一种道桥用环氧沥青混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及沥青混凝土技术领域，具体为一种道桥用环氧沥青混凝土及其制备方法。

背景技术

环氧沥青是指在基质沥青中添加环氧树脂和固化剂，环氧树脂在酸酐、胺类固化剂作用下形成多相聚合物高分子材料，环氧树脂经与固化剂固化反应后，基质沥青分子分散于环氧树脂形成的网状结构中，形成稳定的固相复合物；该固化属于不可逆过程，环氧树脂在固化后经加热处理不具有流动性，因此使得沥青体系具有优异的力学性能和高温稳定性能。

目前，环氧沥青混凝土在我国南京长江二桥，东莞市虎门大桥等大跨径桥梁和一些高级公路上已取得良好的应用。环氧沥青高温性能优越，但其在冬季低温环境下，环氧沥青材料会变硬脆进而开裂，开裂后再加之车辆重载荷、雨水、雪雾等的综合作用下，会快速造成路面桥面的大面积破坏，影响路面、桥面的使用寿命，加大路面桥面的维修养护成本。

因此，提高环氧沥青的低温抗开裂性能，将具有显著的技术经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种道桥用环氧沥青混凝土及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：环氧沥青混凝土包括以下重量份的原料，环氧沥青35-45份、水泥120-180份、集料250-350份、水125-150份。

进一步的，所述环氧沥青包括以下重量份的原料，生物基环氧树脂25-35份、基质沥青75-90份、改性海泡石15-20份、固化剂5-7份。

进一步的，所述改性海泡石主要由海泡石纤维、乙二胺四乙酸、十二烷基-N,N-二甲基叔胺、环氧氯丙烷反应制得。

进一步的，所述生物基环氧树脂主要由丁香酚、环氧氯丙烷、四丁基溴化铵反应制得。

进一步的，所述固化剂为酸酐类固化剂为胺类固化剂或酸酐类固化剂。

进一步的，所述环氧沥青还包括增韧剂、相容剂、稀释剂；增韧剂可以为硅橡胶、丁腈橡胶、硫橡胶、聚醚中的任意一种；所述集料包括碎石、砂、粉煤灰。

一种道桥用环氧沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤，

(1)制备改性海泡石：取海泡石纤维分散于去离子水中，形成海泡石悬浮液，向悬浮液中加入酸溶液搅拌，加入乙二胺四乙酸溶液搅拌，过滤，干燥至恒重，得到活化处理的海泡石；将活化处理后的海泡石分散到稀硫酸溶液中，升温至105-115℃，氮气保护条件下，加入环氧氯丙烷反应，得到白色反应物；向白色反应物中加入十二烷基-N,N-二甲基叔胺，保持温度为80-90℃反应，过滤，洗涤，干燥，得到改性海泡石；

(2)制备环氧沥青：

S1.将丁香酚、环氧氯丙烷混合，加入四丁基溴化铵，搅拌均匀，氮气保护，升温至115-125℃反应，降温加入氢氧化钠溶液，反应，氯化钠萃取，水洗，干燥，得到产物A；产物A溶于二氯甲烷中，控制温度为0-10℃，加入过氧乙酸反应，萃取、减压蒸馏、干燥，得到生物基环氧树脂；

S2.将基质沥青加热，加入增韧剂、相容剂、固化剂，搅拌得到A组分；将S1步骤中制得的生物基环氧树脂加热至75-80℃，加入稀释剂、步骤(1)中制备的改性海泡石，搅拌均匀，得到B组分；保持温度为125-135℃条件下，将B组分加入到A组分中，搅拌得到环氧沥青；

