本發(fā)明涉及道路橋梁施工用材料及其制備方法，具體涉及一種高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑材料及其制備方法。

背景技術：

在橋面鋪裝過程中，設置防水粘結層是確保橋面鋪裝結構耐久性的重要措施之一。在橋面鋪裝過程中，為了防止水分滲入橋面，腐蝕混凝土中的鋼筋或鋼橋面板，威脅橋梁安全，鋪裝防水粘結層將橋面板和鋪裝層粘結成一個整體，不僅改善橋面板與鋪裝層的受力情況，還能夠防止水分滲入。

用于鋼橋面鋪裝粘結層的材料主要有熱熔型粘結材料，溶劑型粘結材料和熱固性粘結材料。熱熔型粘結材料由瀝青摻加樹脂(如松香)和各種高分子材料(如乙烯－乙酸乙烯(醋酸乙烯)酯共聚物、聚乙烯和丁苯橡膠等)組成。熱熔型粘結材料具有一定的變形能力，對鋼板變形具有跟隨能力，也具有良好的防水作用。然而，此種材料在高溫下容易變軟，粘結力下降。而且，熱熔型材料必須在施工前充分融化，升溫至規(guī)定的溫度后攪拌均勻，再用瀝青撒布車均勻撒布，施工難度相對較大。施工前的預熱也會降低熱熔型粘結材料的粘結效果。溶劑型粘結材料一般多指乳化瀝青和可溶性橡膠瀝青，其缺點是高溫易軟化，且材料內部含有熱敏性物質，遇攤鋪高溫時會釋放出氣體，從而使鋪裝層產生氣泡。

熱固性粘結材料指環(huán)氧瀝青。環(huán)氧瀝青是一種以熱固性環(huán)氧樹脂改性瀝青材料，使熱塑性的瀝青從根本上轉變?yōu)闊峁绦圆牧?，賦予環(huán)氧瀝青優(yōu)良的力學強度、柔韌性、耐疲勞性能、耐高溫性能以及抗腐蝕性能等特點。環(huán)氧瀝青無論在粘結力、變形能力、還是在熱穩(wěn)定性方面，都具有顯著優(yōu)勢。環(huán)氧瀝青材料價格昂貴，尤其是進口環(huán)氧瀝青價格通常在5-6萬元/噸。而且，熱固性環(huán)氧瀝青施工工藝復雜，需在高溫下(190℃左右)使用專門的噴灑設備進行施工。因此，有必要開發(fā)可于常溫拌和施工的環(huán)氧瀝青粘結劑用于路橋的防水與粘結。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑及其制備方法，該冷拌環(huán)氧瀝青材料具有優(yōu)良的粘結性能、力學強度、柔韌性、可室溫拌和施工、養(yǎng)護時間短等特點，主要適用于橋面防水粘結層鋪裝。

本發(fā)明提出了一種高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑，包括組分a和組分b，組分a包括環(huán)氧樹脂、稀釋劑和增韌劑，組分b包括固化劑、瀝青、稀釋劑、相容劑和消泡劑。

組分a中各組份重量份為：

環(huán)氧樹脂100份

增韌劑5-20份

稀釋劑10-30份

組分b中各組份重量份為：

其中，組分a和組分b的質量比例為100：110-100：200。

優(yōu)選的，所述的環(huán)氧樹脂為液體雙酚a型縮水甘油醚環(huán)氧樹脂。

優(yōu)選的，所述的增韌劑為支化端羧基丁腈橡膠(b-ctbn)，結構式如下：

優(yōu)選的，所述的固化劑為低分子量聚酰胺，其結構式如下：

優(yōu)選的，所述的瀝青為sbs改性瀝青。

優(yōu)選的，所述的組分b稀釋劑為瀝青的良溶劑，包括丙酮、甲苯、二甲苯、二氯丙烷、四氯乙烯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯中的一種或幾種的混合物。

