[发明专利]一种路用环氧树脂混凝土的制备方法

权利要求书

1.一种路用环氧树脂混凝土的制备方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一、确定路用环氧树脂混凝土的组成成分；

路用环氧树脂混凝土由骨料和环氧树脂胶结料组成；

步骤二、确定环氧树脂胶结料的最佳固化度；

步骤三、确定环氧树脂胶结料中不同环氧树脂的最优配比；

步骤四、确定环氧树脂胶结料中增韧剂的添加量；

步骤五、确定最佳成型工艺；

步骤六、根据最佳配比下的环氧树脂胶结料和最佳成型工艺，确定最佳胶骨比；

所述步骤一中确定路用环氧树脂混凝土的组成成分；

路用环氧树脂混凝土由骨料和环氧树脂胶结料组成；

具体过程为：

骨料为4.75-9.5mm粒径的骨料；

环氧树脂胶结料由环氧树脂、固化剂、增韧剂、稀释剂、消泡剂组成；

所述环氧树脂选用E51和E44型环氧树脂，E51和E44型环氧树脂是双酚A型环氧树脂，常温下呈粘稠状液体；

E51型环氧树脂环氧值为0.51mol/100g，25℃常温下粘度为10000～16000mPa·s；

E44型环氧树脂环氧值为0.44mol/100g，25℃常温下粘度为20000～40000mPa·s；

固化剂选用改性胺固化剂593；

改性胺固化剂593分子结构中含有一个伯胺基和两个仲胺基；

改性胺固化剂593为无色透明粘性液体，25℃常温下粘度为100±50mPa·s；

改性胺固化剂593与环氧树脂混合，无分层离析现象；

增韧剂选用102C-4H型聚氨酯改性环氧树脂，102C-4H型聚氨酯改性环氧树脂环氧值为0.25mol/100g，60℃下粘度为2000～4000mPa · s ，聚氨酯含量为67% ；

稀释剂选用苯甲醇为稀释剂，添加量为10phr；

消泡剂又称消沫剂，选用丙三醇作为消泡剂，添加量为0.5phr；

所述步骤二中确定环氧树脂胶结料的最佳固化度；具体过程为：

选定任一种环氧树脂，设定不同固化度，计算每100g不同固化度的环氧树脂胶结料试件中固化剂添加量：

式中，X为100g环氧树脂完全固化所消耗的胺类固化剂质量，单位为g/100g；M为胺类固化剂的相对分子量，单位为g/mol；n_H为胺类固化剂分子结构中所含有的胺氢个数；K为环氧树脂的环氧值，单位为mol/100g；B为固化度；

