1、81潜伏型固化剂在水性环氧沥青防水黏结层材料中的应用研究陈香，徐德根，臧冬冬，关永胜，陈李峰（江苏中路交通科学技术有限公司，江苏 南京 2 11800）摘 要：水性环氧沥青材料是一种新型热固性防水黏结层材料，可以用于桥面铺装防水黏 结层。文章对比了潜伏型固化剂（固化剂 A、 B、 C） 种 类 、 含 量 对 水 性 环 氧 沥 青 蒸 发 残 留 物软化点、高温流淌性、附着力拉拔强度、储存稳定性等方面的影响，结果表明：固化剂 含量的增加可以提高水性环氧沥青的软化点，高温流淌性，降低储存稳定性。固化剂 C 为 最 佳 固 化 剂 ， 在 水 性 环 氧 /固 化 剂 C=4:1 时 ， 制 备
2、 的 水 性 环 氧 沥 青 的 储 存 性 可 达 10 d， 力 学 性能和路用性能均满足规范要求。 关键词:潜伏性固化剂；水性环氧沥青；热固性防水黏结层Application of Latent Curing Agent in Waterborne Epoxy Asphalt Waterproof Adhesive Layer MaterialCHEN Xiang, XU Degen, ZANG Dongdong, GUAN Yongsheng, CHEN Lifeng（ Jiangsu Sinoroad Transportation Science And Technology Co.
3、, Ltd., Nanjing 211800, China）Abstract： Waterborne epoxy asphalt material is a new type of thermosetting waterproof adhesive layer material, which can be used in bridge deck pavement waterproof adhesive layer. The effects of latent curing agents (curing agent A, B, C) on the softening point, high-te
4、mperature flow-ability, adhesion pullout strength, drawing strength and storage stability of waterborne epoxy asphalt were compared. The result shows that: The softening point and high temperature flow-ability of waterborne epoxy asphalt were improved with curing agent content increased, but storage
5、 stability was reduced. The curing agent C was the best curing agent. When the waterborne epoxy / curing agent C = 4: 1, the prepared waterborne epoxy asphalt can be stored for up to 10 days. The mechanical properties and road performance meet the specifications.Key word： latent curing agent； waterb
