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環氧瀝青的技術路線及其運用
2019年07月18日    閱讀量:9603    新聞來源:涂料工業  |  投稿

涂料工業


1、環氧瀝青的化學機理

環氧瀝青為雙組分材料, A組分是環氧樹脂, B組分是均勻穩定的多組分混合物。將基質瀝青進行化學改性,在瀝青分子上引入具有與環氧樹脂能夠進行交聯反應的功能基團,保證瀝青能夠參與和環氧樹脂的固化反應,再配合優選樹脂制得環氧瀝青B組分,與A組分反應時形成三維立體互穿網絡結構聚合物,從根本上改變了普通瀝青的熱塑性,大幅提高了高溫穩定性,同時顯著提高了材料的黏附力、拉伸強度、斷裂延伸率和低溫性能。其固化反應化學方程式如圖1瀝青網sinoasphalt.com

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圖1  環氧瀝青的固化反應示意圖


2、環氧瀝青的物理力學性質


環氧瀝青既不是瀝青材料,也不是環氧樹脂材料,而是兼具兩者優點的熱固性高強度、高黏結力、高延伸率的新型路橋建筑材料。


環氧瀝青的基本特性有:

01
環氧瀝青A、B兩組分混合后,隨時間推移,兩者進行物力和化學作用,體系的黏度逐漸增大,并且溫度越高,黏度增加越快。
02

環氧瀝青的固化是一種化學反應,因此固化過程和溫度關系極大,在120oC時4h可以基本完成固化,如果溫度降低,則固化時間相應延長。一般以120oC時4h的固化程度為標準強度。

03

環氧瀝青固化后形成不溶不熔的熱固性材料。固化過程是不可逆的,即使溫度升得再高(例如,達到300oC以上),材料仍呈固態形式,這樣就保證了環氧瀝青在高溫下仍能保持較好的力學性能。

04

環氧瀝青的黏結力是通過物理和化學兩個方面的作用產生的,而不僅僅是通常的物理黏結力,因此其黏結力很大(與鋼板的黏結力可達6~9MPa)。

05

環氧瀝青具有特殊的分子構造,因此即使在-10 oC下仍能保持較好的柔韌性,斷裂延伸率達120%(SBS改性瀝青僅有20%)。

3、環氧瀝青的制備及工藝要求


3.1 環氧樹脂的選擇

環氧樹脂是一種含有環氧基團以脂肪族、脂環族或芳香族有機化合物為骨架的低聚物。通常在室溫下為粘稠性液體,在相應溫度下與固化劑混和可發生固化反應形成空間立體結構的網狀高聚物,該產物具有粘接強度大、收縮率小、耐熱性、耐化學藥品性以及機械性能和電氣性能優良的特點。


但環氧樹脂在使用過程中其脆性大、耐侯性差和延展性低等弱點也大大地限制了環氧樹脂的使用范圍。通常情況下要改善環氧樹脂硬化產物的脆性和延展性能,主要通過選擇或臺成適當的固化劑以改變固化產物的分子架構從而在一定程度上提高使用性能。


環氧樹脂按結構特點分類可分為縮水甘油醚類、縮水甘油酯類、縮水甘油胺類、脂環族環氧樹脂類和環氧化烯烴類。其中縮水甘油醚類中的雙酚A型環氧樹脂是環氧樹脂家族中應用較廣的一個產品。目前采用的為是由二酚基丙烷(雙酚A)和環氧氯丙烷在堿性催化劑作用下縮聚而成。縮聚產物端基為環氧基的線型環氧樹脂通式為:

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雙酚A型環氧樹脂的分子結構中含有反應能力強的環氧基,主鏈上有許多醚鍵。是種線性聚醚結構。分子鏈上相距一定距離有許多羥基,是一種長鏈多元醇。主鏈上還有在量苯環、次甲基和異丙基。這些特點可起到以下作用:


