水性环氧乳化沥青混合料性能研究

毕业设计(论文)题 目 水性环氧乳化沥青 混合料性能研究 专 业 材料科学与工程 班 级 0801 学 生 曹 野 指导教师 赵 可 重 庆 交 通 大 学2012 年2012 届材料科学与工程专业毕业设计(论文)I摘 要随着我国道路网络的不断延伸，道路交通量急剧增加，公路路面的养护工作日趋严峻，路面养护急需不受气候条件限制的高性能修补材料，而水性环氧乳化沥青混合料作为一种优良的修补材料，能在常温下对路面进行快速修补。本文介绍了水性环氧乳化沥青制备过程，并通过对水性环氧乳化沥青胶结料的各组分比例以及集料的级配进行优化，对水性环氧乳化沥青混合料的强度、水稳定性、高温稳定性、抗折性能等进行了实验研究,证明了水性环氧乳化沥青混合料的优良性能，并根据具体的性能参数确定了水性环氧沥青在道路交通领域的可应用性。关键词 环氧沥青混合料，环氧树脂，乳化沥青，性能曹野：水性环氧乳化沥青混合料性能研究IIABSTRACTAlong with the extension of road network and the increase of volume of traffic, the maintenance work is becoming more and more severe. materials which is not limited by the climate condition of high performance is serious needed. As a kind of excellent repair materials, waterborne epoxy emulsion asphalt mixture can repair the pavement rapidly at normal temperature . This paper introduces the preparation process of water borne epoxy asphalt emulsion ,the optimization of the component ratio of waterborne epoxy emulsion asphalt binder and aggregate gradation. And the test of waterborne epoxy asphalt mixtures strength, water stability, high temperature stability and flexural properties proved that the epoxy resin has excellent performance.all of these show that the aqueous epoxy asphalt would have wide application in traffic field.KEY WORDS epoxy asphalt mixture，epoxy resin，asphalt emulsion，performance2012 届材料科学与工程专业毕业设计(论文)I目 录前言 .1第 1 章 概述 .41.1 环氧树脂介绍 .41.2 环氧固化剂 .51.3 环氧树脂的改性 .61.3.1 常用环氧树脂的缺陷 .61.3.2 常用环氧树脂改性的方法简述 .61.3.3 环氧树脂增韧改性 .61.4 水性环氧树脂及水性环氧固化剂 .61.4.1 水性环氧树脂 .71.4.2 水性环氧树脂固化剂 .71.5 乳化沥青及沥青乳化剂 .7第 2 章 柔性环氧树脂体系研究 .102.1 环氧树脂改性剂 .102.1.1 环氧树脂的增稠 .102.1.2 环氧树脂的增韧 .102.2 环氧树脂固化剂选择及其固化机理 .122.3 不同比例的改性剂对性能影响 .13第 3 章 环氧树脂的乳化 .163.1 环氧树脂的乳化方法 .163.2 环氧树脂的乳化工艺 .183.2.1 原材料 .183.3.2 乳化工艺 .18第 4 章 乳化沥青的制备 .204.1 乳化剂的选择 .204.2 乳化沥青的制备工艺 .204.2.1 原材料 .204.2.2 乳化工艺 .214.3 乳化沥青性能测试 .21第 5 章 水性环氧乳化沥青制备工艺研究 .225.1 水性环氧树脂与乳化沥青的比例 .225.2 水性环氧乳化沥青胶结料的配制 .235.3 相容性原理 .23第 6 章 水性环氧乳化沥青应用性能研究 .256.1 集料的基本性质 .256.2 加速混合料中水分蒸发的方法 .256.3 集料级配 .266.4 胶结料与集料比例的选择 .266.5 级配选择 .276.6 混合料性能试验 .286.6.1 水稳定性试验检验 .286.6.2 高温稳定性试验 .28曹野：水性环氧乳化沥青混合料性能研究II6.6.3 低温性能试验检验 .296.6.4 开放交通时间模拟 .29第七章 结论与展望 .317.1 结论 .317.2 展望 .31致谢 .33参考文献 .342012 届材料科学与工程专业毕业设计(论文)1前 言随着我国道路交通量的迅速增长，社会各界对公路交通的需求越来越大，对公路交通的服务水平要求也越来越高，但是，现有的水泥混凝土路面和沥青路面大部分处于超负荷与超龄期的状态 ，加之异常天气和重载超限车辆的影响，导致沥青路面2,1性能衰减而出现一些病害，如沉陷、龟裂、车辙、开裂、坑槽等现象。当路面出现坑槽等损坏后，不仅影响道路的整体美观，而且影响道路的正常交通，使车辆行驶颠簸，影响行车的安全性和舒适性，甚至引发交通事故。