一种机场道面用热拌环氧沥青铺装材料及其制备方法

技术领域

本发明属于铺装材料技术领域，具体涉及一种机场道面用热拌环氧沥青铺装材料及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，航空运输在综合交通运输体系中所占比重不断上升。机场作为航空运输和城市发展的重要基础设施，规模日益增大。相较于公路路面，机场跑道所承受的飞机荷载较大，尤其是空客A380等大型客机的出现及旅客吞吐量的增长，在机轮荷载、道面施工缺陷以及气候环境变化等因素的作用下，机场道面会产生不同程度的材料疲劳损伤与结构功能衰弱，这些病害会逐渐延伸，影响飞行安全、降低经济效益。而环氧沥青由环氧树脂、基质沥青、固化剂以及其他外加剂等材料按照一定比例掺配而成，在固化剂作用下树脂中的环氧基打开发生固化反应，形成三维空间网络结构，该结构将沥青包裹在内，沥青性质从热塑性转变为热固性，环氧沥青表现出高强度、良好的耐高温性能、优异的耐化学侵蚀性和抗疲劳性能，目前已广泛应用于大型桥梁的桥面铺装和部分公路、城市道路中。现阶段我国环氧沥青的应用主要集中于美国环氧沥青及日本环氧沥青，但此二者价格昂贵，经济成本较高，且温拌环氧沥青粘度增长快，施工和易性差，存在无法提供足够的时间以供混合料拌和、运输、摊铺和压实等缺陷。

因此，有必要发明一种机场道面用环氧沥青铺装材料以提高机场沥青道面的抗车辙性能，减少道面病害的发生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种机场道面用热拌环氧沥青铺装材料的制备方法。该方法利用加热后的环氧数值与固化剂反应形成三维立体空间网络结构包裹基质沥青，使得沥青的性质从热塑性转变为热固性，最终制备的热拌环氧沥青铺装材料表现出高强度、良好的耐高温性能、优异的耐化学侵蚀性和抗疲劳性能，改善现有机场道面抗车辙、抗疲劳性能不足的缺陷，减少病害的产生。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种机场道面用热拌环氧沥青铺装材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将各集料分别在120℃～150℃下烘干，然后按比例配料并放置在170℃～190℃下保温；

步骤二、将环氧树脂与固化剂分别加热至60℃，将基质沥青加热至160℃～170℃；

步骤三、将步骤一中保温的各集料混合均匀，得到混合集料；

步骤四、将步骤二中经加热后的环氧树脂与固化剂混合搅拌均匀，得到环氧混合液，然后将环氧混合液加入步骤二中经加热后的基质沥青中拌合均匀，得到环氧沥青；

步骤五、将步骤四中得到的环氧沥青投放到步骤三中得到的混合集料中在150℃～170℃下搅拌，得到混合料；

步骤六、将步骤五中得到的混合料摊铺碾压成型，然后进行养生处理得到热拌环氧沥青铺装材料。

本发明将环氧树脂与固化剂通常采用水浴或烘箱分别加热至60℃，将基质沥青加热至160℃～170℃以提高其流动性，然后将环氧树脂与固化剂混合搅匀并加入加热后的基质沥青中搅匀，在固化剂作用下，环氧树脂中的环氧基团打开发生不可逆的固化交联反应，并形成三维立体空间网络结构，该结构将基质沥青牢牢包裹在内，限制基质沥青的流动，使得固化后形成的不溶聚合物即环氧沥青在高温条件下无法再次熔融，从而使得沥青的性质从热塑性转变为热固性，因此相较于其他道面材料，本发明制备的热拌环氧沥青铺装材料表现出高强度、良好的耐高温性能、优异的耐化学侵蚀性和抗疲劳性能，改善现有机场道面抗车辙、抗疲劳性能不足的缺陷，减少病害的产生。同时，因固化剂因素，本发明的环氧沥青粘度增长较慢，180℃下施工容留时间超过150min，施工过程容易控制，克服了现有温拌环氧沥青施工和易性差、可操作时间短，无法提供足够的时间以供混合料拌和、运输、摊铺和压实等缺陷。