環氧基和羥基使得樹脂具有反應活性,并使硬化物具有很強的內聚力和粘結力。醚鍵和羥基是極性基因,有助于提高浸潤性和粘附力。醚鍵和C-C鍵使大分子具有一定柔順性。苯環使固化物具有耐熱性和剛性。鍵的鍵能高,從而提高了而堿性。且經顯性致死突變指數(Ames)試驗證明雙酚A型環氧樹脂無致癌、致畸、致細胞突變性,因此可安全使用。基于雙酚A型環氧樹脂有以上優點,本實驗采用其為環氧改性瀝青中的常規改性樹脂。


3.2 固化劑的選擇

由于固化劑的選擇對環氧瀝青的影響較大,選擇時要適應以下幾點要求:

01

環氧樹脂和固化劑摻合后,在一定固化溫度下,初期混合物固化時間應滿足瀝青混凝土的攪拌、運輸、攤鋪以及碾壓等所需要的時間。

02

固化劑不但應在高溫下使環氧樹脂固化,而且在常溫下也可以慢慢固化,因為環氧瀝青混合料在鋪筑后的常溫條件下,仍然需要進一步固化,使混合料強度得到不斷增長。

03

固化劑在實際應用中,應具有產量大、價值低、無毒害、易控制這些先決條件,使得環氧瀝青使用易于推廣和普及。


所以,固化劑一般選擇酸酐類(甲基四氫苯酐或者甲基六氫鄰二甲酸酐等)作為環氧瀝青的固化劑。因其毒性較小,且揮發性較低,既節約成本,又利于環氧瀝青的固化。


3.3 環氧瀝青制備的工藝要求

環氧樹脂與瀝青反應生成一種不可逆的固化物,從根本上改變了瀝青的熱塑性。但是,正因為環氧瀝青使熱固性物質,與普通瀝青相比,還存在著許多問題。所以,制備環氧瀝青時需要考慮以下幾方面的問題:


1.環氧樹脂與瀝青相容性差

環氧樹脂是極性物質,而瀝青是非極性物質,兩者混合時相容性較差。為了制備性能均一、穩定的環氧瀝青混合料,應改善環氧樹脂與瀝青的分散性,提高二者的相容性。一般加入相容劑。


2.普通環氧樹脂制備的環氧瀝青柔韌性較差

普通的環氧樹脂固化后的脆性差,導致延展性能較差,難以滿足鋼橋面鋪裝層對混合料性能的要求。


3.環氧瀝青各組分最佳配合比例的確定。

環氧瀝青由瀝青、環氧樹脂、固化劑以及其他添加劑等多種材料配合而成,首先需要確定它們合適的配合比例,然而很多情況下各成分的相對比例卻是一對矛盾體,因此,需要通過大量試驗才能確定最佳配合比例和評定指標。

4、環氧瀝青在工程中的運用


4.1 環氧瀝青在橋面鋪裝上的應用

                              

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理論與工程實踐表明,鋼橋面鋪裝主要應滿足以下條件:

1)鋼橋面板由于車輛荷載引起的局部變形大,相同的輪荷作用在鋼板上產生的撓度暈大約是作用在一般路面上的三倍。所以,橋面鋪裝必須具有足夠的變形適應性。

2)鋼橋面板容易受氣候影響,所以橋面鋪裝應能夠在較大的溫度范圍內保持性能穩定。

3)在車輪荷載作用下,鋼橋面鋪裝位于網格狀的加勁肋部位,將形成較大的彎拉應力反復作用,容易導致鋪裝層的疲勞開裂,因此,橋面鋪裝結構應該具有良好的抗疲勞開裂性能。

4)鋼橋面鋪裝應具有完善的防排水與防腐體系,以保證鋼板不被侵蝕。

5)具有良好的結構層間結合,保證鋪裝與橋面板的協同作用。

6) 良好的平整度,以減少行車荷載的沖擊作用。


近些年來,隨著我國交通量及軸載的增大,以及氣候條件變得越來越苛刻,我國的橋面鋪裝層普遍出現了嚴重的早期損壞,極大地影響了橋梁的使用壽命,造成了巨大的經濟損失。實踐表明,橋面鋪裝層破壞后的維修費用往往要數倍于原來的投資,而且修復時間較長,嚴重影響了交通通行的安全性、快捷性和舒適性。