6、orne epoxy asphalt； thermosetting waterproof adhesivelayer水泥混凝土桥梁是公路桥梁的主要结构形式，对于水泥混凝土桥梁，防水黏结层位于水泥混凝 土 桥 面 板 与 沥 青 混 凝 土 铺 装 层 之 间 ， 是 桥 面 铺 装 的 重 要 组 成 部 分 1。 选 择 优 异 性 能 的 防 水 黏 结 层 材 料 ， 保 证 其 使 用 质 量 是 防 止 桥 面 铺 装 病 害 ， 提 高 桥 面 结 构 耐 久 性 的 关 键 2。 目 前 使 用 的 水 性 沥 青 基 喷涂型防水层间黏结材料不同程度地存在黏结性能差、防水性能和高
7、低温稳定性不足等缺点。水性 环氧沥青防水黏结材料是由水性环氧树脂和乳化沥青混合而成的一种新型热固性防水黏结层材料。82经喷洒后，水性环氧沥青材料在自然状态下，材料中的水分挥发、破乳、初步凝结后达到一定的强 度；当沥青上面层混合料铺筑到水性环氧沥青防水黏结层时，材料中本身含有的高温固化剂在高温 作用下，二次固化，达到更高的强度，固化后具有优异的力学性能和路用性能，更适用于水泥混凝 土桥梁的防水黏结层 3。目前，国内外对水性环氧沥青的制备进行了大量的研究 4-8，主要从水性环 氧树脂的合成以及与乳化沥青的复配角度出发，开发了性能优异的水性环氧沥青防水材料。但是缺 乏固化剂对水性环氧沥青的影响研究。
8、固化剂是使水性环氧树脂在乳化沥青中形成三维网络结构的 交联的关键材料。因此，本文针对不同厂家的潜伏型固化剂，研究了潜伏型固化剂对水性环氧沥青 高温性能、力学性能以及储存稳定性的影响，开发出性能优异、存储稳定的水性环氧沥青，并实现 在江苏某高速公路桥面改造工程中的应用。1 试验部分1.1 主要原材料基质沥青：中石化“东海” 牌 70 号 道 路 沥 青 ； 乳化剂采用阴离子型十二烷基苯磺酸钠与非离子型 OP-10 复配；水性环氧乳液： 上海某公司生产的 EU618 水性环氧 ， 固含量为 50%， 环氧当 量为 200220g/mol； 潜伏型固化剂：上海某公司生产的固化剂 A， 固 含 量 为
9、 50%， 苏 州 某 公 司 生 产 的 固 化 剂 B，固含量为 50%， 四 川 某 公 司 生 产 的 固 化 剂 C， 固 含 量 为 50%； 1.2 乳化沥青和水性环氧沥青的制备阴离子沥青的制备：采用嘉兴米德 MD-6 胶 体 磨 设 备 ， 乳 化 沥 青 固 含 量 为 45%， 乳 化 剂 含 量 为 1.5%， 皂 液 PH = 9 11， 皂 液 温 度 55 60 ， 沥 青 温 度 135 145 ， 胶 体 磨 转 速 为 3 000 r/min， 剪切时间为 1 min。 制 备 的 阴 离 子 乳 化 沥 青 的 性 能 如 表 1 所 示 。表 1 自制 7
10、0#阴离子乳化沥青性能固含量/ 软化点/ 针 入 度 （ 25 ） 延度（10 ）/ 筛上余量 5 d 稳定性/% /0.1mm cm （ 1.18mm） /% %48.2 56.5 57 87 0.02 0.23水性环氧沥青的制备： 先将水性环氧树脂与固化剂按照 2:1、 3:1、 4:1、 5:1 的比例进 行低速搅拌 混合，在加入一定量的自制阴离子乳化沥青，进行搅拌 5min， 得 到 水 性 环 氧 沥 青 。1.3 性能测试与表征1.3.1 蒸发残留物软化点按照 JTG E202011 公 路 工 程 沥 青 及 沥 青 混 合 料 试 验 规 程 测 定 中 T06511993 乳
11、 化 沥 青 蒸 发残留物含量试验烧去乳化沥青中的水分，在进行软化点测试。1.3.2 高温流淌性取一定直径的圆形铝盘， 倒入定量的水性环氧沥青， 在 25 条件下固化成膜 24 h， 再 放入 100 烘箱中高温固化 2 h， 最 后 将 其 垂 直 放 入 160 烘箱中保温 4 h， 观 察 高 温 流 淌 性 。1.3.3 附着力拉拔强度成型 15 cm15 cm15 cm 的 C30 混凝 土石块， 按照混凝土养护标准条件下养护 28 d 后。 用砂纸 将 石 块 表 面 打 磨 平 整 ， 再 除 去 表 面 灰 尘 ， 用 毛 刷 子 在 表 面 涂 刷 水 性 环 氧 沥 青 ，
