一種隧道專用阻燃型路面薄層鋪裝材料及其使用方法與流程
2023-06-14 11:28:01 2
本發明涉及路面鋪裝材料，具體涉及一種隧道專用阻燃型路面薄層鋪裝材料。同時，本發明還涉及了該材料的使用方法。
背景技術：
基於消防安全考慮，隧道路面往往是水泥混凝土路面。在巨大的交通流量、長期的重複荷載及自然環境因素的作用下，水泥路面容易出現磨損導致路面抗滑性能下降，影響行車安全。而隧道由於其封閉的環境及照明條件變化，致使路面抗滑對安全行車尤為重要。為提高路面通行安全性、舒適性並滿足防火需要，對傳統的瀝青進行阻燃改性以製備阻燃瀝青路面就成為簡單易行的解決途徑。CN10101077932公布了公布了一種路用阻燃瀝青及製備方法，但採用滷素阻燃劑，不環保。CN102337716B公布了一種適用於特大斷面隧道的阻燃瀝青路面結構及其施工方法，採用綠色環保的無機阻燃劑。CN10476010607A公布了一種用於阻燃瀝青的膨脹型阻燃劑，由無滷環保的聚磷酸銨、三聚氰胺及改性季戊四醇組成，但阻燃效果一般。通過添加阻燃劑可以有效抑制瀝青燃燒時產生的煙霧、實現較好的阻燃效果，從而滿足隧道防火的要求。但由於隧道裡面空間相對封閉、狹窄，瀝青路面用於隧道路面鋪裝尤其是原水泥混凝土路面的抗滑改造時存在諸多限制。例如，瀝青在施工中會生產煙霧、需要大型施工機械及不耐水等。此外，瀝青鋪裝厚度一般在5cm以上，對隧道標高有影響。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有環氧薄層鋪裝材料存在的缺點，提供一種常溫固化、阻燃性能優良、抗滑性好、耐磨、界面粘接性能突出、耐水、使用壽命長的隧道專用路面薄層鋪裝材料及其製備方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種隧道專用阻燃型路面薄層鋪裝材料，包括膠結料及耐磨骨料，所述的膠結料包括以下質量份原料：
A組分：
環氧樹脂 100質量份
活性稀釋劑 15～30質量份
消泡劑 0.6～1.0質量份
B組分：
固化劑 70～100質量份
固化促進劑 4～9質量份
C組分：
阻燃劑 40～60質量份
偶聯劑 0.5～2質量份
所述的耐磨骨料粒徑為1.18mm-4.75mm。
所述的環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂，如E-51。
所述的活性稀釋劑為腰果酚環氧樹脂，如NC-513。NC-513不僅具有稀釋作用，而且由於其分子上帶脂肪族側鏈可提供優異的耐水性並起到增韌作用。
所述的消泡劑為Tech-367或Tech-369。
所述固化劑包括腰果酚醛胺和腰果酚醛醯胺，固化劑各原料所佔的質量份數為：腰果酚醛胺固化劑35-60質量份，腰果酚醛醯胺固化劑35-50質量份。固化劑分子上所帶的腰果酚側鏈可提供優異的耐水性、韌性，且粘度低、操作期長、可快速和低溫固化。
所述固化促進劑為叔胺類促進劑或有機酸類促進劑，優選水楊酸或K-54。
所述的阻燃劑為磷氮型阻燃劑，優先聚磷酸銨及三聚氰胺氰脲酸鹽，阻燃劑配比為1﹕1-2﹕1，優選1﹕1。
所述的偶聯劑為有機矽類偶聯劑，優先KH-550。
所述耐磨骨料為金剛砂，莫氏硬度大於7，含塵量小於0.2wt%，金剛砂級配為：
粒徑1.18mm～2.36mm 20-55%
粒徑2.36mm～4.75mm 45-80%。
