一种涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及桥面铺装材料技术领域，尤其是涉及一种涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料及其制备方法。

背景技术

随着我国交通建设的快速发展，越来越多的桥梁被建成使用，作为重要的交通枢纽，其重要性不言而喻。桥面铺装是铺覆在桥面的一层具有保护桥梁结构、分布车轮集中载荷、满足行车功能的结构材料，其结构自上而下通常包括沥青混凝土磨耗层，防水粘结应力吸收层，高强度混凝土及桥面钢板。

桥面铺装为多层材料组合，各层材料性能不同，材料存在差异，协调变形能力差，层间粘结性能差易脱粘，导致结构失效，病害发生。由于铺装层材料与钢板粘结和抗剪强度低，层间剪应力大于抗剪强度造成推移、拥抱破坏，由于低温收缩及老化作用，材料韧性不足和抗疲劳性能降低导致层间开裂，归根结底都是材料失效的原因。此外，水是造成钢桥面破坏的最直接，最重要原因之一，水分下渗，导致钢桥面板生锈，水泥混凝土桥面强度降低，缩短桥梁使用寿命。

目前我国桥面铺装防水粘结应力吸收层多使用单层结构改性沥青同步碎石封层，防水抗变形能力强，同时能够承受上部传递的荷载，但存在两方面问题。首先，雨水下渗直接作用于防水粘结层，其在防水的同时，也在承受水的侵蚀，尤其是沥青材料的水侵蚀问题更为严重，导致防水粘结层与上层沥青磨耗层粘结失效。其次，沥青类粘结层与上下层粘结效果并不突出，容易产生铺装层间错位推移，因而后期发展出环氧沥青类材料，但脆性较大，耐冲击性能弱。解决沥青类防水粘结应力吸收层由于恶劣环境及自身粘结效果差，导致的铺装结构失效的问题，尤为突出。

发明内容

本发明的目的是提供一种涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料及其制备方法，可以解决沥青类碎石封层与上下铺装层间失效失粘的问题，同时阻滞沥青类粘结层老化及水侵蚀的发生，延长桥面服役周期，具有重要的经济效益。

为实现上述目的，本发明提供了一种涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料，以重量百分比计，包括材料混合物C，所述材料混合物C由94～97％的材料混合物A和3～6％的材料混合物B组成。

优选的，所述材料混合物A的组成为：环氧树脂45～55％、液态聚硫橡胶6～8％、碳酸钙13～16％、无水硅酸铝15～18％、钛白粉5～7％、气相白炭黑1～2％、酚醛树脂2～3％、偶联剂0.5～1％，重量份数之和为100％。

优选的，所述材料混合物B的组成为：过氧化铝35～40％、邻苯二甲酸二丁酯30～35％、2-乙基-4-甲基咪唑20～25％、硬脂酸3～5％，重量份数之和为100％。

优选的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E51，环氧值0.48～0.54。

优选的，所述液态聚硫橡胶为JLY-121，平均分子量为1000，硫醇基5.9～7.7％。

优选的，所述偶联剂为KH-560(γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)。

一种涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料的制作方法，包含以下步骤：

(1)将环氧树脂、液态聚硫橡胶按比例加入到搅拌反应釜中，油浴加热至100～160℃，搅拌均匀后，按比例加入补强填料及偶联剂，机械搅拌1h～2.5h，搅拌速率50～100r/min，得材料混合物A；

(2)将过氧化铝、邻苯二甲酸二丁酯、硬脂酸和2-乙基-4-甲基咪唑按比例称量后，将各材料混掺搅拌，室温停放6h～24h，投入三辊研磨机上混合，经数次薄通使之成均匀膏状，得材料混合物B；