本发明步骤一中所述各集料均符合民用机场沥青道面施工技术规范的各项指标要求。

上述的一种机场道面用热拌环氧沥青铺装材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述环氧树脂为双酚A(二酚基丙烷)型环氧树脂及其改性树脂和衍生物中的一种。

上述的一种机场道面用热拌环氧沥青铺装材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述环氧树脂中加入缩水甘油醚类、脂肪族甘油及其衍生物中的一种作为稀释剂。

上述的一种机场道面用热拌环氧沥青铺装材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述固化剂为高温型多胺类固化剂，对应步骤四中制备的环氧沥青在150min内粘度仍在3Pa·s以下。本发明通过选择高温型多胺类固化剂，使得环氧沥青粘度增长较慢，有效延长了施工容留时间。

上述的一种机场道面用热拌环氧沥青铺装材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述基质沥青为70号基质沥青、90号基质沥青或SBS改性沥青。

上述的一种机场道面用热拌环氧沥青铺装材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述环氧树脂与固化剂的质量份数之比为25～30:20，环氧树脂和固化剂的总质量份数与基质沥青的质量份数之比为30～40:70；所述拌合的温度为160℃～170℃。相较于钢桥面铺装要求而言，机场道面环氧沥青铺装材料所要求的力学性能较低，本发明从力学角度出发，通过控制环氧树脂与固化剂、基质沥青的质量份数比例，在保证铺装材料高强度力学性能的同时，控制原料的使用量，兼顾了材料的性能要求和经济性。

上述的一种机场道面用热拌环氧沥青铺装材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述环氧沥青满足23℃下的拉伸强度为1.0MPa以上，断裂伸长率为100％以上。

上述的一种机场道面用热拌环氧沥青铺装材料的制备方法，其特征在于，步骤六中所述养生处理的过程为：先在60℃下养生3d，然后在40℃下养生6d，再在25℃下养生12d。

上述的一种机场道面用热拌环氧沥青铺装材料的制备方法，其特征在于，步骤六中所述热拌环氧沥青铺装材料满足：高温性能指标中固化完成后动稳定度为12000次/mm以上，未固化动稳定度为2000次/mm以上，低温性能指标中最大弯拉应变大于2000με，水稳定性指标中残留稳定度大于85％，劈裂强度比大于80％，初始未固化试件的稳定度沥青混凝土大于12KN，沥青玛蹄脂碎石混合料大于8KN，固化完成试件的稳定度沥青混凝土大于20KN，沥青玛蹄脂碎石混合料大于15KN。

另外，本发明还公开了一种如上述的方法制备的机场道面用热拌环氧沥青铺装材料。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明将加热后的环氧树脂与固化剂加入加热后的基质沥青中搅匀，通过不可逆反应形成三维立体空间网络结构包裹基质沥青，使得沥青的性质从热塑性转变为热固性，最终制备的热拌环氧沥青铺装材料表现出高强度、良好的耐高温性能、优异的耐化学侵蚀性和抗疲劳性能，改善现有机场道面抗车辙、抗疲劳性能不足的缺陷，减少病害的产生。

2、本发明的环氧沥青粘度增长较慢，180℃下施工容留时间超过150min，施工过程容易控制，克服了现有温拌环氧沥青的施工和易性差、可操作时间短、无法提供足够的时间以供混合料拌和、运输、摊铺和压实等缺陷。

3、本发明从力学角度出发，通过控制环氧树脂与固化剂、基质沥青的质量份数比例，在保证铺装材料高强度力学性能的同时，控制原料的使用量，兼顾了材料的性能要求和经济性。

4、本发明的制备过程中采用的指标科学，选择过程合理、操作简便，适宜推广应用。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1中制备的环氧沥青的温度-粘度增长曲线图。