優(yōu)選的，所述的相容劑為含環(huán)氧基和脂肪長鏈的硬脂酸或硬脂酸酯，包括環(huán)氧大豆油、環(huán)氧硬脂酸、環(huán)氧硬脂酸酯、環(huán)氧油酸、環(huán)氧油酸酯、環(huán)氧亞油酸、環(huán)氧亞油酸酯和聚環(huán)氧乙烷硬脂酸中的一種或幾種的混合物。

優(yōu)選的，所述的消泡劑為聚硅氧烷消泡劑。

本發(fā)明還公開了一種制備上述高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的方法，包括下列步驟：

組分a的制備：將環(huán)氧樹脂、稀釋劑和增韌劑混合，加熱到40-60℃，以200-500轉/分鐘的速率攪拌1-6小時，冷卻至室溫得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的組分a。

組分b的制備：將瀝青加熱至110-135℃熔融。稱取瀝青和稀釋劑并混合，以200-500轉/分鐘的速率攪拌0.5-2小時至瀝青完全溶解。冷卻至40℃以下，加入固化劑、相容劑和消泡劑，以200-500轉/分鐘的速率攪拌1-4小時，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的組分b。

一種高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的具體應用方法，它是將組分a與組分b于室溫混合，以500～900轉/分鐘的速率迅速攪拌3-5分鐘，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青的混合物。

優(yōu)選的，組分a中增韌劑的制備方法為：以三羥甲基丙烷為核心，將端羧基丁腈橡膠、三羥甲基丙烷、催化劑和環(huán)己烷混合，其中三羥甲基丙烷和端羧基丁腈橡膠的摩爾比為3:4，回流反應1-8小時，反應結束后通過減壓蒸餾脫除溶劑。采用乙醚洗滌并通過索氏提取除去殘留溶劑、小分子副產物和未反應單體，最后將提取物置于真空烘箱中烘干，得到b-ctbn。

本發(fā)明所產生的有益效果包括：

(1)施工工藝簡單，以低分子量聚酰胺為固化劑，可在常溫下拌和施工，節(jié)能環(huán)保；

(2)力學性能優(yōu)良，采用支化的丁腈橡膠增韌環(huán)氧瀝青，在保證環(huán)氧瀝青材料強度的基礎上顯著提高環(huán)氧瀝青材料的柔韌性；

(3)適用范圍廣，不僅適用于鋼橋面防水粘結層鋪裝，還可用于城市高架橋、水泥混凝土橋面、隧道、高速公路等路面的粘結與防水。

具體實施方式

下面用實例進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于實施例子。對本領域的技術人員在不背離本發(fā)明的精神和保護范圍的情況下做出的其它的變化和修改也包括在本發(fā)明保護范圍之內。

增韌劑b-ctbn的制備方法如下：

實施例1：

以三羥甲基丙烷為核心，將端羧基丁腈橡膠、三羥甲基丙烷、酯化反應催化劑和溶劑環(huán)己烷混合，其中三羥甲基丙烷和端羧基丁腈橡膠的摩爾比為3:4，催化劑用量為端環(huán)氧基丁腈橡膠和三羥甲基丙烷質量之和的1％，環(huán)己烷的質量為端羧基丁腈橡膠和三羥甲基丙烷質量之和的10倍，在機械攪拌下回流反應3h，反應結束后通過減壓蒸餾脫除環(huán)己烷。冷卻至室溫后采用乙醚洗滌3次，將沉淀物通過索氏提取24h以除去殘留的溶劑、小分子副產物和未反應單體。將提取物置于真空烘箱中烘干，得到b-ctbn。

高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的制備方法如下：

實施例2：

稱取100份(質量份，下同)液體雙酚a型縮水甘油醚環(huán)氧樹脂(e51)、5份b-ctbn、15份辛基縮水甘油醚，加熱到40℃，以300轉/分鐘的速率攪拌2小時，冷卻至室溫，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的組分a。

將sbs改性瀝青置于鼓風烘箱中，于110℃加熱熔融2小時。稱取90份sbs改性瀝青和35份二氯丙烷，以300轉/分鐘的速率攪拌2小時。冷卻至40℃以下，加入100份低分子量聚酰胺、30份環(huán)氧硬脂酸和1份聚硅氧烷，以300轉/分鐘的速率攪拌1小時，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的組分b。

