一种环氧沥青材料及其制备方法与应用与流程

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种环氧沥青材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、近年来，长寿命路面结构引起道路工程领域科研人员注意。与传统沥青路面的相比，无论是在寿命周期成本方面，还是在结构性能和路用性能方面，长寿命路面都优于传统沥青路面。与此同时，传统材料路面铺装材料难以胜任长寿命路面要求，使用环氧沥青材料代替现有普通沥青材料，是现阶段长寿命路面研究的一大趋势。

2、然而，随着应用领域的进一步拓展，传统常用的环氧沥青普遍存在柔韧性不足，力学性能需要进一步提升，特别是当力学强度和变形能力同时提升难度很大。环氧沥青混合料大跨径桥梁钢桥面的变形协调性不足，且在低温条件下会产生很大的温度应力，产生疲劳裂缝。尽管增韧剂常被用于改善环氧沥青的柔韧性，但效果差强人意，这也使得裂缝成为环氧沥青桥面铺装、路面中最常见的病害，使得路面服役性能和使用寿命下降。

3、同时，对于环氧沥青而言，环氧树脂和沥青均具有可燃性，一旦发生火灾，将会导致沥青路面热分解与燃烧，这极大地影响其服役寿命。常规地对于环氧沥青阻燃性的提高，是通过引入添加剂型阻燃剂，其具备添加方法简单、操作方便和易于工业化的优点。但值得注意的是，由于添加剂和树脂之间不会发生化学反应，阻燃剂很容易发生渗透和迁移，这会降低材料的力学性能和阻燃性能。

4、自我国第一个环氧沥青发明专利以来，根据不同的用途，我国涉及环氧沥青及其使用的专利不断增加。但是，环氧沥青材料制备技术仍然需要进一步提升与改善以提高环氧沥青材料的强度和变形能力、提升其多种应用场景的适应性以及简化其制备工艺。

5、因此，发明和制备一种具有高拉伸强度、高柔韧性、优异低温拉伸变形和抗裂性能与阻燃性，并且原材料易得、生产工艺安全简单的环氧沥青材料，对于促进环氧沥青材料的多场景应用具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明提供一种制备环氧沥青材料的原料、制备环氧沥青材料的方法、环氧沥青材料、环氧沥青材料用于高速铁路嵌缝料或路面结构的防水粘结层的用途、制备环氧沥青混合料的原料、制备环氧沥青混合料的方法以及环氧沥青混合料。本发明所用原料易得，制备工艺简单；本发明的环氧沥青材料具备高柔韧性，具有高拉伸强度，具有优异的阻燃性，还可根据工程应用要求调节粘度上升速度，因此具有极广的工程应用场景；本发明环氧沥青材料混合料具有优异的力学性能及低温稳定性以及具有早强特征。

2、在第一方面，本发明提供一种原料，其包括以下成分：

3、原料组分a，其包括环氧树脂、反应性橡胶和羟基封端聚醚醚酮；以及

4、原料组分b，其包括脂肪胺、富氮磷酰胺和任选的添加剂。

5、在一种实施方式中，所述的环氧树脂包括双酚a型e51、双酚a型e44、双酚a型e20、双酚a型e12、双酚a型e39、双酚f型环氧树脂或其任意组合；优选地，所述的环氧树脂为双酚a型e51环氧树脂。

6、在一种实施方式中，所述的反应性橡胶包括端基类丁腈橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶或其任意组合。

7、在一种实施方式中，所述脂肪胺包括伯胺、仲胺、叔胺、多胺或其任意组合；优选地，所述脂肪胺包括低分子聚酰胺(分子量1000～1500)、间苯二胺、己二胺、丙撑二胺、十二烷基伯胺、十四烷基伯胺、十八烷基伯胺、油基伯胺、十六烷基伯胺或其任意组合。