图2为机场环氧沥青道面设计与施工技术规范中EAC-16级配图。

具体实施方式

实施例1

本实施例包括以下步骤：

步骤一、根据民用机场沥青道面施工技术规范的各项指标要求选择集料包括粒径10mm～15mm、5mm～10mm以及3mm～5mm玄武岩粗集料、0～3mm石灰岩细集料和石灰石矿粉，其技术指标如下表1～3所示；然后将各集料分别在120℃～150℃下烘干，然后按比例配料并放置在170℃～190℃下保温；

表1粗集料的技术指标

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表2细集料的技术指标

表3矿粉的技术指标

步骤二、将E-51双酚A型(二酚基丙烷)环氧树脂与高温型多胺类固化剂分别放置于烘箱中加热至60℃并保温1h，将70号基质沥青放置于烘箱中加热至160℃并保温2h～3h；所述E-51双酚A型(二酚基丙烷)环氧树脂、高温型多胺类固化剂的技术指标如下表4～5所示；

表4E-51双酚A型(二酚基丙烷)环氧树脂的技术指标

表5高温型多胺类固化剂的技术指标

步骤三、将步骤一中保温的各集料混合均匀，得到混合集料；

步骤四、将步骤二中经加热后的环氧树脂与固化剂手动拌合30s，得到环氧混合液，然后将环氧混合液加入步骤二中经加热后的基质沥青中在160℃～170℃下机械搅拌3min，得到环氧沥青；所述环氧树脂与固化剂的质量份数之比为25:20，环氧树脂和固化剂的总质量份数与基质沥青的质量份数之比为30:70；

图1为本实施例中制备的环氧沥青的温度-粘度增长曲线图，从图1可以看出，随着时间的增加，环氧沥青的粘度逐渐增长，且随着温度的增加，环氧沥青的粘度增长幅度降低，且150min内的粘度仍在3Pa·s以下，说明环氧沥青具有良好的耐高温性能，在180℃下施工容留时间超过150min，施工操作时间长，有足够的时间供混合料拌和、运输、摊铺和压实；

步骤五、按照机场环氧沥青道面设计与施工技术规范中EAC-16级配，如图2所示，将步骤四中得到的环氧沥青投放到步骤三中得到的混合集料中在150℃～170℃下搅拌，得到混合料；

步骤六、将步骤五中得到的混合料摊铺碾压后置于烘箱中，在160℃下保温1h成型得到马歇尔及车辙板试件，然后在60℃下养生4d、常温下静置1h进行养生处理，得到热拌环氧沥青铺装材料。

对本实施例制备的环氧沥青进行拉伸试验，具体过程为：将环氧沥青换换倒入含有标准Ⅰ型哑铃状模具的四氟乙烯板中，然后在160℃下恒温2h，再置于60℃烘箱中保温4d、常温下静置1d进行养生处理，养生结束后采用万能试验机进行拉伸试验测试，结果显示拉伸强度为1.16MPa，断裂伸长率为316％。

对本实施例制备的热拌环氧沥青铺装材料进行性能检测，结果如下表6所示。

表6热拌环氧沥青铺装材料的性能检测结果

从表6可知，本实施例制备的热拌环氧沥青铺装材料满足：高温性能指标中固化完成后动稳定度为12000次/mm以上，未固化动稳定度为2000次/mm以上，低温性能指标中最大弯拉应变大于2000με，水稳定性指标中残留稳定度大于85％，劈裂强度比大于80％，初始未固化试件的稳定度沥青混凝土大于12KN，固化完成试件的稳定度沥青混凝土大于20KN。

本实施例中的环氧树脂还可替换为除了E-51双酚A型(二酚基丙烷)环氧树脂的改性树脂和衍生物中的一种；基质沥青还可替换为90号基质沥青或SBS改性沥青，环氧树脂中还可加入缩水甘油醚类、脂肪族甘油及其衍生物中的一种作为稀释剂；环氧树脂与固化剂的质量份数之比还可为25～30:20中除了25:20以外的数值，环氧树脂和固化剂的总质量份数与基质沥青的质量份数之比还可为30～40:70中除了30:70以外的数值；养生处理的过程还可为：先在60℃下养生3d，然后在40℃下养生6d，再在25℃下养生12d。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。