12、 按 照 0.9 kg/m2 均匀涂83满石块的一个整面。将涂好的石块在 25 条 件 下 放 置 24 h 后，用环氧胶黏上拉拔头，待环氧胶固化后，进行拉拔试验。拉拔试验在 25 和 40 的条件下进行。1.3.4 存储稳定性将配制好的水性环氧倒入塑料瓶中，放置在 25 环 境 中 存 放 ， 观 察 沉 淀 形 成 的 时 间 。2 结 果 与 讨 论2.1 固化剂对水性环氧沥青高温流淌性的影响将固化剂 A、 固 化 剂 B、固化剂 C 按照 2:1、 3:1、 4:1、 5:1 比 例 与 水 性 环 氧 EU618 混 合 均 匀 ， 再加入到自制的阴离子乳液沥青中搅拌均匀后倒入直径为
13、 13.5 cm 的圆形铝盘中，控制成膜的厚度 为 1.5 mm 左 右。 将盛满水性环氧沥青的铝盘在 25 条件下 放 置 24 h， 再放 入 100 烘 箱中保温 2 h使水性环氧固化； 将装有固化的样品的铝盘放入 160 的烘箱 中保温 4 h， 保持铝盘垂直且距离烘箱边缘超过 10 cm， 观 察 固 化 的 水 性 环 氧 沥 青 在 铝 盘 中 的 流 淌 情 况 。 表 2 为用不同固化剂制备的水性环氧沥青在 160 烘箱中 的流淌性能。 由表 2 可 知： 在 EU618/固化剂为 2:1 时， 3 种固 化剂 （A 、 B、 C）制备的水性环氧沥青都不流淌，随着固化剂含量的
14、减少，逐渐产生了流淌。当 EU618/固 化 剂 为 5:1 时， 三种 固化剂制备的水性环氧沥青都发生了流淌 ， 但是开始产生流淌时对应的水性环氧与固化 剂的比例不同。对应的水性环氧与固化剂比例分别为 3:1（ 固化剂 A） 、4:1（固化 剂 B） 、5 :1（固 化 剂 C） 。 从高 温流淌性来看， 固化剂作用效果为： 固化剂 C固化剂 B固化剂 A， 这是由于固化剂 对水性环氧树脂的固化作用有关，水性环氧树脂固化后在乳液沥青体系中形成三维交联网络，提高 了水性环氧沥青的蒸发残留物软化点。表 2 不同固化剂配制的水性环氧沥青高温流淌性（ 水 性 环 氧 /固 化 剂 /沥 青 =10/
15、X/90）固化剂种类 EU618/固化剂 流淌性2:1 不流淌3:1 流淌固化剂 A固化剂 B固化剂 C4:1 流淌5:1 流淌2:1 不流淌3:1 不流淌4:1 流淌5:1 流淌2:1 不流淌3:1 不流淌4:1 不流淌5:1 流淌2.2 固化剂对水性环氧沥青蒸发残留物软化点的影响图 1 为不同种类固化剂对水性环氧沥青蒸发残留物的软化点的影响。从图 1 可看出：相同种类 的 固 化 剂 ， 随 着 固 化 剂 含 量 的 降 低 ， 水 性 环 氧 沥 青 的 蒸 发 残 留 物 软 化 点 逐 渐 降 低 ， 但 是 固 化 剂 A 的 下降趋势明显大于固化剂 C。 如当水性环氧与固化剂比
16、例为 2:1 时， 软化 点的关系： 固化剂 A固化 剂 B 固 化 剂 C。 而 当 水 性 环 氧 与 固 化 剂 比 例 为 5:1 时 ， 软 化 点 的 关 系 ： 固 化 剂 A 固 化 剂 B 固 化 剂 C。对于固化剂 A 来说，当水性环氧与固化剂 A 比例为 3:1 时 ， 残 留 物 的 软 化 点 为 160.2 ，但出，固化剂含量从 2:1 降 低 到 4:1 时 ， 25 拉 拔 强 度 变 化 不 大 ， 40 的 拉 拔 强 度 明 显 降 低 ； 但 是 继84其比例低于 3:1 时 ， 软 化 点 小 于 160 ； 对 于 固 化 剂 B 来 说 ， 当 水