本發明一種隧道專用阻燃型路面薄層鋪裝材料的使用方法為：將環氧樹脂、活性稀釋劑、消泡劑、固化劑、固化促進劑、阻燃劑、偶聯劑依次放入拌和桶中，攪拌均勻後將膠結料按1.2-2.4kg/m2用量攤鋪在處理過的路面上，再迅速將耐磨骨料按7-15kg/m2的用量撒布在膠結料上，待膠結料固化後將多餘或鬆散骨料清除乾淨。根據不同的交通量可重複上述過程得到兩層或多層面層。
本發明提供的鋪裝材料具有以下優點：
（1）厚度薄、高抗滑：本發明採用環氧樹脂為主要原料的膠結料，在提高抗滑性能的同時，還具有防水、輕薄等特點，因此本發明的鋪裝層的典型厚度5-8mm，對路面標高影響小，且抗滑性好，特別適用於隧道路面。
（2）阻燃：環氧樹脂屬易燃材料，在本發明中通過兩種阻燃劑的復配，對膠結料進行阻燃改性，使之具有良好的阻燃性能，燃燒產生的煙霧得到有效抑制，滿足材料的防火要求。
（3）耐老化：通過引入帶腰果酚結構的稀釋劑和固化劑，有效提高了環氧樹脂的耐水性和韌性，膠結料在水煮老化實驗後仍具有優良的粘接性能，特別適應南方炎熱、潮溼的氣候。
（4）常溫固化：腰果酚醛胺及腰果酚醛醯胺固化劑可在常溫下快速固化且具備較長操作期，在20-30℃下養護3.5-8h後即可開放交通。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明，但是本發明並不因此而受限於所述實施例範圍中。
實施例1
膠結料組成：
A組分：
環氧樹脂E-51 100質量份
NC-513 20質量份
Tech367 0.9質量份
B組分：
腰果酚醛胺固化劑 40質量份
腰果酚醛醯胺固化劑 40質量份
K-54 5質量份
C組分：
聚磷酸銨 21質量份
三聚氰胺氰脲酸鹽 21質量份
偶聯劑 1.0質量份。
骨料為金剛砂，莫氏硬度大於7，含塵量小於0.2wt%，金剛砂級配：
粒徑1.18mm～2.36mm 25%
粒徑2.36mm～4.75mm 75%。
按上述質量比稱取各種原材料，將環氧樹脂E-51、活性稀釋劑NC-513、消泡劑Tech367、固化劑、固化促進劑K-54、阻燃劑和偶聯劑依次放入拌和桶中，攪拌均勻後即為膠結料，隨後將膠結料按1.5kg/m2用量攤鋪在處理過的路面上，再迅速將耐磨骨料按10kg/m2的用量撒布在膠結料上，待膠結料固化後將多餘或鬆散骨料清除乾淨，即完成隧道專用阻燃型路面薄層鋪裝。
實施例2
膠結料組成：
A組分：
環氧樹脂E-51 100質量份
NC-513 25質量份
Tech367 0.8質量份
B組分：
腰果酚醛胺固化劑 43質量份
腰果酚醛醯胺固化劑 43質量份
K-54 7質量份
C組分：
聚磷酸銨 23質量份
三聚氰胺氰脲酸鹽 23質量份
偶聯劑 1.5質量份。
骨料為金剛砂，莫氏硬度大於7，含塵量小於0.2wt%，金剛砂級配：
粒徑1.18mm～2.36mm 35%
粒徑2.36mm～4.75mm 65%。
按上述質量比稱取各種原材料，將環氧樹脂E-51、活性稀釋劑NC-513、消泡劑Tech367、固化劑、固化促進劑K-54、阻燃劑和偶聯劑依次放入拌和桶中，攪拌均勻後即為膠結料，隨後將膠結料按1.8kg/m2用量攤鋪在處理過的路面上，再迅速將耐磨骨料按12kg/m2的用量撒布在膠結料上，待膠結料固化後將多餘或鬆散骨料清除乾淨，即完成隧道專用阻燃型路面薄層鋪裝。
實施例3
膠結料組成：
A組分：
環氧樹脂E-51 100質量份
NC-513 30質量份
Tech367 0.7質量份