將100份組分a和150份組分b在室溫下混合，以800轉/分鐘的速率攪拌5分鐘，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的混合物。取上述混合物澆入聚四氟乙烯模具中，常溫固化36小時，脫模后得到冷拌環(huán)氧瀝青固化物啞鈴型試樣，用于力學性能測試。力學性能測試條件為23±2℃，拉伸速率為10mm/min。采用拉拔儀測試粘結強度。拉伸和拉拔測試結果見附表1。

實施例3：

稱取100份e51、12份b-ctbn和10份丁基縮水甘油醚，加熱到60℃，以300轉/分鐘的速率攪拌2小時，冷卻至室溫，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的組分a。

將sbs改性瀝青置于鼓風烘箱中，于120℃加熱熔融1.5小時。稱取60份sbs改性瀝青和25份鄰苯二甲酸二辛酯，以200轉/分鐘的速率攪拌2小時。冷卻至40℃以下，加入100份低分子量聚酰胺、15份環(huán)氧大豆油和0.5份聚硅氧烷，以500轉/分鐘的速率攪拌1小時，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的組分b。

將100份組分a和200份組分b在室溫下混合，以500轉/分鐘的速率攪拌5分鐘，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的混合物。取上述混合物澆入聚四氟乙烯模具中，常溫固化24小時，脫模后得到冷拌環(huán)氧瀝青固化物啞鈴型試樣，用于力學性能測試。力學性能測試條件為23±2℃，拉伸速率為10mm/min。采用拉拔儀測試粘結強度。拉伸和拉拔測試結果見附表1。

實施例4：

稱取100份e51、20份b-ctbn和30份12-14烷基縮水甘油醚，加熱到50℃，以200轉/分鐘的速率攪拌6小時，冷卻至室溫，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的組分a。

將sbs改性瀝青置于鼓風烘箱中，于135℃加熱熔融1小時。稱取150份sbs改性瀝青和70份鄰苯二甲酸二辛酯，以500轉/分鐘的速率攪拌0.5小時。冷卻至40℃以下，加入100份低分子量聚酰胺、55份環(huán)氧硬脂酸酯和2份聚硅氧烷，以200轉/分鐘的速率攪拌4小時，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的組分b。

將100份組分a和110份組分b在室溫下混合，以900轉/分鐘的速率攪拌3分鐘，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的混合物。取上述混合物澆入聚四氟乙烯模具中，常溫固化24小時，脫模后得到冷拌環(huán)氧瀝青固化物啞鈴型試樣，用于拉伸性能測試。拉伸性能測試條件為23±2℃，拉伸速率為10mm/min。采用拉拔儀測試粘結強度。拉伸和拉拔測試結果見附表1。

實施例5：

稱取100份e51、10份b-ctbn和30份辛基縮水甘油醚，加熱到40℃，以400轉/分鐘的速率攪拌3小時，冷卻至室溫，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的組分a。

將sbs改性瀝青置于鼓風烘箱中，于120℃加熱熔融1.5小時。稱取120份sbs改性瀝青和50份四氯乙烯，以300轉/分鐘的速率攪拌2小時。冷卻至40℃以下，加入100份低分子量聚酰胺、40份環(huán)氧油酸酯和1.5份聚硅氧烷，以300轉/分鐘的速率攪拌2小時，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的組分b。

將100份組分a和120份組分b在室溫下混合，以900轉/分鐘的速率攪拌3分鐘，得到高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的混合物。取上述混合物澆入聚四氟乙烯模具中，常溫固化24小時，脫模后得到冷拌環(huán)氧瀝青固化物啞鈴型試樣，用于拉伸性能測試。拉伸性能測試條件為23±2℃，拉伸速率為10mm/min。采用拉拔儀測試粘結強度。拉伸和拉拔測試結果見附表1。

附表1高韌性冷拌環(huán)氧瀝青粘結劑的力學性能