17、 性 环 氧 与 固 化 剂 A 比例为 4:1 时 ， 残留物的软化点为 145.6 ； 而对于固 化剂 C 来说 ， 其软化点低于 160 的 比例为 5:1， 比例超过 4:1时，软化点均大于 160 。 这 与 上 述 水 性 环 氧 沥 青 的 160 高 温 流 淌 性 的 结 果 一 致 ， 当 软 化 点 大 于160 时 ， 在 160 烘 箱 中 没 有 软 化 ， 不 会 产 生 流 动 ， 因 此 不 流 淌 。图 1 不同种类固化剂的水性环氧沥青的蒸发残留物软化点2.3 固化剂对水性环氧沥青存储稳定性的影响表 3 为室温条件下不同固化剂所制备的水性环氧沥青存储稳定性。
18、从表 3 中可看出：潜伏型固 化剂在水性环氧中仍然会发生固化反应，产生沉淀，影响水性环氧沥青的储存稳定性，且不同的厂 家的固化剂对水性环氧沥青的储存稳定性影响不同。对于同种固化剂，随着固化剂含量的增加，发 生沉淀的时间逐渐减少，即储存稳定性变差。对比不同的固化剂发现，产生沉淀的最长时间分别为 7 d（固化剂 A） 、 4 d（固 化剂 B） 、 12 d（固化剂 C） 。 从水性环氧沥青储存稳定性上看 ： 固化剂 C 固化剂 A 固 化 剂 B。因此，从固化剂对水性环氧高温性能和储存稳定性二个方面看，固化剂 C 对 水性环氧沥青的作用效果最好。下面将选择固化剂 C 来 制 备 水 性 环 氧
19、沥 青 ， 并 测 试 其 相 关 性 能 。表 3 不同固化剂的水性环氧沥青的存储稳定性固化剂种类 EU618/固化剂 稳定性2:1 2 d 沉淀3:1 2 d 沉淀固化剂 A固化剂 B固化剂 C2.4 固化剂含量对水性环氧沥青拉拔强度的影响4:1 4 d 沉淀5:1 7 d 沉淀2:1 2 d 沉淀3:1 2 d 沉淀4:1 2 d 沉淀5:1 4 d 沉淀2:1 2 d 沉淀3:1 4 d 沉淀4:1 10 d 沉淀5:1 12 d 沉淀测试不同固化剂 （C） 含量试样的拉拔强度见图 2 和表 4。 从图 2 可看出 ： 固化剂含量为 2:1 时，25 拉 拔 强 度 为 1.55 MP
20、a，40 拉 拔 为 0.88 MPa； 固 化 剂 含 量 为 3:1 时 ， 25 和 40 的拉拔强度分别为 1.52 MPa 和 0.84 MPa； 固化 剂含量为 4:1 时， 25 和 40 的拉拔 强度分别为 1.52 MPa 和0.84 MPa； 固 化 剂 含 量 为 5:1 时 ， 25 和 40 的拉拔强度分别为 1.22 MPa 和 0.65 MPa。 从 中 可 看85外观续 降 低 固 化 剂 的 比 例 ， 25 拉 拔 强 度 也 发 生 明 显 的 降 低 。 固 化 剂 含 量 超 过 4:1 时 ， 25 和 40 拉 拔强度都大于规范的要求。表 4 不同
21、固化剂含量的水性环氧沥青附着力拉拔强度 MPa拉拔强度 2:1 3:1 4:1 5:1 规范要求25 拉拔 1.55 1.52 1.5 1.22 1.240 拉拔 0.88 0.84 0.74 0.65 0.7图 2 水性环氧沥青的拉拔强度2.5 水性环氧沥青防水黏结层材料在试验路工程中的应用从上述试验选择固化剂 C，确定水性环氧 U618/固 化 剂 C =4:1， 按 照 水 性 环 氧 /固 化 剂 C/阴沥青 乳 化 沥 青 =10/2.5/90 组 份 比 制 备 水 性 环 氧 沥 青 。 测 试 性 能 如 表 5 所示。表 5 水性环氧沥青的性能指标项目 技术要求 检测结果 黑
22、色或褐色均匀液体，无颗粒 褐色均匀液体，无颗粒蒸发残留物含量 /% 43 48.4黏度（40 ， 4mm） / s 550 20比重（20 ） /（ gcm-3） 实测 1.02pH 值（10%水溶液） 711 7.8柔 韧 性 （ -202 ） 无裂纹 无裂纹 耐 热 性 （ 1602 ） 不流淌，不滑动 不流淌，不滑动不 透 水 性 (0.3MPa， 30 min) 不透水 不透水附着力拉拔强度/ MPa干燥性（25， 日照）/ h25 1.2 1. 5040 0.7 0.74表干 3 1 h 40 min实干 10 5 h 25 min将水性环氧沥青在溧马高速段某混凝土桥面养护工程中进行