8、在一种实施方式中，添加剂包括纳米二氧化硅、稀释剂、偶联剂、促进剂或其任意组合。

9、在一种实施方式中，稀释剂包括烷基缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、乙二醇烷基醚缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚或其任意组合。

10、在一种实施方式中，偶联剂包括异丙基三异硬脂酰钛酸酯、异丙基三月桂基钛酸酯、异丙基三酞酸酯、异丙基异硬脂酰二丙烯酰钛酸酯中或其任意组合。

11、在一种实施方式中，促进剂包括2-乙基4-甲基咪唑、氨基哌嗪、dmp-30、三乙胺、三乙醇胺或其任意组合。

12、在一种实施方式中，按照质量份数，各成分含量如下：

13、原料组分a包括：环氧树脂1～100份，例如，1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90或100份，或者由这些范围中的任意值组成的子范围；反应性橡胶1～10份，例如，1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5或10份，或者由这些范围中的任意值组成的子范围；羟基封端聚醚醚酮7～25份，例如，7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5、20、21、22、23、24或25份，或者由这些范围中的任意值组成的子范围；

14、原料组分b包括：脂肪胺1～100份，例如，1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90或100份，或者由这些范围中的任意值组成的子范围；富氮磷酰胺1～15份，例如，1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、11、12、13、14或15份，或者由这些范围中的任意值组成的子范围；添加剂0～30份，例如，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30份，或者由这些范围中的任意值组成的子范围。

15、在第二方面，本发明提供一种制备环氧沥青材料的原料，其包括以下成分：

16、本发明第一方面的原料，以及任选的基质沥青。

17、在一种实施方式中，按照质量份数，任选的基质沥青为0～600份，例如，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、200、250、300、350、400、450、500、550或600份，或者由这些范围中的任意值组成的子范围。

18、在第三方面，本发明提供一种利用本发明第二方面的制备环氧沥青材料的原料制备环氧沥青材料的方法，其包括如下步骤：

19、(1)将环氧树脂预加热到60～200℃，加入反应性橡胶、羟基封端聚醚醚酮，在60～200℃充分搅拌反应，反应时间为15～240min，形成材料组分a；其中，具体温度可以是例如，60、70、80、90、100、120、150或200℃，或者由这些范围中的任意值组成的子范围；其中，反应时间可以是例如，15、20、30、40、50、100、150、200或240min，或者由这些范围中的任意值组成的子范围；

20、(2)将脂肪胺预加热到50～200℃，加入富氮磷酰胺和任选的添加剂，在50～200℃下充分搅拌反应，反应时间为2～4小时，形成材料组分b；其中，具体温度可以是例如，50、60、70、80、90、100、120、150或200℃，或者由这些范围中的任意值组成的子范围；其中，反应时间可以是例如，2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9或4.0小时，或者由这些范围中的任意值组成的子范围。

21、在一种实施方式中，所述方法还包括，将预热至60～200℃的任选的基质沥青与材料组分b和材料组分a在50～200℃下搅拌混合均匀；其中，任选的基质沥青的温度可以是例如，60、70、80、90、100、120、150或200℃，或者由这些范围中的任意值组成的子范围；其中搅拌混合时的温度可以是例如，50、60、70、80、90、100、120、150或200℃，或者由这些范围中的任意值组成的子范围。

22、在第四方面，本发明提供一种根据本发明第三方面的方法制得的环氧沥青材料，其具备以下拉伸强度和/或断裂延伸率特性：

23、在23℃条件下，其拉伸强度大于6mpa(例如，大于6mpa、大于6.5mpa、大于7.0mpa、大于7.5mpa、大于8.0mpa、大于8.5mpa，或由这些范围中的任意值组成的子范围)；和/或

24、在-10℃条件下，其拉伸强度大于20mpa(例如，大于20mpa、大于21mpa、大于22mpa、大于23mpa、大于24mpa，或由这些范围中的任意值组成的子范围)；

