钢箱梁桥用环氧沥青材料的制备

1、钢箱梁桥用环氧沥青材料的制备钢箱梁桥用环氧沥青材料的制备马玉然1，方坤1，李依璇2，熊金平1*（1.北京化工大学教育部碳纤维及功能高分子重点实验室，北京化工大学北京市材料电化学过程与技术重点实验室，北京 100029；2.北京碧海舟腐蚀防护工业股份有限公司，北京 100029)摘要：摘要：本文以拉伸强度和断裂伸长率为主要考核指标，通过正交试验优化出了环氧沥青材料的最佳配方，在此基础上进一步研究了沥青、活性增容剂、固化剂等主要影响因素对环氧沥青材料力学性能的影响，所制备出的环氧沥青材料断裂伸长率高达 231.65%、拉伸强度 2.14MPa。关键词：关键词：环氧沥青环氧沥青力学性能力学性能*通讯

2、作者: Preparation of epoxy asphalt materials used in steel bridgeYuran Ma1, Kun Fang1, Yixuan Li2, Jinping Xiong1*(1. Key Laboratory of Carbon Fiber and Functional Polymer of Education Ministry,Beijing Key Laboratory of Electrochemical Process and Technology for Materials,Beijing University of Chemica

3、l Technology, Beijing, 1000292. Beijing Bihaizhou Corrosion and Protection Industry Co .Ltd, Beijing, 100029)Abstract: With the help of criterion of tensile strength and average elongation as evaluationthe epoxy asphalt performance, the influences of the contents of asphalt, activitycompatibilizer,

4、curing agents on the mechanical properties of the epoxy asphaltwere studied by orthogonal experiments. The tensile strength and averageelongation of the optimized formula epoxy asphalt were 231.65% and 2.14MPa ,respectively .Key Words: Epoxy AsphaltMechanical Properties1、前言、前言沥青因良好的矿物附着力和粘弹性而被广泛应用于铺

5、设道路1，而较差的高低温性能导致其极易破坏而影响其使用性能。因此，对沥青进行改性以改善其性能来满足不同场合和环境条件下的使用需要势在必行。用环氧树脂来改性沥青是目前研究的热点之一。环氧树脂改性时，加入沥青中的环氧树脂与固化剂发生的固化反应后形成网状结构固化物；而沥青分子将分散于这一环氧树脂的网状结构中，形成不可逆的固化物，从而赋予沥青以优良的物理、力学性能。而这种改性所得到的环氧沥青材料从根本上改变了沥青的热塑性性质，其新的性能使得环氧沥青在路面铺装的工程中有着十分优异的特性2：强度高、刚度大、韧性好；优良的抗疲劳性能；良好的层间结合能力；良好的温度稳定性和良好的耐腐蚀性。它是钢桥面铺装、路面

6、磨耗层、超重载交通道路的理想筑路材料，具有广泛的应用前景。国外上世纪 60 年代就开始研究环氧树脂改性石油沥青，经过长时间的发展，现已相当成熟3-5。我国的一些科研机构在 20 世纪 90 年代开始对环氧沥青的配制方法和机理进行研究，现已取得一定成绩6-11。然而，现阶段国产环氧沥青中仍存在制备工艺复杂、环氧树脂比例高、成本大、组分间相容性不好等问题。本文通过正交试验法对环氧沥青配方的各组分进行优选，确定了环氧沥青材料的配方。此配方解决了环氧沥青各组分相容性问题，降低了环氧树脂用量、节约了成本，此外环氧沥青制备工艺简单。2、实验、实验2.1 主要实验材料主要实验材料环氧树脂：E-51 环氧树脂