(3)使用前，将材料混合物A和材料混合物B按比例称量，经高速搅拌剪切混合均匀即得高粘高韧防水粘结材料，涂刷均匀即可。

优选的，所述补强填料为碳酸钙、无水硅酸铝、钛白粉、气相白炭黑和酚醛树脂的混合物。

本发明的运作原理及积极效果：

环氧树脂具有优异的粘结性能，将其涂敷在防水粘结层的上下面，可有效增加桥面铺装层间的粘结强度。但环氧树脂在固化后形成高密度交联网络结构，分子链间缺少滑动，再加上C-C键、C-O键得键能较小，表面能较高，致使树脂内应力较大，性脆及延展性低，抗冲击性能减弱，易产生裂纹。因此，本发明中对环氧树脂进行增韧处理，通过添加与环氧树脂泊松比不同的聚硫橡胶，使材料受冲击时，应力场不均匀，使橡胶诱发产生大量银纹和剪切带，吸收大量能量，使环氧树脂韧性显著提高。使用补强填料，不仅提高材料内聚力，提高部分性能指标，而且可显著降低材料成本，使防水粘结材料更具经济性。

本发明原料易得，加工工艺简单，生产后的产品以A、B两组分单独存放，使用时，简单搅拌均匀，涂刷在桥面铺装层间即可。具有保护防水粘结层，增强桥面铺装结构层间粘结强度，提高层间协同变形的能力，阻滞防水粘结层老化及水侵蚀，用量小，效果好，具有显著的经济效益。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一种涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料及其制备方法实施例的桥面铺装示意图；

其中，1、桥梁钢板；2、水泥混凝土；3、高粘高韧防水粘结层；4、同步碎石防水粘结应力吸收层；5、高粘高韧防水粘结层；6、沥青混凝土铺装层。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例中未注明条件者，按照常规条件或制造商建议进行，所用试剂或仪器未注册生产厂商者，均为可以通过市场购买获得常规产品。

本发明提供了一种涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料，以重量百分比计，包括材料混合物C，所述材料混合物C由94～97％的材料混合物A和3～6％的材料混合物B组成。所述材料混合物A的组成为：环氧树脂45～55％、液态聚硫橡胶6～8％、碳酸钙13～16％、无水硅酸铝15～18％、钛白粉5～7％、气相白炭黑1～2％、酚醛树脂2～3％、偶联剂0.5～1％，重量份数之和为100％。所述材料混合物B的组成为：过氧化铝35～40％、邻苯二甲酸二丁酯30～35％、2-乙基-4-甲基咪唑20～25％、硬脂酸3～5％，重量份数之和为100％。

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E51，环氧值0.48～0.54。

所述液态聚硫橡胶为JLY-121，平均分子量为1000，硫醇基5.9～7.7％。

所述偶联剂为KH-560(γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)。

一种涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料的制作方法，包含以下步骤：

(1)将环氧树脂、液态聚硫橡胶按比例加入到搅拌反应釜中，油浴加热至100～160℃，搅拌均匀后，按比例加入补强填料及偶联剂，机械搅拌1h～2.5h，搅拌速率50～100r/min，得材料混合物A；其中补强填料为碳酸钙、无水硅酸铝、钛白粉、气相白炭黑和酚醛树脂的混合物。

(2)将过氧化铝、邻苯二甲酸二丁酯、硬脂酸和2-乙基-4-甲基咪唑按比例称量后，将各材料混掺搅拌，室温停放6h～24h，投入三辊研磨机上混合，经数次薄通使之成均匀膏状，得材料混合物B。

(3)使用前，将材料混合物A和材料混合物B按比例称量，经高速搅拌剪切混合均匀即得高粘高韧防水粘结材料，涂刷均匀即可。

使用上述方法制备的涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料进行桥面铺装，结构示意图如图1所示，铺装工序为在桥梁钢板1上铺设水泥混凝土2，在水泥混凝土2上铺设高粘高韧防水粘结层3，然后铺设同步碎石防水粘结应力吸收层4，上表面铺设高粘高韧防水粘结层5，最后铺设沥青混凝土铺装层6。

实施例1：

本实施例提供一种涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料，以重量百分含量计，由以下原料组成：

