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环氧沥青的技术路线及其运用

涂料工业


1、环氧沥青的化学机理

环氧沥青为双组分材料, A组分是环氧树脂, B组分是均匀稳定的多组分混合物。将基质沥青进行化学改性,在沥青分子上引入具有与环氧树脂能够进行交联反应的功能基团,保证沥青能够参与和环氧树脂的固化反应,再配合优选树脂制得环氧沥青B组分,与A组分反应时形成三维立体互穿网络结构聚合物,从根本上改变了普通沥青的热塑性,大幅提高了高温稳定性,同时显著提高了材料的黏附力、拉伸强?#21462;?#26029;裂延伸率和低温性能。其固化反应化学方程式如图1沥青网sinoasphalt.com

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图1  环氧沥青的固化反应示意图


2、环氧沥青的物理力学性质


环氧沥青既不是沥青材料,也不是环氧树脂材料,而是兼具两者优点的热固性高强?#21462;?#39640;黏结力、高延伸率的新型路桥建筑材料。


环氧沥青的基本特性有:

01
环氧沥青A、B两组分混合后,随时间推移,两者进行物力和化学作用,体系的黏度逐渐增大,并且温度越高,黏度增加越快。
02

环氧沥青的固化是一种化学反应,因此固化过程和温度关?#23548;?#22823;,在120oC时4h可以基本完成固化,如果温度降低,则固化时间相应延长。一般以120oC时4h的固化程度为标准强?#21462;?/span>

03

环氧沥青固化后形成不溶不熔的热固性材料。固化过程是不可逆的,即使温度升得再高(例如,达到300oC以上),材料仍呈固态?#38382;劍?#36825;样就保证了环氧沥青在高温下?#38405;?#20445;持较好的力学性能。

04

环氧沥青的黏结力是通过物理和化学两个方面的作用产生的,而不仅仅是通常的物理黏结力,因此其黏结力很大(与钢板的黏结力可达6~9MPa)。

05

环氧沥青具有特殊的分子构造,因此即使在-10 oC下?#38405;?#20445;持较好的柔韧性,断裂延伸率达120%(SBS改性沥青仅有20%)。

3、环氧沥青的制备及工艺要求


3.1 环氧树脂的选择

环氧树脂是一种含有环氧基团以脂肪族、脂环族或芳香族有机化合物为骨架的低聚物。通常在室温下为粘稠性液体,在相应温度下与固化剂混?#28034;?#21457;生固化反应形成空间立体结构的网状高聚物,该产物具有粘接强度大、收缩?#24066; ?#32784;热性、耐化学药品性以及机械性能和电气性能优良的特点。


但环氧树脂在使用过程中其脆性大、耐侯性差和延展性低?#28909;?#28857;也大大地限制了环氧树脂的使用范围。通常情况下要改善环氧树脂硬化产物的脆性和延展性能,主要通过选择或台成适当的固化剂以改变固化产物的分子架构从而在?#27426;?#31243;度上提高使用性能。


环氧树脂按结?#22266;?#28857;分类可分为缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、缩水甘油胺类、脂环族环氧树脂类和环氧化烯烃类。其中缩水甘油醚类中的双酚A型环氧树脂是环氧树脂?#26131;?#20013;应用较广的一个产品。目前采用的为是由二酚基丙烷(双酚A)和环氧氯丙烷在碱性催化剂作用下缩聚而成。缩聚产物端基为环氧基的线型环氧树脂通式为:

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双酚A型环氧树脂的分子结构中含有反应能力强的环氧基,主链上有许多醚键。是种线性聚醚结构。分子链上相距?#27426;?#36317;离有许多羟基,是一种长链多元醇。主链上还有在量?#20132;貳?#27425;甲基和异丙基。这些特点可起到以下作用:


环氧基和羟基使得树脂具有反应活性,并使硬化物具有很强的内聚力和粘结力。醚键和羟基是极性基因,有助于提高浸润性和粘附力。醚键和C-C键使大分子具有?#27426;?#26580;顺性。?#20132;?#20351;固化物具有耐热性和?#25307;浴?#38190;的键能高,从而提高了而碱性。且经显性致死突变指数(Ames)试验证明双酚A型环氧树脂无致癌、致畸、致细胞突变性,因此可安全使用。基于双酚A型环氧树脂有以上优点,本实验采用其为环氧改性沥青中的常规改性树脂。