根据固化剂添加量，制备不同固化度的环氧树脂胶结料试件，对环氧树脂胶结料试件进行拉伸试验，取拉伸强度最高的试件的固化度为最佳固化度；

所述环氧树脂胶结料试件制备过程为：

环氧树脂胶结料的试件呈哑铃状；

①在两块夹板内表面涂上脱模剂，将模具进行组装，模具开口为浇铸口，竖向固定在桌面；

②将环氧树脂、增韧剂和稀释剂混合，并搅拌均匀，形成胶粘剂；

③向胶粘剂中加入固化剂，并搅拌均匀；

④在胶粘剂中加入消泡剂，轻轻搅拌后静置5-10分钟；

⑤将胶粘剂沿着浇注口紧贴模板倒入模具；

⑥浇注完毕后1天，拆掉模具，获得环氧树脂胶结料试件，将环氧树脂胶结料试件敞开放在一个平面上，将环氧树脂胶结料试件打磨光滑并编号，再在室温下养护7天；

所述步骤三中确定环氧树脂胶结料中不同环氧树脂的最优配比；过程为：

制备最佳固化度不同配比下的环氧树脂的拉伸强度试件，测定不同配比下的环氧树脂拉伸试件的拉伸强度，选取拉伸强度最高时对应的环氧树脂配比，即为环氧树脂的最优配比；

拉伸强度计算公式为：

式中，σ为拉伸强度，单位为MPa；P_b为破坏荷载，单位为N；b为环氧树脂拉伸试件宽度，单位为mm；h为环氧树脂拉伸试件厚度，单位为mm；

所述步骤四中确定环氧树脂胶结料中增韧剂的添加量；过程为：

制备最佳固化度、环氧树脂的最优配比下的不同添加量增韧剂的环氧树脂胶结料试件，测定不同添加量增韧剂的环氧树脂胶结料试件的拉伸强度和断裂伸长率；公式为：

拉伸强度计算公式为：

式中，σ为拉伸强度，单位为MPa；P_b为破坏荷载，单位为N；b为环氧树脂拉伸试件宽度，单位为mm；h为环氧树脂拉伸试件厚度，单位为mm；

断裂伸长率计算公式为：

式中，δ为断裂伸长率，单位为％；l为环氧树脂胶结料试件拉伸后长度，单位为mm；l₀为环氧树脂胶结料试件初始长度，单位为mm；

若拉伸强度最大值对应的增韧剂添加量和断裂伸长率最大值对应的增韧剂添加量的误差小于等于5％，选取两者的平均值作为环氧树脂胶结料中增韧剂的添加量；

若拉伸强度最大值对应的增韧剂添加量和断裂伸长率最大值对应的增韧剂添加量的误差大于5％，取断裂伸长率最大值对应的增韧剂添加量为环氧树脂胶结料中增韧剂的添加量；

所述步骤五中确定最佳成型工艺；具体过程为：

成型工艺包括反应时间，拌合时间，固化方式；

选取不同反应时间，不同拌合时间，不同固化方式，制备不同成型工艺的混合料试件，对混合料试件进行抗压强度的正交试验，抗压强度最大值对应的混合料试件成型工艺为最佳成型工艺；

15min≤反应时间≤25min，1min≤拌合时间≤3min内，固化方式包括25℃常温固化和80℃高温固化；

所述混合料试件的抗压强度测定方法为：

抗压强度在1000kN压力机上进行；

使用游标卡尺测量混合料试件的直径，精确到0.01mm；

将混合料试件放置到压力机的台座中央，以0.3MPa/s～0.5MPa/s的加载速度均匀加载，直至试件破坏，读取荷载值，精确至100N；

混合料试件的抗压强度计算公式为：

式中，为试件的抗压强度，单位为MPa；P为破坏荷载，单位为N；d为试件直径，单位为mm；

所述制备不同成型工艺的混合料试件过程为：

1)根据步骤二确定的最佳固化度、步骤三确定的环氧树脂胶结料中不同环氧树脂的最优配比、步骤四确定的环氧树脂胶结料中增韧剂的添加量，稀释剂添加量为10phr，消泡剂添加量为0.5phr，确定固化剂、环氧树脂、增韧剂、稀释剂、消泡剂的添加量，将固化剂、环氧树脂、增韧剂、稀释剂、消泡剂放入杯中混合，搅拌均匀后静置15～20分钟，制备最佳配比下的环氧树脂胶结料；

2)称取3kg石料，倒入电动拌合锅中，拌合温度设定为20℃；

3)称取最佳配比下的环氧树脂胶结料倒入电动拌合锅中搅拌，得到混合料；

4)称取混合料倒入模具中进行成型，得到混合料试件；

所述步骤六中根据最佳配比下的环氧树脂胶结料和最佳成型工艺，确定最佳胶骨比；具体过程为：

步骤六一、计算理论最低胶骨比

γ_min＝Sl′ρ_r

式中，γ_min为最低胶骨比；S为骨料的比表面积，单位为cm²/g；l′为骨料表面结构胶的厚度；ρ_r为环氧树脂胶黏剂的密度；

最低胶骨比的计算公式转化为

式中，N为骨料的颗数；m_s为骨料的质量，单位为g；为每颗骨料的平均质量；ρ_s为骨料的表观密度；

步骤六二、计算理论最高胶骨比，最高胶骨比计算公式为：

式中，ρ_smin为最低胶骨比下混凝土的毛体积密度；VV₀为最低胶骨比下混凝土空隙率；VV_min为满足透水性能需要达到的最低空隙率；

步骤六三、根据最高胶骨比和最低胶骨比确定最佳胶骨比；具体过程为：

根据最佳配比下的环氧树脂胶结料和最佳成型工艺，在最高胶骨比和最低胶骨比区间内，制备不同的胶骨比的混合料试件，测定不同的胶骨比的混合料试件的空隙率和透水系数，在满足空隙率大于等于17.33％的条件下，选取透水系数稳定阶段中胶骨比最大值，作为最佳胶骨比；

所述透水系数稳定阶段为透水系数波动值在4％-6％以内的阶段；

空隙率按照公式计算：

式中，VV为试件的空隙率；V_t为试件的表观体积；V_f为试件的毛体积；

透水系数计算公式为

式中，k_T为水温为T℃时的试样的透水系数，单位为cm/s；Q为时间t秒内的渗出水量，单位为mL；L试样厚度，单位为cm；A试样的上表面面积，单位为cm²；H为水位差，单位为cm；t为时间，单位为s。