橋梁作為懸空結構,其上橋面鋪裝層對自然因素的變化敏感,比路基路段的瀝青路面更容易出現早期病害。在炎熱的夏季,鋼橋面板的溫度要比氣溫高25℃~35℃,車轍發生的可能性要高于普通路段;橋面對低溫和溫度的升降循環更為敏感,所以更容易出現各種形式的裂縫。橋梁的撓度大,受溫度應力影響顯著,有時還存在負彎矩,這些外力條件都比路面的苛刻。另外,由于瀝青混合料鋪裝層同橋梁結構在材料性能上差異較大,因此會導致在外力作用下應力與變形的不連續。由于受這種復雜的溫度應力、負彎矩、剪應力、超載及沖擊力的影響,橋面鋪裝容易出現變形類損害和裂縫類損害。


環氧瀝青路面的運用,從南京長江第二大橋開始,我國引入了環氧瀝青這種橋面鋪裝材料,并由此展開了我國橋面鋪裝史上新的一頁。隨后,環氧瀝青混凝土橋面鋪裝又相繼用于潤揚長江大橋試驗橋、江陰長江大橋試驗段、浙江舟山桃天門大橋以及潤揚長江大橋、江陰長江大橋橋面修復、南京長江三橋等國家重點工程。從南京長江二橋五年多的橋面使用狀況以及其他各橋的施工質量檢測指標來看,環氧瀝青混凝土橋面鋪裝不論在橋面防水、層間粘結、瀝青層鋪裝都具有明顯的優勢,且具有良好的路面使用性能。


環氧瀝青混合料是鋼橋面鋪裝、路面磨耗層、超重載交通道路的理想筑路材料,具有廣泛的應用前景,進行國產環氧瀝青的研究與開發成為當務之急,國產環氧瀝青混凝十鋪裝技術的成功開發,將會大大降低橋面鋪裝的工程造價與使用成本,同時擁有自己的環氧瀝青技術,也便于在日后生產實踐中不斷優化環氧瀝青鋪裝性能,其創造的經濟效益和社會效益將十分可觀。


4.2 環氧瀝青在高級公路和城市主干道上的應用


交通壓力的增大造成了道路路面各種各樣的損壞,瀝青本身的熱塑性質使得它的修復相對團難,熱固性的環氧瀝青則正好填補了這個缺陷。環氧瀝青在道路上的應用主要體現在以下幾個方面:

1

道路上尤其是停車站由于機車頻繁的剎車、啟動和較長時間的停車作用,傳統的瀝青路面會出現嚴重的車轍破壞現象。使用環氧瀝青作為鋪裝材料時,則可以減少這種問題,提高路面使用性能。

2

環氧瀝青具有很好的粘結性能和較大的剛度,因而在高溫下的變形很小,表層在經過磨耗之后不會因為泛油而變成光面。這些特點使得在鋪筑抗滑磨耗層的時候環氧瀝青成為首選的表面鋪裝材料。可以將其運用在機場路面,來提高飛機降落和起飛的安全系數。

3

對于減少路面雨天的濺水現象,改善雨天道路標線的能見度和夜間的眩光問題,研究人員們提出了鋪筑多孔、透水式的瀝青面層的建議。但是,使用普通瀝青修建的透水性路面容易被行車壓密,從而減少透水層的空隙,大大降低了其應用效果;同時,在剎車、加速和拐彎處容易出現剝落。環氧瀝青的出現則可以很好的解決這些問題,達到結構和材料的同時優化。


此外,在一些易受腐蝕和磨損嚴重的路面.諸如汽車庫、集裝箱原油中轉站等地方為了降低破壞,減少修補次數,也亟需環氧瀝青來作為鋪裝層。

來源:網絡




標簽:技術中心改性瀝青
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