25、和/或

26、在23℃条件下，其断裂延伸率大于550％(例如，大于550％、大于560％、大于570％、大于580％、大于590％、大于600％，或由这些范围中的任意值组成的子范围)；和/或

27、在-10℃条件下，其断裂延伸率大于160％(例如，大于160％、大于165％、大于170％、大于175％、大于180％、大于185％，或由这些范围中的任意值组成的子范围)。

28、在一种实施方式中，所述环氧沥青材料的粘度增长到1pa·s的时间可调节，例如，可以为至少97、100、110、120、130、140、150、155、160、165、170或175min，或由这些范围中的任意值组成的子范围。

29、在一种实施方式中，所述环氧沥青材料的烟密度小于55％，例如，小于55、54、53、52、51、50、49、48、47、46、45、44、43、42、41或40％，或由这些范围中的任意值组成的子范围。

30、在第五方面，本发明提供一种本发明第三方面制得的环氧沥青材料或第四方面的环氧沥青材料用于高速铁路嵌缝料或路面结构的防水粘结层的用途，其包括：首先，将所述环氧沥青材料降温至60～70℃；然后，用灌缝设备进行高速铁路水泥混凝土道床接缝灌缝，或采用环氧沥青洒布车进行路面结构防水粘结层洒布。

31、在第六方面，本发明提供一种制备环氧沥青混合料的原料，其包括以下成分：

32、本发明第二方面的制备环氧沥青材料的原料，以及集料。

33、在一种实施方式中，所述集料包括碎石，例如，石灰岩、玄武岩、闪长岩、辉绿岩或其任意组合。

34、在一种实施方式中，所述集料包括旧沥青路面铣刨料。

35、在一种实施方式中，所述集料不包括旧沥青路面铣刨料。

36、在一种实施方式中，所述集料包括旧沥青路面铣刨料和碎石，例如，石灰岩、玄武岩、闪长岩、辉绿岩或其任意组合。

37、在一种实施方式中，所述集料包括碎石，例如，石灰岩、玄武岩、闪长岩、辉绿岩或其任意组合，但不包括旧沥青路面铣刨料。

38、在一种实施方式中，环氧沥青材料的原料与集料的质量比的百分数为0.5～7.0％，例如，0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5或7.0％，或由这些范围中的任意值组成的子范围。

39、在一种实施方式中，所述集料包括碎石，环氧沥青材料的原料与碎石的质量比的百分数为4.0-7.0％，例如，4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5或7.0％，或由这些范围中的任意值组成的子范围。

40、在一种实施方式中，所述集料包括旧沥青路面铣刨料，环氧沥青材料的原料与旧沥青路面铣刨料的质量比的百分数为0.5-5.0％，例如，0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5或5.0％，或由这些范围中的任意值组成的子范围。

41、在第七方面，本发明提供一种利用本发明第六方面的原料制备环氧沥青混合料的方法，其包括：将集料加热到120～180℃，将原料组分a和原料组分b各自加热到60-180℃；其中，具体的集料加热温度可以是例如，120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175或180℃，或由这些范围中的任意值组成的子范围；其中，原料组分a和原料组分b各自的具体加热温度可以是例如，60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170或180℃，或由这些范围中的任意值组成的子范围。

42、在一种实施方式中，所述集料包括碎石，其被加热至120～180℃，将原料组分a和原料组分b各自加热到60-80℃；其中，具体的集料加热温度可以是例如，120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175或180℃，或由这些范围中的任意值组成的子范围；其中，原料组分a和原料组分b各自的具体加热温度可以是例如，60、70或80℃，或由这些范围中的任意值组成的子范围。

43、在一种实施方式中，所述集料包括旧沥青路面铣刨料，其被加热至100～180℃，将原料组分a和原料组分b各自加热到60-180℃；其中，具体的集料加热温度可以是例如，100、110、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175或180℃，或由这些范围中的任意值组成的子范围；其中，原料组分a和原料组分b各自的具体加热温度可以是例如，60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170或180℃，或由这些范围中的任意值组成的子范围。

