[发明专利]宽温度域高性能热固性环氧沥青材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学改性沥青，确切的说是一种低温性能和高温性能均优异的宽温度域高性能热固性环氧沥青材料及其制备方法。

背景技术

沥青有着很好的黏着性和防水性，使用工艺简单，造价低廉，在道路铺装、屋面防水、密封和胶黏以及减震和降噪等方面有着广泛的应用。它本质上属于一种热塑性的物质。这种特性表现在用沥青铺设的路面上往往是，在夏天高温季节，重载荷作用下路面易出现车辙，在冬天寒冷季节，易出现温缩裂缝，随着公路等级的提高和大跨度钢箱梁结构桥梁的普遍采用，对铺装材料的强度、变形稳定性和疲劳耐久性等提出了很高的要求，同时在使用性能上又提出了高黏结性和不透水等特殊要求。作为桥梁车系的重要组成部分，桥面铺装的好坏直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁耐久性及投资经济效益。再者，沥青如果作为防水、胶黏或者减震降噪等材料时，同样面临着冬天易脆裂，夏天易熔化的缺陷。

此外，随着我国高速铁路的快速发展，无碴轨道以其轨道稳定性、刚度均匀性和耐久性好、平顺度高、维修工作量显著减少等突出优点得到了广泛的应用。然而，由于高速列车的动力响应特性，轨道的弹性已经成为必须优先考虑的关键因素，否则由于高速运行的列车在通过变了形的轨道时产生的瞬时减载和横向力加大，会导致脱轨系数的增大；加上温度应力的影响，将对无缝道路的横向稳定性十分不利，同时动力和轨道变形发展还会形成恶性循环，将会对高速铁路必需确保的安全性、舒适和少维修三大主要目标构成严重威胁。同时，刚度大的无碴轨道结构如果在减振降噪方面不采取必要措施，将产生难以忍受的振动和噪声。据调查，列车速度在300km/h以下时，主要噪声为轮轨噪声，振动来源于轨道的不平顺，钢轨与运行中的车轮相互作用，激起钢轨和轨下基础的振动，钢轨即向外辐射噪声，振动随轨下基础向周围传递，或引起振动，或造成结构二次噪声；列车在300km/h以上速度运行时轮轨噪音和气动噪音同时得到增强。可见，轨道的弹性、高速铁路的减振降噪问题是发展高速铁路必须解决的问题。目前的解决办法主要是，在路基基础和混凝土轨道板之间设置弹性调整层，同时在道轨下加铺弹性垫层。当前无碴高速铁路使用的弹性调整层为水泥沥青(CA)砂浆。然而，水泥沥青(CA)砂浆是日本在七十年前建造新干线时采用的技术，在使用过程中暴露出固化收缩严重、为轨道板提供的弹性不够等问题，已经成为影响高速铁路更加高速化和环保化的关键问题。也因此，沥青混凝土类弹性基床的研究在美、德、荷兰、西班牙等国也在积极推进中。

显然，对普通沥青进行改性，降低它的温度敏感性，提高它的耐疲劳性能是提高沥青使用性能，扩展沥青适用范围，满足各种极端应用的必要手段。

沥青改性的方法较多，在USP5348994中给出了含有磺酸盐或磺酸基团的沥青、丁基橡胶、SBS和磺化的三元乙丙橡胶以及+1～+3价的阳离子中和剂来制备的改性沥青，铺设此种材料的路面具有改进的粘弹性，软化点升高，储存稳定性改善；USP64114056给出了用多磷酸和超磷酸处理的耦联组分来改性沥青获得高的使用温度；USP6399680给出了用改性沥青总量的0.02-3％的硫酸、磷酸、冰醋酸或硝酸作促进剂，含有改性沥青总量的0.2-15％的环氧基的共聚物制成的改性沥青；USP5574095给出了用含有环氧基团的共聚物和多胺改性的沥青组分；USP5604274给出了总量4-30％含有环氧基团的聚合物改性的沥青作A组分，B组分是用胺、酸酐、醇、羧酸和硫脲改性的沥青，A和B混合作为铺装材料，其中A组分80-95％，B组分5-20％，含有环氧基团的聚合物在沥青中形成连续相，由此得到具有热固性能的沥青；USP4162998中给出了用多胺和环氧树脂改性沥青的方法；USP5576363给出了用含有环氧基团的共聚物及羧酸等改性来制备双组分改性沥青材料的方法。在CN1364823中给出了用有机接枝材料和/或交联组分生产橡胶改性沥青材料；CN1415663A中给出了用富芳贫蜡组分与热塑性橡胶制成富含聚合物的母体，用该母体与基础沥青制成分散均匀的沥青组合物，并且加入占沥青总量0.1-0.5％的复合添加剂，制成聚合物改性的道路沥青产品；CN1106597给出了一种用环氧树脂及其合适的固化剂改性沥青制备的高速公路及高性能的具有高强度、高延展性的环氧沥青。CN200610039988.8提出首先对沥青本身进行功能化改性，然后配合环氧树脂的合适的固化剂来制备双组份的硬弹性的环氧沥青材料，而且可以通过促进剂和固化剂的配合使用有效的控制适用期。