道桥用环氧树脂改性沥青材料的配方研究_冯黎喆

2） 将预热至 80 ℃的 B 组分环氧树脂按照一定 的比例加入到 A 组分中，在 120~140 ℃温度下共混 10~15 min；
3）在 120 ℃烘箱中固化 4 h，即得到环氧改性沥 青材料。
按照 GB/T 528—1998 测试方法，测定环氧改性 沥青材料的拉伸断裂强度和断裂延伸率。按照 JTJ
热固性环氧沥青材料是将环氧树脂加入沥青中， 使沥青和环氧树脂经过物理共混，形成以沥青为分散 相、环氧树脂为连续相的稳定体系，再经与固化剂发 生交联反应，形成不可逆的固化物。热固性环氧沥青 共混物中还包括了增韧剂、增容剂、促进剂、表面活性 剂、消泡剂、偶联剂等助剂，其固化反应使共混物从热
—— —— —— —— —— —— — 收稿日期：2011-09-02 作者简介：冯黎 吉吉，1983 年生，助理工程师，从事防水材料研 发。联系地址：215008 江苏省苏州市广济路 284 号。
塑性转变为热固性，因此热固性环氧沥青材料具有比 普通沥青优异得多的性能，如高强度、优良的抗疲劳 性、良好的耐久性及抗老化性等。20 世纪 90 年代， Gallagher[1-3]首次在专利中提出用环氧化合物制备“热 固性沥青”的概念。近些年来，对于环氧沥青体系相容 性[4-5]和固化剂固化性能的研究不断深入。国内研究 者中，亢阳[6-7]等用马来酸酐改性沥青，提高了沥青和 环氧树脂的相容性, 并大大提高了环氧沥青的强度。 为了避免马来酸酐高温升华带来的不良影响，贾辉[8] 等采用加入脂肪族多元醇的方法，中和改性沥青中过
本文以石油沥青和环氧树脂为主要原料制备环 氧树脂改性沥青材料，通过对配方进行调整，研究了 固化剂、增容剂、增韧剂、环氧树脂的选择和配比对于 环氧沥青材料离析、黏度、拉伸断裂强度和断裂延伸 率的影响，并对实验结果进行了分析讨论，提出了优 化配比。 1 实验 1.1 原理
制备热固性环氧沥青的原料主要有石油沥青、环 氧树脂、固化剂和助剂（包括增韧剂、增容剂、促进剂、 表面活性剂、消泡剂、偶联剂等）。固化组分也称 A 组 分，包括石油沥青、固化剂和助剂；环氧树脂也称 B 组分。当两组分相混合时，环氧树脂两端的活性环氧 基团被固化剂的活性基团打开，进而形成了空间网络 结构，这种结构不溶于任何溶剂，也不会发生熔化，是 一种极其稳定的化学结构，从而赋予沥青优良的物理
从图 4 中看出，随着固化剂用量的增加，环氧沥 青的拉伸断裂强度先缓慢上升；当比例大于 50%后， 环氧沥青的拉伸断裂强度迅速增大；而当比例超过 70%后，环氧沥青的拉伸断裂强度又迅速减小。这是 因为：当体系中固化剂不足时，环氧树脂上的环氧基 反应效率低；而当体系中固化剂过量时，导致固化剂 反应效率降低。这都导致体系交联密度降低，使固化 物未能形成理想的网状交联状态，从而使环氧沥青 拉伸断裂强度受到影响。因此，固化剂的配比应为环 氧树脂的 70%左右。 2.3 增韧剂对环氧沥青性能的影响
环氧树脂固化物较脆，因此国内外研究人员对 其进行了大量的增韧改性研究；改性用弹性体主要 是丁腈和聚硫橡胶，另外还有端胺基、端羟基、端乙
图 5 表明，增容剂的加入可以显著提高环氧沥青 的断裂延伸率，但过量的增韧剂反而会使延伸率降 低。当增容剂的添加量为 15%时，环氧沥青的断裂延 伸率达到了最大值；此后随着增容剂添加量的增加， 环氧沥青的断裂延伸率呈下降趋势。原因是：液态活 性增韧剂分子结构中含有高密度的活性反应基团，可 以使固化物交联网络结构中醚网络的比例明显增加， 固化过程中自行相分离，形成与主相连接紧密的“海 岛”结构，从而增加固化物的柔韧性。而过量的增韧剂 会影响环氧沥青的固化效果，致使其断裂延伸率降 低。因此，增韧剂的配比应为环氧树脂的 15%左右。 2.4 环氧树脂对环氧沥青性能的影响
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研究与应用
剂的不同配比对环氧沥青性能的影响，见图 4。
烯基丁腈橡胶。近年来，采用聚氨酯、聚硅氧烷、聚丙 烯酸酯类弹性体增韧环氧树脂的研究也在深入开展。 此外，还有采用改性用热塑性树脂如聚砜、聚碳酸酯 的。通过聚合物改性剂的使用，可以改善环氧树脂的 柔韧性，从而提高环氧改性沥青的变形适应能力。但 是在实际实验过程中，随着聚合物改性剂的加入，反 应体系的黏度明显增加，这给反应体系的后续操作带 来了困难。本研究使用了一种液态活性增韧剂，考察 了不同配比增韧剂对环氧沥青性能的影响，见图 5。
力学性能。 1.2 主要原料
70# 沥青（性能见表 1）、环氧树脂 E-51（性能见 表 2）、固化剂、助剂（增韧剂、增容剂、促进剂、表面活 性剂、消泡剂、偶联剂等）。
表 1 70# 沥青主要物理性能
指标 针入度（25 ℃）/0.1 mm 延度（15 ℃）/cm 软化点/℃ 黏度（60 ℃）（/ Pa·s）
图 2 表明，当体系中未加入增容剂时，密度较大 的环氧树脂由于与沥青相容性差而在高温储存过程 中沉降到底部，而环氧树脂的软化点比沥青的小，致 使底部软化点远小于顶部，产生了较大的离析。而随 着增容剂的加入，环氧沥青的相容性明显改善，当增 容剂的添加量增加到 1.5%时离析减小至 8.5 ℃。图 2 还表明，随着增容剂用量的增加，环氧沥青的拉伸断 裂强度也随之增加，在增容剂用量为 1.5%左右时出