(3)制备环氧沥青混凝土：将水泥、水、集料、步骤(2)中制备得到的环氧沥青混合，升温搅拌，得到环氧沥青混凝土。

较为优选的，一种道桥用环氧沥青混凝土的制备方法，包括以下-步骤；

(1)制备改性海泡石：取海泡石纤维分散于去离子水中，形成海泡石悬浮液，向悬浮液中加入酸溶液，搅拌30-40min，加入乙二胺四乙酸溶液，搅拌10-15min，过滤，干燥至恒重，得到活化处理的海泡石；将活化处理后的海泡石分散到稀硫酸溶液中，升温至105-115℃，氮气保护条件下，加入环氧氯丙烷，反应8-10h，得到白色反应物；向白色反应物中加入十二烷基-N,N-二甲基叔胺，保持温度为80-90℃，反应10-12h，过滤，洗涤，干燥，得到改性海泡石；

(2)制备环氧沥青：

S1.将丁香酚、环氧氯丙烷按照质量比为1:1-3混合，加入四丁基溴化铵，搅拌均匀，氮气保护，升温至115-125℃，反应3-4h，降温至60-70℃，加入氢氧化钠溶液，反应1-2h，氯化钠萃取，水洗，干燥，得到产物A；产物A溶于二氯甲烷中，控制温度为0-10℃，加入过氧乙酸，反应40-48h，碳酸钠溶液萃取、减压蒸馏、干燥，得到生物基环氧树脂；

S2.将基质沥青加热至125-135℃，加入增韧剂、相容剂、固化剂，搅拌20-30min，得到A组分；将S1步骤中制得的生物基环氧树脂加热至75-80℃，加入稀释剂、步骤(1)中制备的改性海泡石，搅拌均匀，得到B组分；保持温度为125-135℃条件下，将B组分加入到A组分中，搅拌45-60min，得到环氧沥青；

(3)制备环氧沥青混凝土：将水泥、水、集料、步骤(2)中制备得到的环氧沥青混合，温度为125-145℃条件下，搅拌，得到环氧沥青混凝土。

本步骤在制备环氧沥青时，采用生物基环氧树脂代替石油基环氧树脂，符合绿色化学的要求。将绿色可再生资源丁香酚与环氧氯丙烷经过缩合、氧化反应制得丁香酚基环氧树脂，丁香酚基环氧树脂无毒，在高温条件下不会生成有害气体；另外，丁香酚中的芳环结构可增强环氧树脂的强度和热稳定性，用其加工形成的环氧沥青混凝土具有强度高、稳定性好的优点。

引入了海泡石纤维是一种具有层链状结构的矿物原料，海泡石纤维分子内部具有多孔结构，比表面积较大，具有优异吸水吸湿性能、且吸水膨胀后质软，加入到沥青混凝土体系中不会导致混凝土膨胀开裂；另外海泡石纤维还是良好的保温材料，可以保持环氧沥青混凝土体系在冬季外界环境温度较低的情况，保持环氧沥青混凝土保持相对恒定，不会因温度骤降而产生开裂的现象。但海泡石纤维含有Mg

本方案中为了去除海泡石纤维中的过量乙二胺四乙酸，加入环氧氯丙烷与乙二胺四乙酸反应得到酯化产物，酯化产物再与十二烷基-N,N-二甲基叔胺反应，最终制得乙二胺四乙酸四酯季胺盐。乙二胺四乙酸四酯季胺盐是一种阳离子型表面活性剂，在沥青混凝土中，可起到良好的乳化作用，利用正电荷作用增强环氧树脂沥青与石料的粘结力，增强环氧沥青混凝土的抗裂性能。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明提供了一种道桥用环氧沥青混凝土，使用丁香酚与环氧氯丙烷反应制得的生物基环氧树脂代替石油基环氧树脂，减少对石油资源的依赖，丁香酚基环氧树脂力学性能和热稳定性优异，可增强环氧沥青混凝土的强度和稳定性。本发明还引入了改性海泡石纤维，海泡石纤维经过乙二胺四乙酸、环氧氯丙烷等的综合处理后，作为环氧沥青的填料，可改善环氧沥青混凝土在冬季低温环境下的开裂现象、改善路面、桥面的吸水、吸湿性；本发明提供的环氧沥青混凝土及其制备方法可广泛用于道路、桥梁面的施工。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种道桥用环氧沥青混凝土，环氧沥青混凝土包括以下重量份的原料，环氧沥青35份、水泥150份、集料250份、水125份；