B組分：
腰果酚醛胺固化劑 55質量份
腰果酚醛醯胺固化劑 37質量份
K-54 7質量份
C組分：
聚磷酸銨 26.5質量份
三聚氰胺氰脲酸鹽 26.5質量份
偶聯劑 1.5質量份。
骨料為金剛砂，莫氏硬度大於7，含塵量小於0.2wt%，金剛砂級配：
粒徑1.18mm～2.36mm 45%
粒徑2.36mm～4.75mm 55%。
按上述質量比稱取各種原材料，將環氧樹脂E-51、活性稀釋劑NC-513、消泡劑Tech367、固化劑、固化促進劑K-54、阻燃劑和偶聯劑依次放入拌和桶中，攪拌均勻後即為膠結料，隨後將膠結料按2.4kg/m2用量攤鋪在處理過的路面上，再迅速將耐磨骨料按15kg/m2的用量撒布在膠結料上，待膠結料固化後將多餘或鬆散骨料清除乾淨，即完成隧道專用阻燃型路面薄層鋪裝。
實施例4
膠結料組成：
A組分：
環氧樹脂E-51 100質量份
NC-513 25質量份
Tech369 0.7質量份
B組分：
腰果酚醛胺固化劑 43質量份
腰果酚醛醯胺固化劑 43質量份
水楊酸 7質量份
C組分：
聚磷酸銨 23質量份
三聚氰胺氰脲酸鹽 23質量份
偶聯劑 1.5質量份。
骨料為金剛砂，莫氏硬度大於7，含塵量小於0.2wt%，金剛砂級配：
粒徑1.18mm～2.36mm 45%
粒徑2.36mm～4.75mm 55%。
按上述質量比稱取各種原材料，將環氧樹脂E-51、活性稀釋劑NC-513、消泡劑Tech367、固化劑、固化促進劑K-54、阻燃劑和偶聯劑依次放入拌和桶中，攪拌均勻後即為膠結料，隨後將膠結料按2.0kg/m2用量攤鋪在處理過的路面上，再迅速將耐磨骨料按13kg/m2的用量撒布在膠結料上，待膠結料固化後將多餘或鬆散骨料清除乾淨，即完成隧道專用阻燃型路面薄層鋪裝。
實施例5
膠結料組成：
A組分：
環氧樹脂E-51 100質量份
NC-513 25質量份
Tech367 0.8質量份
B組分：
腰果酚醛胺固化劑 43質量份
腰果酚醛醯胺固化劑 43質量份
K-54 7質量份
C組分：
聚磷酸銨 23質量份
三聚氰胺氰脲酸鹽 23質量份
偶聯劑 1.5質量份。
骨料為金剛砂，莫氏硬度大於7，含塵量小於0.2wt%，金剛砂級配：
粒徑1.18mm～2.36mm 35%
粒徑2.36mm～4.75mm 65%。
按上述質量比稱取各種原材料，將環氧樹脂E-51、活性稀釋劑NC-513、消泡劑Tech367、固化劑、固化促進劑K-54、阻燃劑和偶聯劑依次放入拌和桶中，攪拌均勻後即為膠結料，隨後將膠結料按1.2kg/m2用量攤鋪在處理過的路面上，再迅速將耐磨骨料按7kg/m2的用量撒布在膠結料上形成第一層，待膠結料固化後將多餘或鬆散骨料清除乾淨，再在第一層上分別按1.2kg/m2攤鋪膠結料、按7kg/m2撒布骨料形成第二層，待膠結料固化後將多餘或鬆散骨料清除乾淨即即完成隧道專用阻燃型路面薄層鋪裝。若交通量較大，需做多層面層時可按照上述步驟重複攤鋪膠和骨料。
對比例1：
A組分：
環氧樹脂E-51 100質量份
NC-513 25質量份
Tech367 0.8質量份
B組分：
腰果酚醛胺固化劑 43質量份
腰果酚醛醯胺固化劑 43質量份
K-54 7質量份。
骨料為金剛砂，莫氏硬度大於7，含塵量小於0.2wt%，金剛砂級配：
粒徑1.18mm～2.36mm 35%
粒徑2.36mm～4.75mm 65%。