3.2 固化剂的选择

由于固化剂的选择对环氧沥青的影响较大,选择时要适应以?#24405;?#28857;要求:

01

环氧树脂和固化剂掺合后,在?#27426;?#22266;化温度下,初期混合物固化时间应满足沥青混凝土的搅拌、运输、摊铺以及碾压等所需要的时间。

02

固化剂不但应在高温下使环氧树脂固化,而且在常温下?#37096;梢月?#24930;固化,因为环氧沥青混合料在铺筑后的常温条件下,?#21248;?#38656;要进一?#28966;?#21270;,使混合料强度得到?#27426;显?#38271;。

03

固化剂在?#23548;?#24212;用中,应具有产量大、价值低、无毒害、易控制这些先决条件,使得环氧沥青使用易于推广和普及。


所以,固化剂一般选择酸酐类(甲基四氢苯酐或者甲基六氢邻二甲酸酐等)作为环氧沥青的固化剂。因其毒性较小,且挥发性较低,既节约成本,又利于环氧沥青的固化。


3.3 环氧沥青制备的工艺要求

环氧树脂与沥青反应生成一种不可逆的固化物,从根本上改变了沥青的热塑性。但是,正因为环氧沥青使热固性物质,与普通沥青相比,还存在着许多问题。所以,制备环氧沥青时需要考?#19988;韻录?#26041;面的问题:


1.环氧树脂与沥青相容性差

环氧树脂是极性物质,而沥青是非极性物质,两者混合时相容性较差。为了制备性能均一、稳定的环氧沥青混合料,应改善环氧树脂与沥青的分散性,提高二者的相容性。一般加入相容剂。


2.普通环氧树脂制备的环氧沥青柔韧性较差

普通的环氧树脂固化后的脆性差,导致延展性能较差,难?#26376;?#36275;钢桥面铺?#23433;?#23545;混合料性能的要求。


3.环氧沥青各组分最佳配合比例的确定。

环氧沥青由沥青、环氧树脂、固化剂以及其他添加剂等多种材料配合而成,首先需要确定它们合适的配合比例,?#27426;?#24456;多情况下各成分的相对比例却是?#27426;?#30683;盾体,因此,需要通过大量试验才能确定最佳配合比例和评定指标。

4、环氧沥青在工程中的运用


4.1 环氧沥青在桥面铺装上的应用

                              

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理论与工程?#23548;?#34920;明,钢桥面铺装主要应满足以下条件:

1)钢桥面板由于车辆荷载引起的局部变形大,相同的轮荷作用在钢板上产生的挠度晕大约是作用在一般?#35775;?#19978;的三倍。所以,桥面铺装必须具有足够的变?#38382;?#24212;性。

2)钢桥面板容?#36164;?#27668;候影响,所以桥面铺装应能够在较大的温?#30830;?#22260;内保?#20013;阅?#31283;定。

3)在车轮荷载作用下,钢桥面铺装位于网格状的加劲肋部位,将形成较大的弯拉应力反复作用,容易导致铺?#23433;?#30340;疲?#28034;?#35010;,因此,桥面铺装结构应该具有良好的抗疲?#28034;?#35010;性能。

4)钢桥面铺装应具有完善的防排水与?#26639;?#20307;系,以保证钢板不被?#36136;礎?/span>

5)具有良好的结构层间结合,保证铺装与桥面板的协同作用。

6) 良好的平整度,以减少行车荷载的冲击作用。


近些年来,随着我国交通量及轴载的增大,以及气候条件变得越来越?#37327;蹋?#25105;国的桥面铺?#23433;?#26222;遍出现?#25628;现?#30340;早期损坏,极大地影响了桥梁的使用寿命,造成?#21496;?#22823;的经济损失。?#23548;?#34920;明,桥面铺?#23433;?#30772;坏后的维修费用往往要数倍于原来的投资,而且修复时间较长,?#29616;?#24433;响了交通通行的安全性、快捷性和舒?#24066;浴?/p>


