本发明涉及道路桥梁施工用材料及其制备方法，具体涉及一种高韧性冷拌环氧沥青粘结剂材料及其制备方法。
背景技术：
在桥面铺装过程中，设置防水粘结层是确保桥面铺装结构耐久性的重要措施之一。在桥面铺装过程中，为了防止水分渗入桥面，腐蚀混凝土中的钢筋或钢桥面板，威胁桥梁安全，铺装防水粘结层将桥面板和铺装层粘结成一个整体，不仅改善桥面板与铺装层的受力情况，还能够防止水分渗入。
用于钢桥面铺装粘结层的材料主要有热熔型粘结材料，溶剂型粘结材料和热固性粘结材料。热熔型粘结材料由沥青掺加树脂(如松香)和各种高分子材料(如乙烯－乙酸乙烯(醋酸乙烯)酯共聚物、聚乙烯和丁苯橡胶等)组成。热熔型粘结材料具有一定的变形能力，对钢板变形具有跟随能力，也具有良好的防水作用。然而，此种材料在高温下容易变软，粘结力下降。而且，热熔型材料必须在施工前充分融化，升温至规定的温度后搅拌均匀，再用沥青撒布车均匀撒布，施工难度相对较大。施工前的预热也会降低热熔型粘结材料的粘结效果。溶剂型粘结材料一般多指乳化沥青和可溶性橡胶沥青，其缺点是高温易软化，且材料内部含有热敏性物质，遇摊铺高温时会释放出气体，从而使铺装层产生气泡。
热固性粘结材料指环氧沥青。环氧沥青是一种以热固性环氧树脂改性沥青材料，使热塑性的沥青从根本上转变为热固性材料，赋予环氧沥青优良的力学强度、柔韧性、耐疲劳性能、耐高温性能以及抗腐蚀性能等特点。环氧沥青无论在粘结力、变形能力、还是在热稳定性方面，都具有显著优势。环氧沥青材料价格昂贵，尤其是进口环氧沥青价格通常在5-6万元/吨。而且，热固性环氧沥青施工工艺复杂，需在高温下(190℃左右)使用专门的喷洒设备进行施工。因此，有必要开发可于常温拌和施工的环氧沥青粘结剂用于路桥的防水与粘结。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种高韧性冷拌环氧沥青粘结剂及其制备方法，该冷拌环氧沥青材料具有优良的粘结性能、力学强度、柔韧性、可室温拌和施工、养护时间短等特点，主要适用于桥面防水粘结层铺装。
本发明提出了一种高韧性冷拌环氧沥青粘结剂，包括组分a和组分b，组分a包括环氧树脂、稀释剂和增韧剂，组分b包括固化剂、沥青、稀释剂、相容剂和消泡剂。
组分a中各组份重量份为：
环氧树脂100份
增韧剂5-20份
稀释剂10-30份
组分b中各组份重量份为：
其中，组分a和组分b的质量比例为100：110-100：200。
优选的，所述的环氧树脂为液体双酚a型缩水甘油醚环氧树脂。
优选的，所述的增韧剂为支化端羧基丁腈橡胶(b-ctbn)，结构式如下：
优选的，所述的固化剂为低分子量聚酰胺，其结构式如下：
优选的，所述的沥青为sbs改性沥青。
优选的，所述的组分b稀释剂为沥青的良溶剂，包括丙酮、甲苯、二甲苯、二氯丙烷、四氯乙烯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或几种的混合物。
优选的，所述的相容剂为含环氧基和脂肪长链的硬脂酸或硬脂酸酯，包括环氧大豆油、环氧硬脂酸、环氧硬脂酸酯、环氧油酸、环氧油酸酯、环氧亚油酸、环氧亚油酸酯和聚环氧乙烷硬脂酸中的一种或几种的混合物。
优选的，所述的消泡剂为聚硅氧烷消泡剂。
本发明还公开了一种制备上述高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的方法，包括下列步骤：
组分a的制备：将环氧树脂、稀释剂和增韧剂混合，加热到40-60℃，以200-500转/分钟的速率搅拌1-6小时，冷却至室温得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的组分a。
组分b的制备：将沥青加热至110-135℃熔融。称取沥青和稀释剂并混合，以200-500转/分钟的速率搅拌0.5-2小时至沥青完全溶解。冷却至40℃以下，加入固化剂、相容剂和消泡剂，以200-500转/分钟的速率搅拌1-4小时，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的组分b。
一种高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的具体应用方法，它是将组分a与组分b于室温混合，以500～900转/分钟的速率迅速搅拌3-5分钟，得到高韧性冷拌环氧沥青的混合物。
优选的，组分a中增韧剂的制备方法为：以三羟甲基丙烷为核心，将端羧基丁腈橡胶、三羟甲基丙烷、催化剂和环己烷混合，其中三羟甲基丙烷和端羧基丁腈橡胶的摩尔比为3:4，回流反应1-8小时，反应结束后通过减压蒸馏脱除溶剂。采用乙醚洗涤并通过索氏提取除去残留溶剂、小分子副产物和未反应单体，最后将提取物置于真空烘箱中烘干，得到b-ctbn。
本发明所产生的有益效果包括：
(1)施工工艺简单，以低分子量聚酰胺为固化剂，可在常温下拌和施工，节能环保；
(2)力学性能优良，采用支化的丁腈橡胶增韧环氧沥青，在保证环氧沥青材料强度的基础上显著提高环氧沥青材料的柔韧性；
(3)适用范围广，不仅适用于钢桥面防水粘结层铺装，还可用于城市高架桥、水泥混凝土桥面、隧道、高速公路等路面的粘结与防水。
具体实施方式
下面用实例进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不仅限于实施例子。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改也包括在本发明保护范围之内。
增韧剂b-ctbn的制备方法如下：
实施例1：