按上述質量比稱取各種原材料，將環氧樹脂E-51、活性稀釋劑NC-513、消泡劑Tech367、固化劑和固化促進劑K-54依次放入拌和桶中，攪拌均勻後即為膠結料，隨後將膠結料按1.8kg/m2用量攤鋪在處理過的路面上，再迅速將耐磨骨料按12kg/m2的用量撒布在膠結料上，待膠結料固化後將多餘或鬆散骨料清除乾淨，即完成隧道專用阻燃型路面薄層鋪裝。
對比例2：
A組分：
環氧樹脂E-51 100質量份
NC-513 25質量份
Tech367 0.8質量份
B組分：
腰果酚醛胺固化劑 43質量份
腰果酚醛醯胺固化劑 43質量份
K-54 7質量份
C組分：
聚磷酸銨 46質量份
偶聯劑 1.5質量份。
對比例3：
以市售磷氮型阻燃劑HT-223A為例，進一步說明本發明實際效果。
A組分：
環氧樹脂E-51 100質量份
NC-513 25質量份
Tech367 0.8質量份
B組分：
腰果酚醛胺固化劑 43質量份
腰果酚醛醯胺固化劑 43質量份
K-54 7質量份
C組分：
HT-223A 46質量份
偶聯劑 1.5質量份。
應用方法：
（1）基面處理：清除混凝土破損面的碎塊、灰塵、油汙、積水及浮槳，基面有破損時先進行修補；
（2）攤鋪：分別將實施例1-3和對比例1中拌和好的膠結料按照設計用量均勻攤鋪在清理乾淨的基面上；
（3）撒布：分別將實施例1-3和對比例1中骨料按設計用量均勻撒布在對應的膠結料上；
（4）骨料回收：養護2-4h後即可回收鬆散或多餘骨料；
（5）養護：完成骨料撒布後養護3.5-8h（20-30℃）即可開放交通。
測試方法
阻燃性能：按照GB/T2406-1993標準測試極限氧指數（LOI）；按照UL94-2009標準測試垂直燃燒（UL-94）級別；按照ISO5660進行錐形量熱試驗。
力學性能測試：按照GB/T 1040.3-2006測定拉伸強度；按照GB/T 16777-2008測定粘結強度；GB/T 7124-2008測鋼鋼拉伸抗剪強度；按照GB/T 6329-1996測鋼鋼粘接抗拉強度；按照ASTM C881-13測定凝膠時間。
水煮老化試驗：將鋼鋼拉伸抗剪試樣及砂漿塊（按實施例1-3在砂漿塊一面鋪裝薄層材料）試樣在80℃水中煮168h，再檢測試樣拉伸抗剪強度和粘接強度變化。
抗滑性能：按照JTG E60-2008測定擺值（BPN20）和構造深度。
從表1-3可以看出，本發明所製備的膠結料及薄層鋪裝材料具有阻燃性能優良、力學性能好、耐水煮老化等特點。如實施例2中，膠結料的LOI達到31.5%，通過UL-94 V-0級，熱釋放速率峰值、總生熱量、煙生成速率峰值及總生煙量均較對比例1-3有明顯下降。實施例2中，純膠的拉伸抗剪強度達到16.7MPa，粘結強度超過了混凝土的本體強度。阻燃型膠結料及鋪裝材料具有良好的耐水煮老化性能，如實施例2，膠結料在水煮老化後拉伸抗剪強度仍達到8.2MPa，鋪裝材料在水煮老化後粘接強度（砂漿塊）仍達到2.8MPa，且為混凝土破壞。
從表4可以看出，本發明所製備的鋪裝材料具有優良的抗滑性能。如實施例2，鋪裝材料潮溼狀態下的BPN20達到77，構造深度達到1.5mm。
從表5可以看出，本發明所製備的鋪裝材料具有操作時間較長、固化快及韌性好的特點。如實施例2中，膠結料的凝膠時間為39min，有較長的操作期；在20-30℃時養護3.5-8h粘接強度即可超過混凝土本體強度、鋼鋼粘接強度達到9MPa以上；膠結料的拉伸強度和延伸率均較高，且可根據實際需要進行調整，如實施例1、3。