一种钢桥面防水粘结层材料及其制备方法与流程

本发明属于道路建设技术领域，具体来说，涉及到一种钢桥面防水粘结层材料及其制备方法。

背景技术：

钢桥结构作为大跨径桥梁的主要形式，在国内外均属于道路建设领域的研究重点。而大跨径桥梁的铺装技术与其使用性能及寿命息息相关。国外对钢桥面铺装技术的研究工作开展较早，在大跨径钢桥结构领域进行了大量的研究。

随着我国交通事业的快速发展，各式各样的桥梁不断涌现，尤其大跨径桥梁桥面铺装技术已成为公路建设中的一项技术难题。在许多报道中，经常有大中钢桥在开放交通一年铺装层就出现了推移、剪切破坏、拥包等病害。其原因之一是桥面铺装设计中未设计防水粘结层或防水粘结层粘结性能不佳所引起。桥面铺装质量的好坏，很大程度上取决于防水粘结层材料的性能及施工质量。

目前，常用的桥面铺装防水粘结层材料可以分为两大类：一类是涂抹类的，如各种改性沥青涂料和高分子聚合物防水粘结剂，例如：SBS聚合物改性沥青涂料。另一类是卷材类防水粘结层材料。防水卷材施工方便快捷，防水效果好。但大多数卷材在施工时需要加热，而加热导致卷材在铺筑过程中封闭了大量的气泡，导致卷材无法与桥面板紧密结合，导致粘结效果不佳。目前防水粘结层材料大多还是以聚合物改性沥青为主，其优点在于防水性好，不足是粘结强度不足，尤其是在钢桥结构中尤为明显。

为了克服现有粘结层材料的不足，许多科研人员开始研究了水性环氧沥青类的防水粘结材料，其优点在于粘结强度高、防水性好、施工粘度高，缺点是现有的乳化沥青多以阳离子型乳化沥青为主，pH一般在2～5之间。而常用的非离子型水性环氧乳化剂也多采用三氟化硼乙醚、无水氯化铝、无水氯化锌等路易斯酸作为催化剂，最后制备的水性环氧也呈现酸性。呈现酸性的水性环氧乳化沥青在钢桥结构中容易对钢桥结构造成腐蚀。

技术实现要素：

本发明提供了一种钢桥面防水粘结层材料及其制备方法，该材料既保留了水性环氧树脂优异的粘结性，又克服了现有水性环氧乳化沥青酸性对钢桥结构造成的腐蚀，且其乳液稳定性好，尺寸分布均匀，施工简单。

本发明所述的一种钢桥面防水粘结层材料的制备方法，所述制备方法具体步骤如下：

1)将2～4质量份的乳液稳定剂加入到40～50质量份水中，在80℃水浴中加热机械搅拌30min，制得稳定剂质量分数为5％～8％乳液稳定剂溶液A，备用；

2)将1.6～5.25质量份非离子型水性环氧乳化剂加入到20～50质量份双酚A型环氧树脂E44中，并于70℃～75℃下机械搅拌30min，搅拌速度为200rpm～600rpm，制得非离子型水性环氧乳化剂含量为8％～15％的环氧乳化剂-环氧树脂混合液B，非离子型水性环氧乳化剂含量优选为12％；

3)保持A和B混合液均为70℃～75℃，向B中滴加A溶液，滴加速度为2～3质量份/min，采用机械搅拌，搅拌速度为500～600rpm，A溶液滴加完毕后，继续在恒温条件下，搅拌1～3h，制得水性环氧乳液C；

4)称取0.09～0.22质量份非离子乳化剂加入C中，在65℃～70℃和搅拌速度为200rpm～600rpm下搅拌10min～15min，制得乳化剂-水性环氧混合物D；

5)将D加入到乳化沥青机中，调整乳化温度为60℃～70℃，缓慢添加5～10质量份110℃～120℃的AH-90沥青，沥青添加速度为1～2质量份/min，保证非离子乳化剂含量为沥青质量的1.8％～2.2％，乳化完毕后制得钢桥面防水粘结层I组分；

