施例环氧沥青的制备方法，包括以下步骤：
a.环氧负载粉的制备：a1.将膨胀率350ml/g的膨胀石墨在温度为130℃下真空干燥4.2h，脱出表面吸附的水分及其他杂质；
a2.将环氧树脂置于温度为130℃的烘箱中加热0.6h后与干燥后的膨胀石墨混合；然后置于温度为130℃的烘箱中保持3.5h，冷却至室温；
b.固化剂负载粉的制备：将间苯二胺置于温度为85℃的烘箱中加热0.6h后与膨胀石墨混合；然后置于温度为85℃的烘箱中保持3.5h，冷却至室温；
c.将环氧负载粉和固化剂负载粉按照环氧树脂：间苯二胺＝100:15的质量比混合均匀制得环氧改性剂。
(1)负载型环氧沥青胶浆：取19份制备好的负载型环氧改性剂与80份矿料混合后投入100份基质沥青中，这样制备的负载型环氧沥青中环氧掺量15％；
参照组：同样按环氧掺量为15％以ab料的方法分别制备普通环氧沥青，粉胶比为0.9；
(2)用动态剪切流变仪分别测试两种环氧沥青胶浆的高温性能。温度在52℃、58℃、64℃、70℃、76℃时参照组和负载型环氧沥青胶浆的抗车辙因子(kpa)分别为26.648、13.009、5.992、2.693、1.379和56.101、26.457、12.881、5.879、2.927。从试验结果可以看出，本发明制备的环氧沥青比参照组高温性能提高了110％～115％。
(3)利用低温测力延度分别测试两种环氧沥青的低温性能。负载型环氧沥青胶浆的最大拉伸力(0.1kn)、最大拉伸位移(mm)和拉伸应变能(0.1n·mm)分别为21.1、20.8和293.37，参照组的最大拉伸力(0.1kn)、最大拉伸位移(mm)和拉伸应变能(0.1n·mm)分别为18.6、14.2和231。
(4)采用图像分析方法对黏附性试验的指标进行研究。负载型环氧沥青胶浆对集料的裹覆率为88.54％，而参照组为84.14％。负载型环氧沥青胶浆的黏附性能优于参照组。
实施例三
本实施例环氧沥青的制备方法，包括以下步骤：
a.环氧负载粉的制备：a1.将膨胀率300ml/g的膨胀石墨在温度为120℃下真空干燥4h，脱出表面吸附的水分及其他杂质；
a2.将环氧树脂置于温度为120℃的烘箱中加热0.5h后与干燥后的膨胀石墨混合；然后置于温度为120℃的烘箱中保持3h，冷却至室温；
b.固化剂负载粉的制备：将间苯二胺置于温度为80℃的烘箱中加热0.5h后与膨胀石墨混合；然后置于温度为80℃的烘箱中保持3h，冷却至室温；
c.将环氧负载粉和固化剂负载粉按照环氧树脂：间苯二胺＝100:15的质量比混合均匀制得环氧改性剂。
(1)负载型环氧沥青胶浆：取25.3份制备好的负载型环氧改性剂与80份矿料混合后投入100份基质沥青中，这样制备的负载型环氧沥青中环氧掺量20％；
参照组：同样按环氧掺量为20％以ab料的方法分别制备普通环氧沥青，粉胶比为0.9；
(2)用动态剪切流变仪分别测试两种环氧沥青胶浆的高温性能。温度在52℃、58℃、64℃、70℃、76℃时参照组和负载型环氧沥青胶浆的抗车辙因子(kpa)分别为30.641、14.377、6.628、3.196、1.625和70.233、32.863、14.486、7.210、3.638。从试验结果可以看出，本发明制备的环氧沥青比参照组高温性能提高了124％～129％。
(3)利用低温测力延度分别测试两种环氧沥青的低温性能。负载型环氧沥青胶浆的最大拉伸力(0.1kn)、最大拉伸位移(mm)和拉伸应变能(0.1n·mm)分别为22.7、15.8和185.25，参照组的最大拉伸力(0.1kn)、最大拉伸位移(mm)和拉伸应变能(0.1n·mm)分别为20.4、8.3和124.75。
(4)采用图像分析方法对黏附性试验的指标进行研究。负载型环氧沥青胶浆对集料的裹覆率为93.32％，而参照组为89.46％。负载型环氧沥青胶浆的黏附性能优于参照组。
实施例四
本实施例环氧沥青的制备方法，包括以下步骤：
a.环氧负载粉的制备：a1.将膨胀率250ml/g的膨胀石墨在温度为130℃下真空干燥3.8h，脱出表面吸附的水分及其他杂质；