23、了试验段应用。此次试验段长度为150 m 的 双 车 道 ， 采 用 人 工 喷 洒 装 置 喷 洒 。 施 工 前 ， 先 对 原 有 路 面 进 行 铣 刨 ， 铣 刨 至 水 泥 混 凝 土 面 ，在 进 行 清 扫 。 清 扫 完 成 后 ， 再 喷 洒 水 洗 环 氧 沥 青 。 按 照 设 计 规 范 ， 喷 洒 量 为 0.9 kg/cm3。 试 验 段 施 工条 件 为 ： 时 间 为 2017 年 9 月 底 ， 天 气 晴 朗 ， 气 温 22 。 图 3 为 水 性 环 氧 沥 青 的 现 场 试 验 照 片 ， 从 图 中 看 出 ： 水 性 环 氧 沥 青 作 为 桥
24、 面 铺 装 防 水 黏 结 层 洒 布 后 ， 防 水 黏 结 层 成 膜 效 果 良 好 ， 无 花 白 现 象 。 喷洒 3 h 后 ， 摊 铺 车 摊 铺 沥 青 混 合 料 时 不 粘 轮 。 为 保 证 施 工 质 量 控 制 要 求 ， 对 水 性 环 氧 沥 青 防 水 黏 结层施工质量进行现场检测，采用附着力拉拔试验方法对水性环氧沥青材料的黏结性能进行测试。86在路面温度 26 左 右 时 ， 水 性 环 氧 沥 青 防 水 黏 结 层 的 附 着 力 拉 拔 强 度 达 到 1.40 MPa， 大 于 技 术 要求的 1.2 MPa， 表明水性环氧沥青防水黏结层材料的基本力
25、学性能和路用性能均达到防水黏结层技术 指标要求。(a) 水 泥 混 凝 土 桥 面 (b) 喷洒水性环氧沥青 铣刨后路面(c) 现 场 拉 拔 数 据 (d) 破乳后上摊铺车不粘轮图 3 水性环氧沥青现场应用图3 结论（1） 固化剂影响水性环氧在乳化沥青中的成膜结构， 足够的固化剂可以使的水性环氧树脂形成 三维网络结构，改善乳化沥青的性能。（ 2） 从 高 温 流 淌 性 和 残 留 物 软 化 点 方 面 看 ： 固 化 剂 含 量 高 时 ， 都 不 产 生 流 淌 ， 且 软 化 点 大 于 160 ， 降 低 固 化 剂 含 量 ， 软 化 点 逐 渐 降 低 ， 当 软 化 点 低
26、于 160 时 ， 160 条 件 下 ， 产 生 流 淌 。 不同的固化剂，产生流淌所需的固化剂含量不同。（ 3） 从 储 存 稳 定 性 方 面 ： 不 同 的 固 化 剂 ， 储 存 稳 定 性 不 同 ， 固 化 剂 C 固 化 剂 A 固 化 剂 B。（4） 固化剂 C 为最佳固 化剂， 在水性环氧/固化剂 C4 时 ， 25 和 40 的 拉拔强度分别为 1.50 MPa 和 0.74 MPa，均大于规范要求的 1.2 MPa 和 0.7 MPa。（5） 采用固化剂 C 制备 水性环氧沥青在试验桥面铺装中进行了应用， 现场测试发现， 所制备的 水性环氧沥青防水黏结材料具有优异的力学
27、性能和路用性能。参考文献1 李庆锡, 刘强, 陈云卿. 水 性 环 氧 沥 青 桥 面 铺 装 防 水 黏 结 层 性 能 研 究 J. 上海公路, 2015 (4): 62-64.2 周键炜. 水 泥 混 凝 土 桥 面 防 水 黏 结 层 的 试 验 研 究 D. 南京: 南京林业大学, 2 009.3 王晓琴, 赵岩. 桥 面 防 水 黏 结 材 料 关 键 指 标 对 比 试 验 研 究 J. 公路與汽運, 2 011, 2011(5): 149-151.4 张庆, 郝培文, 白正宇. 水 性 环 氧 树 脂 改 性 乳 化 沥 青 制 备 及 其 黏 附 性 研 究 J. 公路交通科
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