以三羟甲基丙烷为核心，将端羧基丁腈橡胶、三羟甲基丙烷、酯化反应催化剂和溶剂环己烷混合，其中三羟甲基丙烷和端羧基丁腈橡胶的摩尔比为3:4，催化剂用量为端环氧基丁腈橡胶和三羟甲基丙烷质量之和的1％，环己烷的质量为端羧基丁腈橡胶和三羟甲基丙烷质量之和的10倍，在机械搅拌下回流反应3h，反应结束后通过减压蒸馏脱除环己烷。冷却至室温后采用乙醚洗涤3次，将沉淀物通过索氏提取24h以除去残留的溶剂、小分子副产物和未反应单体。将提取物置于真空烘箱中烘干，得到b-ctbn。
高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的制备方法如下：
实施例2：
称取100份(质量份，下同)液体双酚a型缩水甘油醚环氧树脂(e51)、5份b-ctbn、15份辛基缩水甘油醚，加热到40℃，以300转/分钟的速率搅拌2小时，冷却至室温，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的组分a。
将sbs改性沥青置于鼓风烘箱中，于110℃加热熔融2小时。称取90份sbs改性沥青和35份二氯丙烷，以300转/分钟的速率搅拌2小时。冷却至40℃以下，加入100份低分子量聚酰胺、30份环氧硬脂酸和1份聚硅氧烷，以300转/分钟的速率搅拌1小时，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的组分b。
将100份组分a和150份组分b在室温下混合，以800转/分钟的速率搅拌5分钟，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的混合物。取上述混合物浇入聚四氟乙烯模具中，常温固化36小时，脱模后得到冷拌环氧沥青固化物哑铃型试样，用于力学性能测试。力学性能测试条件为23±2℃，拉伸速率为10mm/min。采用拉拔仪测试粘结强度。拉伸和拉拔测试结果见附表1。
实施例3：
称取100份e51、12份b-ctbn和10份丁基缩水甘油醚，加热到60℃，以300转/分钟的速率搅拌2小时，冷却至室温，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的组分a。
将sbs改性沥青置于鼓风烘箱中，于120℃加热熔融1.5小时。称取60份sbs改性沥青和25份邻苯二甲酸二辛酯，以200转/分钟的速率搅拌2小时。冷却至40℃以下，加入100份低分子量聚酰胺、15份环氧大豆油和0.5份聚硅氧烷，以500转/分钟的速率搅拌1小时，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的组分b。
将100份组分a和200份组分b在室温下混合，以500转/分钟的速率搅拌5分钟，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的混合物。取上述混合物浇入聚四氟乙烯模具中，常温固化24小时，脱模后得到冷拌环氧沥青固化物哑铃型试样，用于力学性能测试。力学性能测试条件为23±2℃，拉伸速率为10mm/min。采用拉拔仪测试粘结强度。拉伸和拉拔测试结果见附表1。
实施例4：
称取100份e51、20份b-ctbn和30份12-14烷基缩水甘油醚，加热到50℃，以200转/分钟的速率搅拌6小时，冷却至室温，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的组分a。
将sbs改性沥青置于鼓风烘箱中，于135℃加热熔融1小时。称取150份sbs改性沥青和70份邻苯二甲酸二辛酯，以500转/分钟的速率搅拌0.5小时。冷却至40℃以下，加入100份低分子量聚酰胺、55份环氧硬脂酸酯和2份聚硅氧烷，以200转/分钟的速率搅拌4小时，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的组分b。
将100份组分a和110份组分b在室温下混合，以900转/分钟的速率搅拌3分钟，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的混合物。取上述混合物浇入聚四氟乙烯模具中，常温固化24小时，脱模后得到冷拌环氧沥青固化物哑铃型试样，用于拉伸性能测试。拉伸性能测试条件为23±2℃，拉伸速率为10mm/min。采用拉拔仪测试粘结强度。拉伸和拉拔测试结果见附表1。
实施例5：
称取100份e51、10份b-ctbn和30份辛基缩水甘油醚，加热到40℃，以400转/分钟的速率搅拌3小时，冷却至室温，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的组分a。
将sbs改性沥青置于鼓风烘箱中，于120℃加热熔融1.5小时。称取120份sbs改性沥青和50份四氯乙烯，以300转/分钟的速率搅拌2小时。冷却至40℃以下，加入100份低分子量聚酰胺、40份环氧油酸酯和1.5份聚硅氧烷，以300转/分钟的速率搅拌2小时，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的组分b。
将100份组分a和120份组分b在室温下混合，以900转/分钟的速率搅拌3分钟，得到高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的混合物。取上述混合物浇入聚四氟乙烯模具中，常温固化24小时，脱模后得到冷拌环氧沥青固化物哑铃型试样，用于拉伸性能测试。拉伸性能测试条件为23±2℃，拉伸速率为10mm/min。采用拉拔仪测试粘结强度。拉伸和拉拔测试结果见附表1。
附表1高韧性冷拌环氧沥青粘结剂的力学性能