如果路面的坑槽得不到及时的修补，坑槽内一旦产生积水，不但会使坑槽周围的沥青混凝土路面加速破坏，而且在车辆冲击荷载的作用下积水还会渗入路面内部，影响路面的整体结构，甚至造成结构性破坏。为了保证行车的安全性和舒适性，阻止路面的进一步严重破坏，以及尽可能的减少修补对城市交通的影响，必须通过快速修补来有效地阻止或减缓路面损坏状况的进一步发展，延长路面的寿命。而传统的坑槽修补是用热拌沥青混合料，而热拌沥青混合料生产时集料和沥青都需要较高的加热温度，能耗大，工序复杂，并不能适应移动性大单点工程量小的病害处理。这样不仅使生产成本提高，还会对环境和现场的施工人员构成污染。再者，热拌沥青混合料由于受温度的限制，往往是等路面的坑槽数量较多时才集中修复，这样使损坏的路面得不到及时修补。因此，在 20 世纪 3040 年代，前苏联、美国、加拿大、英国、日本、法国、德国等发达国家为解决冬季沥青路面简易快速修补问题，研究推广了溶剂型可储存式低温沥青混合料修补技术，同时竭力提高冷补沥青混合料的技术性能，扩展其应用条件，相应形成稳定的系列产品和成熟的工艺技术，完成了一定规模的实体工程，取得了一定经验。美国的 SHARP 计划对路面养护方面做了有史以来最广泛的实验研究，涉及到冷拌临时修补、坑洞修补、冬季修补相关的课题。20 世纪 60 年代，壳牌石油沥青公司首次开发出环氧沥青，并在世界各地的不同环境下应用以充分展示该产品优良的路用性能。40 多年来，环氧沥青的品种层出不穷，其研究及应用日趋广泛。1999 年，美国一些机构将环氧树脂改性乙烯基嵌段共聚物对乳化沥青进行改性，并将其应用于路面养护，2008 年，欧美等国就有了丁苯橡胶以及再生剂改性乳化沥青用于沥青路面的预防性养护，近些年，欧洲一些国家采用液体树脂对乳化沥青进行改性，从而制备了低污染的沥青涂料。曹野：水性环氧乳化沥青混合料性能研究2早期在我国公路和城市道路上使用的冷补材料都为美、加、英、日等国外产品，价格昂贵，约为普通热拌沥青混合料的 4 倍甚至更多，但由于其使用方便快速，无需加热，颇受工程单位的欢迎，特别是在北方寒冷地区与南方潮湿多雨地区使用尤为广泛。国内近些年才开始相关性的研究，西北师范大学王云普等在 2006 年对水性沥青基环氧树脂防腐涂料以及制备方法进行了专项研究，2007 年广东工业大学张荣辉等进一步改进乳化沥青的改性原理，采用水性环氧树脂对乳化沥青改性，并将其应用到路面维护和保养。环氧沥青类材料作为一种高性能的铺面材料，已经在南京长江二桥、浙江舟山桃夭门大桥等工程中得到了成功的应用。目前，按照冷补材料所使用结合料的类型不同，可分为以下两种 :3(1)乳化沥青冷补材料。是采用乳化沥青为结合料拌制的冷补料。由于乳化沥青受到破乳时间的限制，不能长时间存放，要求拌制好的沥青混合料尽快使用，否则使用效果不能很好地保证，因此，目前应用乳化沥青制作的冷补材料并不太多。(2)液体沥青(稀释沥青)冷补材料。是采用液体沥青为结合料拌制的冷补材料。以常用道路沥青为主料，再添加稀释剂，改性剂等其他外加剂制成一种冷补改性剂，使用时再按比例和沥青掺配制成一种冷补改性剂。稀释沥青需要大量的溶剂，而汽油、煤油、柴油等溶剂都是宝贵的能源，并且稀释沥青铺到路上后要让这些溶剂挥发掉才能成型，这会污染环境，而且由于柴油挥发十分缓慢，所以混合料成型之后的强度低，初期粘结性能较差，在行车荷载作用下极易飞散。目前已不太常用此种材料。而近些年出现的环氧沥青材料作为一种热固性的材料，会随着时间的增长其强度逐渐增加，具有广阔的应用前景 。4鉴于此，为解决传统沥青类材料温度感温性高、粘结能力不足、耐久性不佳等缺点，本论文拟采用水性环氧沥青进行应用技术研究，确定水性环氧沥青在道路交通领域的可应用性，在保留乳化沥青的低污染、易于施工操作的优点的同时，还通过环氧树脂获得高强度、高粘接力以及使用耐久性等优良性能。本论文要解决的问题：1.找到一种合适的水性环氧树脂的固化剂能使混合料中的环氧树脂快速固化，压实后较短时间内即可开放交通。2.使冷拌的混合料具有和易性和稳定性。3.尽可能合理的评价冷补沥青混合料的路用性能，因为目前还没有相应的规范来评价冷补沥青混合料的路用性能。4.优化环氧体系中 E-51 和环氧树脂改性剂 PE5233 的比例。2012 届材料科学与工程专业毕业设计(论文)35.优化胶结料中环氧树脂乳液和沥青乳液的比例。6.不同胶结料/集料和级配对混合料的性能影响。曹野：水性环氧乳化沥青混合料性能研究4第 1 章 概述1.1 环氧树脂介绍环氧树脂是泛指含有两个或两个以上的环氧基，以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固性产物的高分子低聚体。环氧树脂也是一种从液态到粘稠态、固态多种形态的物质，他几乎没有单独使用的价值，只有和固化剂反应生成三维网状结构不溶、不熔聚合物才有其应用的价值 。由于环5氧树脂中含有独特的环氧基，以及羟基、醚键等活性基团和极性基团，因而其具有许多优异的性能 ：6,5(1)环氧树脂具有很强的内聚力；(2)环氧树脂固化体系中活性极大的环氧基、羟基以及醚键等极性基团赋予环氧固化物极高的粘结强度，再加上它有极高的内聚强度等力学性能，因此它的粘结性能特别强，可用作结构胶；(3)其固化收缩率小，一般为 1%2%，是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一，线膨胀系数也很小，一般为 610-5/,所以产品尺寸稳定，内应力小，不易开裂；(4)不含碱、盐的环氧树脂不易变质，且其耐热性一般为 80100，所以储存稳定性好；(5)环氧树脂固化时不产生低分子的挥发物体，可低压成型或接触压成型，且其配方设计的灵活性很大，可设计出适合各种工艺性要求的配方。而且，在应用上环氧树脂也具有很大的特点 ：7(1)具有极大的配方设计灵活性和多样性。能