44、在一种实施方式中，将加热至目标温度的原料组分a、原料组分b以及任选的基质沥青混合，得到混合物。

45、在一种实施方式中，将所得混合物和集料送入拌合楼，并充分拌和均匀。

46、在第八方面，本发明提供一种本发明第七方面的方法制得的环氧沥青混合料，其包括集料和环氧沥青材料。

47、在一种实施方式中，环氧沥青混合料的-10℃低温小梁最大弯拉应变大于3500με，例如，大于3600、3700、3800、3900、4000、4100、4200、4300、4400、4500、4600、4700、4800、4900或5000με，或由这些范围中的任意值组成的子范围。

48、在一种实施方式中，环氧沥青混合料的60℃马歇尔稳定度大于55kn，例如，大于55、55.5、56、56.5、57、57.5、58、58.5、59、59.6或60kn，或由这些范围中的任意值组成的子范围。

49、在一种实施方式中，环氧沥青混合料固化24h后稳定度即可达到完全固化稳定度的80％以上，例如，80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99或100％，或由这些范围中的任意值组成的子范围。

50、在一种实施方式中，环氧沥青混合料的工程适用期大于150min，例如，大于150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290或300min，或由这些范围中的任意值组成的子范围。

51、除非特别说明，本发明所述百分数、比例、比率、含量或份数均是按重量计。若无特别说明，本发明中的碎石是指非回收再生利用的碎石，其可以为适用于具体应用场景的任意尺寸。

52、若无特别说明，本发明中的旧沥青路面铣刨料是指回收再生利用的旧沥青路面部分，既可含有碎石等成分，也可含有基质沥青、环氧沥青材料等成分。

53、若无特别说明，本发明中由原料组分a、原料组分b以及任选的基质沥青制得的物质均可称为环氧沥青材料，例如，本发明第三方面制得的材料、第四方面的材料，以及第七方面制得的材料和第八方面的材料中的非集料部分。

54、本发明中，当制备环氧沥青混合料的原料的集料中包含旧沥青路面铣刨料等再生成分时，环氧沥青混合料也可以称之为再生混合料；相应地，环氧沥青混合料中的环氧沥青材料成分也可以称之为再生剂。

55、本发明的环氧沥青材料具备高拉伸性能以及高柔韧性，尤其在低温环境下表现出极其优越的柔韧性，有助于减少路面在低温状态下产生的疲劳裂缝，从而减少维修养护次数。

56、本发明的环氧沥青材料具有优异的阻燃性，烟密度可小于55％，满足规范gb/t29051-2012中烟密度≤75％的要求，可以降低火灾风险，减少对人的生命和财产带来的威胁，有助于环氧沥青材料的推广与多场景应用。

57、本发明的环氧沥青材料可根据工程应用要求调节粘度上升速度，因此具有极广的工程应用场景。

58、本发明的环氧沥青材料的合成工艺简单易控，经实验室大批量的10升釜和30升釜的放大试验后，已有1吨釜和4吨釜的工业化生产，已应用于相关工程。

59、本发明环氧沥青材料混合料的马歇尔稳定度均大于55kn，低温小梁最大弯拉应变均大于3500με，最高可达5080με，表明本发明环氧沥青混合料具有优异的力学性能及低温稳定性，保证行车安全的同时延长了路面的使用寿命。

60、本发明的环氧沥青混合料具有早强特征，在固化24h后稳定度即可达到完全固化稳定度的80％以上，使其在应用后可尽快开放交通，保障经济发展。

61、本发明的环氧沥青材料或环氧沥青混合料可用于高速公路路面、大跨径桥梁钢桥面铺装、水泥混凝土桥梁桥面铺装、隧道路面、机场路面、隧道及大坝防渗等工程。