6)30％固含量的水溶性改性聚酰胺乳液，作为防水粘结层Ⅱ组分；

7)在使用前将防水粘结层I组分和防水粘结层Ⅱ组分按照质量比1.5～2:1混合，在25℃～40℃下搅拌均匀后制得钢桥面防水粘结层材料。

本发明所述的一种钢桥面防水粘结层材料的制备方法，所述步骤1)中的乳液稳定剂为乳液分层防止剂EE；步骤4)中的非离子乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、多元醇脂肪酸脂、多元醇酯聚氧乙烯醚中的一种。

本发明所述的一种钢桥面防水粘结层材料的制备方法，所述步骤2)中所述的非离子型水性环氧乳化剂的制备方法，具体步骤：

1)将二乙基锌在氮气保护下溶于己烷，配置成浓度为0.1mol/L的催化剂溶液E；

2)将双酚A环氧树脂E44和聚乙二醇6000按照摩尔比为1:1.05的比例混合，然后加热到80℃～90℃，恒温20min～30min，然后在200rpm～300rpm的机械搅拌下恒温搅拌10min，得到E44和PEG6000混合物F；

3)保持F的温度和转速不变，通氮气排净反应容器内的空气后，在氮气保护下滴加二乙基锌摩尔量占混合物F总摩尔量的2％～3.5％所对应的催化剂溶液，保持转速和温度不变，反应2h～4h，制得初始非离子乳化剂G；

4)将G液体降温至35℃～40℃，滴加二乙基锌摩尔量的2.1倍的丙醛，氮气保护下恒温50rpm搅拌1h后，将温度提高到80℃，转速提高到300rpm～400rpm，继续搅拌1h～2h，制得非离子型水性环氧乳化剂。

本发明所述的一种钢桥面防水粘结层材料的制备方法，所述氮气保护具体过程为：氮气经二氧化硅干燥器后进入反应器，由反应器经过活性炭吸附器后排出到空气中。

与现有技术相比，本发明所述钢桥面防水粘结层材料的制备方法具有以下有益效果：

1)该方法所采用的水性环氧树脂乳液作为分散介质进行沥青乳化，所制备的水性环氧沥青存储稳定性好，尺寸较为均一；

2)该方法制备非离子型水性环氧乳化剂是所采用的方法有效的避免了催化剂残留所引起的非离子型水性环氧乳化剂呈现酸性，进而解决了水性环氧涂料在钢桥路面中应用的难题；

3)该方法所制备的非离子水性环氧乳化剂避免了目前非离子环氧乳化剂合成中催化剂三氟化硼乙醚和无水氯化铝分解产生的有毒物质三氟化硼气体和氯化氢气体，有利于实验人员的安全。

附图说明

图1为实施例1所得水性环氧树脂乳液粒径分布图。图2为实施例2所得添加稳定剂的水性环氧树脂乳液粒径分布图。图3为实施例3所得水性环氧沥青乳液粒径分布图。图4为实施例4所得水性环氧沥青乳液粒径分布图。图5为实施例3所得水性环氧沥青扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明所述钢桥面防水粘结层材料及其制备方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

1、非离子型水性环氧乳化剂的制备：

称取7.84g环氧树脂E44和126g聚乙二醇6000加入到四口烧瓶中，将四口烧瓶置于85℃水浴锅中，安装机械搅拌装置，在氮气保护下恒温30min，然后开启机械搅拌装置，设定转速为300rpm，恒温搅拌10min；用恒压滴定漏斗滴定12.15ml的0.1mol/L二乙基锌己烷溶液，并保持转速和温度不变反应3h；将液体降温至40℃，用移液枪加入185μl的丙醛，恒温且搅拌转速为50rpm下反应1h；将水浴锅温度提高到80℃，转速提高到400rpm，搅拌1h后出料，制得的无色透明粘稠状液体则为非离子型水性环氧乳化剂，冷却后为结晶状白色固体，加热到50℃以上即可恢复流动性。

2、水性环氧树脂乳液的制备：

称取12g非离子水性环氧树脂乳化剂，加入到含有86g E44的三口烧瓶中，在70℃和转速为600rpm机械搅拌下30min，用恒压滴定漏斗滴定150g去离子水，滴加速度为5ml/min，滴加完毕后恒温恒转速条件下继续搅拌1h，即制得水性环氧树脂乳液。