a2.将环氧树脂置于温度为130℃的烘箱中加热0.4h后与干燥后的膨胀石墨混合；然后置于温度为130℃的烘箱中保持2.5h，冷却至室温；
b.固化剂负载粉的制备：将间苯二胺置于温度为85℃的烘箱中加热04.-0.6h后与膨胀石墨混合；然后置于温度为75℃的烘箱中保持3.5h，冷却至室温；
c.将环氧负载粉和固化剂负载粉按照环氧树脂：间苯二胺＝100:15的质量比混合均匀制得环氧改性剂。
实施例五
本实施例环氧沥青的制备方法，包括以下步骤：
a.环氧负载粉的制备：a1.将膨胀率350ml/g的膨胀石墨在温度为120℃下真空干燥4h，脱出表面吸附的水分及其他杂质；
a2.将环氧树脂置于温度为110℃的烘箱中加热0.5h后与干燥后的膨胀石墨混合；然后置于温度为130℃的烘箱中保持2.8h，冷却至室温；
b.固化剂负载粉的制备：将间苯二胺置于温度为80℃的烘箱中加热0.5h后与膨胀石墨混合；然后置于温度为80℃的烘箱中保持2.8h，冷却至室温；
c.将环氧负载粉和固化剂负载粉按照环氧树脂：间苯二胺＝100:15的质量比混合均匀制得环氧改性剂。
实施例六
本实施例环氧沥青的制备方法，包括以下步骤：
a.环氧负载粉的制备：a1.将膨胀率250ml/g的膨胀石墨在温度为130℃下真空干燥3.8h，脱出表面吸附的水分及其他杂质；
a2.将环氧树脂置于温度为130℃的烘箱中加热0.4h后与干燥后的膨胀石墨混合；然后置于温度为130℃的烘箱中保持2.5h，冷却至室温；
b.固化剂负载粉的制备：将间苯二胺置于温度为85℃的烘箱中加热04.-0.6h后与膨胀石墨混合；然后置于温度为75℃的烘箱中保持3.5h，冷却至室温；
c.将环氧负载粉和固化剂负载粉按照环氧树脂：间苯二胺＝100:15的质量比混合均匀制得环氧改性剂。
负载型环氧沥青胶浆：取5份制备好的负载型环氧改性剂与100份基质沥青混合。
实施例七
本实施例环氧沥青的制备方法，包括以下步骤：
a.环氧负载粉的制备：a1.将膨胀率250ml/g的膨胀石墨在温度为110℃下真空干燥3.8h，脱出表面吸附的水分及其他杂质；
a2.将环氧树脂置于温度为110℃的烘箱中加热0.4h后与干燥后的膨胀石墨混合；然后置于温度为110℃的烘箱中保持2.5h，冷却至室温；
b.固化剂负载粉的制备：将间苯二胺置于温度为75℃的烘箱中加热0.4h后与膨胀石墨混合；然后置于温度为75℃的烘箱中保持2.5h，冷却至室温；
c.将环氧负载粉和固化剂负载粉按照环氧树脂：间苯二胺＝100:15的质量比混合均匀制得环氧改性剂。
负载型环氧沥青胶浆：将44份制备好的负载型环氧改性剂与120份矿料混合后投入100份基质沥青中。
实施例八
本实施例环氧沥青的制备方法，包括以下步骤：
a.环氧负载粉的制备：a1.将膨胀率350ml/g的膨胀石墨在温度为130℃下真空干燥4.2h，脱出表面吸附的水分及其他杂质；
a2.将环氧树脂置于温度为130℃的烘箱中加热0.6h后与干燥后的膨胀石墨混合；然后置于温度为130℃的烘箱中保持3.5h，冷却至室温；
b.固化剂负载粉的制备：将间苯二胺置于温度为85℃的烘箱中加热0.6h后与膨胀石墨混合；然后置于温度为85℃的烘箱中保持3.5h，冷却至室温；
c.将环氧负载粉和固化剂负载粉按照环氧树脂：间苯二胺＝100:15的质量比混合均匀制得环氧改性剂。
(1)负载型环氧沥青胶浆：取50份制备好的负载型环氧改性剂与50份矿料混合后投入100份基质沥青中。
从上述结果可知，本发明制备的负载型环氧沥青胶浆较普通环氧沥青胶浆高温性能、低温性能及黏附性能均优于参照组，尤其是高温性能达到了成倍提高的效果，对炎热地区沥青路面的抗车辙能力效果显著。
本发明的制备方法简化了传统环氧沥青的制备工艺，提高了环氧树脂在沥青中分散的均匀性，提高了环氧沥青的施工可控性，具有良好的应用前景。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。