环氧沥青包括以下重量份的原料，环氧树脂25份、基质沥青75份、改性海泡石15份、固化剂5份。

固化剂为酸酐类固化剂为胺类固化剂或酸酐类固化剂；环氧沥青还包括增韧剂、相容剂、稀释剂；集料包括碎石、砂、粉煤灰。

制备步骤如下；

(1)制备改性海泡石：取海泡石纤维分散于去离子水中，形成海泡石悬浮液，向悬浮液中加入酸溶液，搅拌30min，加入乙二胺四乙酸溶液，搅拌10min，过滤，干燥至恒重，得到活化处理的海泡石；将活化处理后的海泡石分散到稀硫酸溶液中，升温至105℃，氮气保护条件下，加入环氧氯丙烷，反应8h，得到白色反应物；向白色反应物中加入十二烷基-N,N-二甲基叔胺，保持温度为80℃，反应10h，过滤，洗涤，干燥，得到改性海泡石；

(2)制备环氧沥青：

S1.将丁香酚、环氧氯丙烷按照质量比为1:1混合，加入四丁基溴化铵，搅拌均匀，氮气保护，升温至115℃，反应3h，降温至60℃，加入氢氧化钠溶液，反应1h，氯化钠萃取，水洗，干燥，得到产物A；产物A溶于二氯甲烷中，控制温度为0℃，加入过氧乙酸，反应40h，碳酸钠溶液萃取、减压蒸馏、干燥，得到生物基环氧树脂；

S2.将基质沥青加热至125℃，加入增韧剂、相容剂、固化剂，搅拌20min，得到A组分；将S1步骤中制得的生物基环氧树脂加热至75℃，加入稀释剂、步骤(1)中制备的改性海泡石，搅拌均匀，得到B组分；保持温度为125℃条件下，将B组分加入到A组分中，搅拌45min，得到环氧沥青；

(3)制备环氧沥青混凝土：将水泥、水、集料、步骤(2)中制备得到的环氧沥青混合，温度为125-145℃条件下，搅拌，得到环氧沥青混凝土。

实施例2

一种道桥用环氧沥青混凝土，环氧沥青混凝土包括以下重量份的原料，环氧沥青42份、水泥157份、集料316份、水135份；

环氧沥青包括以下重量份的原料，环氧树脂30份、基质沥青82份、改性海泡石17份、固化剂6份。

固化剂为酸酐类固化剂为胺类固化剂或酸酐类固化剂；环氧沥青还包括增韧剂、相容剂、稀释剂；集料包括碎石、砂、粉煤灰。

制备步骤如下；

(1)制备改性海泡石：取海泡石纤维分散于去离子水中，形成海泡石悬浮液，向悬浮液中加入酸溶液，搅拌35min，加入乙二胺四乙酸溶液，搅拌12min，过滤，干燥至恒重，得到活化处理的海泡石；将活化处理后的海泡石分散到稀硫酸溶液中，升温至110℃，氮气保护条件下，加入环氧氯丙烷，反应9h，得到白色反应物；向白色反应物中加入十二烷基-N,N-二甲基叔胺，保持温度为85℃，反应11h，过滤，洗涤，干燥，得到改性海泡石；

(2)制备环氧沥青：

S1.将丁香酚、环氧氯丙烷按照质量比为1:2混合，加入四丁基溴化铵，搅拌均匀，氮气保护，升温至120℃，反应3.5h，降温至63℃，加入氢氧化钠溶液，反应1.5h，氯化钠萃取，水洗，干燥，得到产物A；产物A溶于二氯甲烷中，控制温度为5℃，加入过氧乙酸，反应45h，碳酸钠溶液萃取、减压蒸馏、干燥，得到生物基环氧树脂；

S2.将基质沥青加热至128℃，加入增韧剂、相容剂、固化剂，搅拌25min，得到A组分；将S1步骤中制得的生物基环氧树脂加热至77℃，加入稀释剂、步骤(1)中制备的改性海泡石，搅拌均匀，得到B组分；保持温度为130℃条件下，将B组分加入到A组分中，搅拌50min，得到环氧沥青；