材料混合物A的组成为：环氧树脂45％、液态聚硫橡胶8％、碳酸钙16％、无水硅酸铝18％、钛白粉7％、气相白炭黑2％、酚醛树脂3％、偶联剂1％。

材料混合物B的组成为：过氧化铝37％、邻苯二甲酸二丁酯34％、2-乙基-4-甲基咪唑26％、硬脂酸3％。

材料混合物C的组成为：材料混合物A为95％，材料混合物B为5％。

按照上述配方，本实施例的涂刷式桥面铺装高粘高人防水粘结材料的制备方法按照以下步骤进行：

(1)将50g环氧树脂、8g液态聚硫橡胶加入到搅拌反应釜中，油浴加热至120℃，搅拌均匀后，按比例加入补强填料及偶联剂，机械搅拌1h，搅拌速率60r/min，得材料混合物A。

(2)将37g过氧化铝、34g邻苯二甲酸二丁酯、4g硬脂酸和25g2-乙基-4-甲基咪唑按比例称量后，将各材料混掺搅拌，室温停放24h，投入三辊研磨机上混合，经数次薄通使之成均匀膏状，得材料混合物B。

(3)使用前，将95g材料混合物A组分和5g材料混合物B组分按比例称量，经高速搅拌剪切混合均匀即得高粘高韧防水粘结材料，涂刷均匀即可。

本实施例所制桥面铺装高粘高韧防水粘结材料的编号为1#。

实施例2：

本实施例提供一种涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料，以重量百分含量计，由以下原料组成：

材料混合物A的组成为：环氧树脂50％、液态聚硫橡胶8％、碳酸钙16％、无水硅酸铝16％、钛白粉5％、气相白炭黑1％、酚醛树脂3％、偶联剂1％。

材料混合物B的组成为：过氧化铝36％、邻苯二甲酸二丁酯35％、2-乙基-4-甲基咪唑25％、硬脂酸4％。

材料混合物C的组成为：材料混合物A为96％，材料混合物B为4％。

按照上述配方，本实施例的涂刷式桥面铺装高粘高人防水粘结材料的制备方法与实施例1相同。

本实施例所制桥面铺装高粘高韧防水粘结材料的编号为2#。

实施例3：

本实施例提供一种涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料，重量百分含量计，由以下原料组成：

材料混合物A的组成为：环氧树脂55％、液态聚硫橡胶8％、碳酸钙13％、无水硅酸铝15％、钛白粉5％、气相白炭黑1％、酚醛树脂2.5％、偶联剂0.5％。

材料混合物B的组成为：过氧化铝35％、邻苯二甲酸二丁酯35％、2-乙基-4-甲基咪唑25％、硬脂酸5％。

材料混合物C的组成为：材料混合物A为94％，材料混合物B为6％。

按照上述配方，本实施例的涂刷式桥面铺装高粘高人防水粘结材料的制备方法与实施例1相同。

本实施例所制桥面铺装高粘高韧防水粘结材料的编号为3#。

对比例1：

本对比例提供一种防水粘结材料，以重量份数计，由以下原料组成：环氧树脂96％，2-乙基-4-甲基咪唑4％。本对比例所制粘结材料的编号为4#。

对比例2：

本对比例提供一种防水粘结材料，以重量份数计，由以下原料组成：环氧树脂91％，液态聚硫橡胶5％，2-乙基-4-甲基咪唑4％。本对比例所制粘结材料的编号为5#。

对比例3：

本对比例提供一种防水粘结材料，以重量份数计，由以下原料组成：基质沥青95％，SBS5％，经高速剪切后，制得改性沥青。本对比例所制粘结材料的编号为6#。

性能测试：

按确定的配比进行称量后混合后，将配好的粘结材料倒入模具中，固化后自然冷却，然后取出浇注件；用砂轮切削机将浇注件切削成合乎要求的冲击试件和弯曲试件；用配好的胶粘剂粘结钢/钢拉伸剪切标准试件。试验结果见表1。

表1粘结材料强度试验对比结果

测试方法：

1、冲击试验GB/T 1843-2008

2、弯曲试验GB/T 9341-2008

3、拉伸剪切试验GB/T 7124-2008

从以上对比试验可以看出，本发明一种涂刷式桥面铺装高粘高韧防水粘结材料，与常规环氧树脂胶粘剂及改性沥青类材料相比，具有优异得粘结强度及弯曲韧性，所用原材料相互协同作用，相辅相成，增强了本粘结材料的作用效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。