表 3 道桥用环氧树脂改性沥青材料的基本配方
组分 A 组分 B 组分
原材料 沥青
固化剂 增韧剂 增容剂 其他助剂 环氧树脂
质量份 50～60 15～20 3～5 1～2 适量 20～30
2 结果与讨论 2.1 增容剂对环氧沥青性能的影响
环氧树脂和石油沥青由于在化学结构、极性、表 面张力、分子量（黏度）上的巨大差异，两者混合时相 容性较差，从而使环氧树脂在沥青中易离析，导致其 力学性能降低。因此为了制备性能均一和稳定的环氧 沥青混合料，改善环氧树脂与沥青的分散性，提高二 者的相容性能，就需要在体系中加入一定比例的增容 剂。本研究使用了自制的增容剂加入到环氧沥青中， 考察了增容剂的不同配比对环氧沥青性能的影响，见 图 2。
实验结果 69
>100 46 266
规范要求 60～80 ≥100 ≥44 ≥180
表 2 E-51环氧树脂主要物理性能
环 氧 当 环氧值/ 黏度（25 ℃） 水解 无机氯/ 色 泽 号 外观
量（/ g/eq） （eq/100 g） （/ mPa·s） 氯/% ppm （加德纳法）
透明
11 000 ～
Formula Research of Epoxy Resin Modified Asphalt Materials for Road and Bridge
Feng Lizhe
（China Building Materials Academy Suzhou Waterproof Research Institute, Suzhou, Jiangsu 215008, China）
185～200 0.48～0.54
≤0.5 ≤50
≤1
液体
15 000
1.3 制备流程 道桥用环氧树脂改性沥青材料的制备工艺流程
见图 1。
1）A 组分原料的准ห้องสมุดไป่ตู้：将沥青、固化剂、助剂（增 韧剂、增容剂、促进剂、表面活性剂、消泡剂、偶联剂） 按照一定的顺序和配比在 100~140 ℃温度下高速剪 切混合 60~120 min，得到 A 组分；
从图 3 中可以看出，使用酸酐固化剂 B 和 C 时， 体系在 120 ℃固化时黏度增至 1 Pa·s 的时间要明显 长于胺类固化剂 A，固化剂 B 和 C 都超过了 40 min， 而固化剂 A 约为 10 min；而比较固化剂 B 和 C 我们 可以看出，固化剂 C 的时间要长于固化剂 B，约为 60 min。经过试验，我们还发现固化剂 C 与体系相容性 较好，并且可以有效地增加固化产物的柔韧性。基于 以上原因，本研究中使用了固化剂 C，并考察了固化
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研究与应用
量的马来酸酐。黄卫[9-13]等采用脂肪族二元酸和脂肪 族多聚酸酐固化环氧沥青材料。王治流[14]等使用改性 长链脂肪族二元酸如改性桐酸和改性蓖麻油酸作为 固化剂，加入苄胺作为反应促进剂，用低分子质量聚 醚作为消泡剂制备环氧沥青固化物。
热固性环氧沥青材料的出现是对铺装材料改性 研究的一项重大突破。环氧沥青材料在欧美等发达国 家特别是在美国，应用较早且技术先进，在道桥工程 中应用广泛。在我国，南京长江二桥首先使用了这类 材料，随后厦门跨海大桥、上海青浦大桥、天津沽口大 桥、江苏润扬大桥、江苏锡澄高速江阴段、苏通大桥等 工程均成功地使用了环氧沥青路面材料。从实际道桥 工程应用来看，环氧沥青防水粘结材料主要使用于钢 桥面铺装，随着人们对于环氧沥青防水材料优异的防 水粘结特性的不断认识，目前，环氧沥青防水粘结材 料开始逐渐在水泥混凝土桥梁中使用。作为一种新型 高性能材料，环氧沥青正越来越多地受到国内研究者 的重视，开展这方面的研究具有重要的理论意义和应 用价值。
研究与应用
道桥用环氧树脂改性沥青 材料的配方研究
冯黎吉吉
（中国建筑材料科学研究总院苏州防水研究院，江苏 苏州 215008）
摘要：以石油沥青和环氧树脂为主要原料制备了道桥用环氧树脂改性沥青材料，主要研究了配方中增容剂、固化剂、增 韧剂的选择和配比以及环氧树脂的掺量对于环氧沥青材料性能的影响，并对实验结果进行了分析讨论。 关键词：道桥；环氧树脂改性沥青；制备；配方设计；增容剂；固化剂；增韧剂 文章编号：1007-497X（2012）-02-0001-05 中图分类号：U414 文献标识码：A
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研究与应用
052—2000 测试方法，用布氏黏度计测定混合料在 120 ℃试验条件下黏度增加至 1 Pa·s 的时间（min）。 按照 SH/T 0740—2003 测试方法，通过测定环氧沥青 的离析程度来表征其相容性。 1.4 基本配方
道桥用环氧树脂改性沥青材料的基本配方见表 3。
环氧沥青材料是将环氧树脂加入沥青中，使沥青 和环氧树脂经过物理共混，形成以沥青为分散相、环 氧树脂为连续相的稳定体系，环氧树脂的掺量对环氧