环氧沥青用环氧树脂体系的性能研究

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1、分类号:U41410710-2015231004专业硕士学位论文环氧沥青用环氧树脂体系的性能研究朱幸天导师姓名职称许培俊副教授申请学位类别工程硕士学科专业名称材料工程论文提交日期2018年5月6日论文答辩日期2018年6月9日学位授予单位长安大学StudyonthePropertiesofEpoxyResinsystemforEpoxyAsphaltAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XingtianZhuSupervisor：AssociateProfessorPeiju

2、nXuChang’anUniversity,Xi’an,China摘要环氧沥青是将由环氧树脂和固化剂以及增容剂、稀释剂、降粘剂、聚合物改性增韧剂等物质组成的环氧体系，按照一定的比例加入到基质沥青中均匀混合而成的热固性沥青材料。在一定的固化温度下，环氧沥青中的固化剂和环氧树脂之间发生固化交联反应，形成不可逆、耐腐蚀、高温下不发生熔融流淌的热固性材料。由于改变了基质沥青的热塑性性质，环氧沥青拥有优异的综合力学性能、高温稳定性、耐疲劳性和耐久性，越来越广泛地被应用到大跨径桥梁桥面铺装。但是，由于热固性环氧沥青难以克服的固化速率快、材料

3、韧性差、后期养护时间过长等问题导致在国内的大跨径桥梁工程桥面铺装中，环氧沥青材料仍难以大规模推广，而决定环氧沥青固化速率、高温稳定性以及韧性的关键在于环氧树脂体系的性能。因此，研究出固化速度适宜、韧性好、强度高和经济性好的环氧沥青用环氧树脂体系具有十分重要的科学意义和工程使用价值。本文以本实验室自制的固化剂和双酚A型环氧树脂组成的沥青用环氧树脂体系为研究对象，研究了环氧体系固化控制与性能之间的关系。通过差示扫描量热法（DSC）测试了环氧树脂体系固化特征；利用万能力学性能试验机和动态热机械分析仪（DMA）分别研究了固化剂含量、固化

4、温度和固化时间三个方面对环氧沥青用环氧树脂体系的力学性能和玻璃化转变温度（Tg）的影响。力学性能和DMA的试验数据表明，环氧沥青用环氧体系随着固化剂含量的增加，固化后树脂体系的力学性得到了提升，改善了环氧体系的低温韧性；环氧树脂的断裂伸长率和拉伸强度随着固化温度的升高变得越来越差；在同一固化温度下，随着固化时间的延长树脂体系的拉伸强度都是逐渐增加的，断裂伸长率则刚好相反，Tg随着固化时间的延长逐渐增大。本研究为环氧沥青在实际工程中的固化工艺优化提供了理论依据。采用红外光谱分析、布氏粘度计、万能力学性能试验机以及简支梁摆锤式冲击实

5、验机来进一步探究固化温度对环氧沥青用环氧树脂体系固化过程的影响。利用傅里叶变换红外光谱法（FT-IR）测试了环氧树脂体系在不同固化温度下环氧基的转化率随固化反应时间的变化规律。通过FT-IR还研究了固化剂在125和165℃下的稳定性，发现高温下固化剂可以与二氧化碳发生化学反应而导致其失效，温度越高，固化剂稳定性越差。通过布氏粘度计测定环氧树脂体系的粘度来研究环氧树脂体系在不同固化温度条件下粘度随时间的变化规律，发现环氧树脂体系具有高温慢固化的特性。我们又采用摆锤式I冲击实验机和万能力学实验机分析了不同环氧树脂固化物的冲击韧性和弯

6、曲强度。综上所述，在实际工程中为满足其施工组织安排，选择短时间165℃高温搅拌放置+长时间60℃固化的施工工艺最为合适。本文进一步研究了高温固化时间对环氧体系的粘弹特性和环氧沥青的性能影响。通过动态热机械分析仪（DMA）研究环氧体系在不同应力和不同温度下的蠕变特性和寿命预测，发现165℃高温下固化时间的长短直接影响环氧树脂体系的蠕变回复能力，高温固化时间越长，材料的蠕变性能越差。随着高温固化时间的延长和加载应力的增大，环氧树脂的蠕变变形量和残余应变量急剧增加导致蠕变性能变差寿命缩短。因此，在实际使用中，严格控制165℃高温下的停

7、留时间，使环氧树脂体系拥有优异的粘弹特性。在前期的研究基础上，我们进一步利用荧光显微镜、万能力学性能实验机以及DMA研究环氧沥青在不同高温固化时间下的相容性、力学性能和玻璃化转变温度（Tg）。随着高温固化时间的延长，环氧沥青中沥青颗粒不断增大团聚，导致整体的相容性变差；从环氧沥青的力学性能和DMA数据可知，在165℃高温下，随着固化时间的延长，环氧沥青的拉伸强度和断裂伸长率都呈现下降的趋势，环氧沥青的Tg保持在-5℃左右，但是，从模量的数据可以看出，材料的低温韧性和高温稳定性变差。因此，环氧沥青在施工和实际使用时，尽量避免高温下

8、长时间停留。关键词：环氧沥青，环氧树脂体系，固化工艺，力学性能，流变性，动态热机械性能IIAbstractEpoxyasphaltisathermosettingasphaltmaterialsthatcomposedofbaseasphaltandepoxys