桥梁作为悬空结构,其上桥面铺?#23433;?#23545;?#21248;?#22240;素的变化敏感,比路基路段的沥青?#35775;?#26356;容易出现早期病害。在炎热的夏季,钢桥面板的温度要比气温高25℃~35℃,车辙发生的可能性要高于普通路段;桥面对低温和温度的升降循环更为敏感,所以更容易出现各?#20013;问?#30340;裂缝。桥梁的挠度大,受温度应力影响显著,有时还存在?#21644;?#30697;,这些外力条件都比?#35775;?#30340;?#37327;獺?#21478;外,由于沥青混合料铺?#23433;?#21516;桥?#33322;?#26500;在材料性能上差异较大,因此会导致在外力作用下应力与变形的不连续。由于受这种复杂的温度应力、?#21644;?#30697;、剪应力、超载及冲击力的影响,桥面铺装容易出现变形类损害?#22303;?#32541;类损害。


环氧沥青?#35775;?#30340;运用,从南京长江第二大桥开始,我国引入了环氧沥青这种桥面铺装材料,并由此展开了我国桥面铺装史上新的一页。随后,环氧沥青混凝土桥面铺装又相继用于润扬长江大桥试验桥、江阴长江大桥试验段、浙江舟山桃天门大桥以及润扬长江大桥、江阴长江大桥桥面修复、南京长江三桥等国家重点工程。从南京长江二桥五年多的桥面使用状况以及其他各桥的施工质量检测指标来看,环氧沥青混凝土桥面铺装不论在桥面防水、层间粘结、沥青层铺装都具有明显的优势,且具有良好的?#35775;?#20351;用性能。


环氧沥青混合料是钢桥面铺装、?#35775;?#30952;耗层、超重载交通道?#36820;?#29702;想筑路材料,具有广泛的应?#20204;?#26223;,进行国产环氧沥青的研究与开发成为当务之?#20445;?#22269;产环氧沥青混凝十铺装技术的成功开发,将会大大降低桥面铺装的工程造价与使用成本,同时拥有?#32422;?#30340;环氧沥青技术,也便于在日后生产?#23548;?#20013;?#27426;?#20248;化环氧沥青铺装性能,其创造的经济效益和社会效益将十分可观。


4.2 环氧沥青在高级公路和城市主干道上的应用


交通压力的增大造成了道路?#35775;?#21508;种各样的损坏,沥青本身的热塑性质使得它的修复相对团难,热固性的环氧沥青则正好填补了这个缺陷。环氧沥青在道路上的应用主要体现在以?#24405;?#20010;方面:

1

道路上尤其是停车站由于机车频繁的刹车、启动和较长时间的停车作用,传统的沥青?#35775;?#20250;出现?#29616;?#30340;车辙破坏现象。使用环氧沥青作为铺装材料?#20445;?#21017;可以减少这种问题,提高?#35775;?#20351;用性能。

2

环氧沥青具有很好的粘结性能和较大的刚度,因而在高温下的变形很小,表层在经过磨耗之后不会因为泛?#25237;?#21464;成光面。这些特点使得在铺筑?#22815;?#30952;耗层的时候环氧沥青成为首选的表面铺装材料。可以将其运用在机场?#35775;媯?#26469;提高飞机降落和起飞的安全系数。

3

对于减少?#35775;?#38632;天的溅水现象,改善雨天道路标线的能见度和夜间的眩光问题,研究人员们提出了铺筑多孔、透水式的沥青面层的建议。但是,使用普通沥青修建的透水性?#35775;?#23481;易被行车压密,从而减少透水层的空隙,大大降?#22303;?#20854;应用效果;同?#20445;?#22312;刹车、加速和拐弯处容易出现剥落。环氧沥青的出现则可以很好的解决这些问题,达到结构和材料的同时优化。


此外,在一些?#36164;?#33104;蚀和磨损?#29616;?#30340;?#35775;媯?#35832;如汽车库、集装箱原油中转站等地方为了降低破坏,减少修补?#38382;?#20063;亟需环氧沥青来作为铺?#23433;恪?/p>

来源:网络




标签:技术?#34892;?/a>,改性沥青
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