本实例制得的固含量为40％的水性环氧乳液性能如下：

pH：pH精密试纸测定，6.8～7.0；

粘度：旋转粘度仪25℃测试，13.5mPa·s；

粒度：粒度分布仪测定，0.371μm，粒径主要分布范围为0.12-0.95μm；

机械稳定性：3500rpm，30min，不分层；

存储稳定性：≥6个月；

冻融稳定性：-18℃下放置2h，25℃中融化2h，循环5次，乳液不分层；

电解质稳定性：加入5％的固体氯化钙粉末，静止48h，不分层不聚沉；

热稳定性：40℃放置20min，冷却至25℃，循环5次，不分层不聚沉。

实施例2

按照实施例1制备非离子型环氧乳化剂，将实施例1中水性环氧乳液合成中的去离子水换成同质量的含有稳定剂质量分数为5％乳液稳定剂溶液，其他条件不变，制备出含有稳定剂的水性环氧树脂乳液。

本实例所制备的固含量为43％的含有稳定剂的水性环氧乳液性能如下：

pH：pH精密试纸测定，6.8～7.0；

粘度：旋转粘度仪25℃测试，15.1mPa·s；

粒度：粒度分布仪测定，0.395μm，粒径主要分布范围为0.14～1.012μm；

机械稳定性：3500rpm，30min，不分层；

存储稳定性：≥6个月；

冻融稳定性：-18℃下放置2h，25℃中融化2h，循环5次，乳液不分层；

电解质稳定性：加入5％的固体氯化钙粉末，静止48h，不分层不聚沉；

热稳定性：40℃放置20min，冷却至25℃，循环5次，不分层不聚沉。

实施例3

按照实施例2制备出含有稳定剂的水性环氧乳液250g；称取0.3g的非离子乳化剂平平加15加入上述水性环氧乳液中，在70℃和600rpm下搅拌10min后将其加入到沥青乳化机中，缓慢加入110℃的壳牌AH-90(90#沥青)15g，滴加速度为3～5g/min，乳化结束后制得水性环氧乳化沥青乳液。

将50g的30％固含量的水溶性改性聚酰胺乳液与100g的水性环氧乳化沥青乳液在40℃下200rpm下搅拌20min～30min，制得钢桥面防水粘结层材料。

本实例所制备的固含量为46.5％的水性环沥青乳液性能如下：

pH：pH精密试纸测定，6.8～7.0；

粘度：旋转粘度仪25℃测试，31.9mPa·s；

粒度：粒度分布仪测定，2.199μm，粒径主要分布范围为0.21～12.87μm；

机械稳定性：2500rpm，30min，不分层；

存储稳定性：≥1个月。

本实例所制备的桥面防水粘结层材料液性能如下：

附着力测试：3.14MPa(25℃拉拔强度)；

抗剪强度：25℃下抗剪强度实验为3.66MPa；

表干时间：2.5h(25℃下)；

实干时间：18h(25℃下)。

实施例4

按照实施例2制备出含有稳定剂的水性环氧乳液250g；称取0.3g的非离子乳化剂千层塔型香豆酸酯加入上述水性环氧乳液中，在70℃和600rpm下搅拌10min后将其加入到沥青乳化机中，缓慢加入110℃的壳牌AH-90(90#沥青)15g，滴加速度为3～5g/min，乳化结束后制得水性环氧乳化沥青乳液。

将50g的30％固含量的水溶性改性聚酰胺乳液与100g的水性环氧乳化沥青乳液在40℃下200rpm下搅拌20min～30min，制得钢桥面防水粘结层材料。

本实例所制备的固含量为46.5％的水性环沥青乳液性能如下：

pH：pH精密试纸测定，6.8～7.0；

粘度：旋转粘度仪25℃测试，33.2mPa·s；

粒度：粒度分布仪测定，2.431μm，粒径主要分布范围为1.31～3.43μm；

机械稳定性：2500rpm，30min，不分层；

存储稳定性：≥1个月。

本实例所制备的桥面防水粘结层材料液性能如下：

附着力测试：3.28MPa(25℃拉拔强度)；

抗剪强度：25℃下抗剪强度实验为3.87MPa；

表干时间：2.0h(25℃下)；

实干时间：14h(25℃下)。