7、沥青：重交 70#沥青） 、二聚脂肪酸酐武汉瑞基化工有限公司固化剂：芳香族酸酐（甲基四氢邻苯二甲酸酐，（桐油酸酐，扬州广润化工有限公司）武汉远城科技发展有增容剂：脂肪族缩水甘油醚环氧树脂(1，4-丁二醇二缩水甘油醚，)限公司狮子山化工涂料厂，分子量 4000）江苏省海安石油化工厂增韧剂：聚丙二醇 PPG（2.2 制备方法制备方法取一定质量的重交 70#沥青于反应器中加热至 120搅拌均匀，后依次加入 PPG、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、芳香族酸酐和二聚脂肪酸酐，120下搅拌 30 分钟后， 再加入适量的 E-51 环氧树脂，仍在 120保温下继续搅拌 20 分钟，随后转移至恒温箱中 120下固化

8、 4h 即成环氧沥青材料。3、结果与讨论、结果与讨论3.1 环氧沥青正交优化环氧沥青正交优化优化试验采用五因素四水平 L16(45)正交设计，正交试验的因素及水平见表 1，试验方案及结果如表 2 所示。聚丙二醇（A）/g脂肪族缩水甘油醚环氧树脂(B)/g二聚脂肪酸酐(C)/g芳香族酸酐(D)/g重交 70#沥青(E)/g1007.00.546.020.51.08.01.049.031.02.09.01.552.041.53.010.02.055.0表 1 实验因素水平表Table1 The level and factors of experimental因素水平表 2 正交试验方案及结果表T

9、able 2 The program and results of orthogonal experiments试验号试验因素试验结果聚丙二醇（A）/g脂肪族缩水甘油醚环氧树脂(B)/g二聚脂肪酸酐(C)/g芳香族酸酐(D)/g重交70#沥青(E)/g拉伸强度/MPa断裂伸长率/%11（0）1（0）1（7.0）1（0.5）1（46.0）1.29137212（1.0）2（8.0）2（1.0）2（49.0）1.6158313（2.0）3（9.0）3（1.5）3（52.0）2.01214414（3.0）4（10.0）4（2.0）4（55.0）1.7119852（0.5）12341.782056221

10、431.922157234121.511558243211.4214793（1.0）13421.4416210324311.2414611331241.6421312342131.83207134（1.5）14231.6519914423141.622415432411.4615516441321.56169拉伸强度K11.6531.5401.6031.5581.353EACBDK21.6571.5901.6671.5781.528K31.5371.6551.6171.6471.853K41.5671.6301.5271.6331.683极差 R0.1200.1150.1400.0890.50

11、0优水平A2B3C2D3E3断裂伸长率K1176.750175.750183.500180.750146.250ECA、BDK2180.500185.750181.250179.250161.000K3182.000184.250186.750183.500208.750K4186.750180.250174.500182.500210.000极差 R10.00010.00012.2504.25063.750优水平A4B2C3D3E4从表 2 可知：因素 A 对拉伸强度的影响高于对断裂伸长率的影响，故而因素 A 取水平A2，同理因素 C 取水平 C2。对于因素 B，水平由 B3变为 B2时拉伸

12、强度降低 3.9%，伸长率增加 0.81%，水平 B3优于 B2。同理可知因素 D,E 分别取 D3，E3。综上所述环氧沥青材料的最优组合为 A2B3C2D3E3，此时环氧树脂的用量以 10g 计。3.2 主要成分用量对环氧沥青材料性能的影响主要成分用量对环氧沥青材料性能的影响根据表 2 所示的极差分析来看，重交 70#沥青、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、二聚脂肪酸酐为影响环氧沥青性能的主要因素，为此研究这三种组分用量对环氧沥青性能的影响，在研究某一因素含量变化时，其它成分的含量以正交优化试验结果 A2B3C2D3E3为基础,并且环氧树脂的用量仍以 10g 计。（1）重交 70#沥青重交 70#沥青用量对环氧沥青力学性能的影响如图 1 所示。沥青用量增加，环氧沥青断裂伸长率显著增大，而拉伸强度在沥青用量超过 52.0g 时降低。这是因为环氧树脂固化形成立体网状结构成为连续相，沥青作为分散相进入网状结构中，当沥青用量低于 52.0g时，网状结构空隙未被填满，沥青增加使伸长率和拉伸强度同时增大；当沥青用量超