(3)制备环氧沥青混凝土：将水泥、水、集料、步骤(2)中制备得到的环氧沥青混合，温度为137℃条件下，搅拌，得到环氧沥青混凝土。

实施例3

一种道桥用环氧沥青混凝土，环氧沥青混凝土包括以下重量份的原料，环氧沥青45份、水泥155份、集料287份、水140份；

环氧沥青包括以下重量份的原料，环氧树脂35份、基质沥青90份、改性海泡石15份、固化剂7份。

固化剂为酸酐类固化剂为胺类固化剂或酸酐类固化剂；环氧沥青还包括增韧剂、相容剂、稀释剂；集料包括碎石、砂、粉煤灰。

制备步骤如下；

(1)制备改性海泡石：取海泡石纤维分散于去离子水中，形成海泡石悬浮液，向悬浮液中加入酸溶液，搅拌40min，加入乙二胺四乙酸溶液，搅拌15min，过滤，干燥至恒重，得到活化处理的海泡石；将活化处理后的海泡石分散到稀硫酸溶液中，升温至115℃，氮气保护条件下，加入环氧氯丙烷，反应10h，得到白色反应物；向白色反应物中加入十二烷基-N,N-二甲基叔胺，保持温度为90℃，反应12h，过滤，洗涤，干燥，得到改性海泡石；

(2)制备环氧沥青：

S1.将丁香酚、环氧氯丙烷按照质量比为1:3混合，加入四丁基溴化铵，搅拌均匀，氮气保护，升温至125℃，反应4h，降温至70℃，加入氢氧化钠溶液，反应2h，氯化钠萃取，水洗，干燥，得到产物A；产物A溶于二氯甲烷中，控制温度为10℃，加入过氧乙酸，反应48h，碳酸钠溶液萃取、减压蒸馏、干燥，得到生物基环氧树脂；

S2.将基质沥青加热至135℃，加入增韧剂、相容剂、固化剂，搅拌30min，得到A组分；将S1步骤中制得的生物基环氧树脂加热至80℃，加入稀释剂、步骤(1)中制备的改性海泡石，搅拌均匀，得到B组分；保持温度为135℃条件下，将B组分加入到A组分中，搅拌60min，得到环氧沥青；

(3)制备环氧沥青混凝土：将水泥、水、集料、步骤(2)中制备得到的环氧沥青混合，温度为145℃条件下，搅拌，得到环氧沥青混凝土。

对比例1

与实施例3相比，用双酚A环氧树脂代替生物基环氧树脂，其余内容与实施例3相同。

对比例2

与实施例3相比，在制备改性海泡石步骤中，仅用乙二胺四乙酸溶液改性，其余内容与实施例3相同。

对比例3

与实施例3相比，海泡石未做任何处理，其余内容与实施例3相同。

试验检测

将实施例1-3、对比例1-3制备的环氧沥青混凝土制成相同尺寸的标准试块，使用混凝土应力测试机检测各组混凝土试块的性能，检测结果见下表1；利用混凝土透水系数仪测定各组混凝土的透水系数，检测结果见表1；

表1

由表1数据可知，实施例1-3制备的环氧沥青混凝土，其低温开裂温度最低可达到-42.5～-42.7℃，低温抗裂变性能优异，对比例1与实施例3相比，用双酚A环氧树脂代替生物基环氧树脂，其制备的环氧沥青混凝土开裂时应力下降，这是因为生物基环氧树脂中含有丰富的芳环结构，芳环结构使得生物基环氧树脂的强度和稳定性较好。对比例2-3与实施例3相比，虽然都添加了海泡石，但对比例2-3中在海泡石处理过程中，未将过量的乙二胺四乙酸去除，因此导致体系内无阳离子季胺盐的产生，环氧沥青与石料的粘结力相对减弱，导致低温抗裂性能变差。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。