張大斌，謝成，王鵬

（廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣西交通科學(xué)研究院，廣西　南寧　530007）

Chemco環(huán)氧粘結(jié)劑在彩色路面中的應(yīng)用研究

張大斌，謝成，王鵬

（廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣西交通科學(xué)研究院，廣西南寧530007）

由于彩色路面對防水、抗滑、降噪及高溫穩(wěn)定性的要求較高，一般的彩色瀝青混合料難以滿足設(shè)計(jì)年限內(nèi)的使用要求，而Chemco環(huán)氧粘結(jié)劑具有很好的力學(xué)性能和溫度穩(wěn)定性。文中主要對Chemco環(huán)氧路面的抗滑性能、高溫穩(wěn)定性能等進(jìn)行研究，驗(yàn)證Chemco環(huán)氧材料應(yīng)用于彩色防滑路面中的優(yōu)勢。

公路；Chemco環(huán)氧粘結(jié)劑；彩色路面；力學(xué)性能；高溫穩(wěn)定性能

彩色路面技術(shù)研究最早始于20世紀(jì)50年代的歐美國家，當(dāng)時主要用于改善城市道路與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性，展現(xiàn)一個國家或城市的特色和風(fēng)格。隨著越來越多國家對彩色路面技術(shù)的研究，其應(yīng)用已不僅局限于城市道路、景觀道路，在高速公路收費(fèi)站、坡道、彎道路面甚至隧道工程中也得到應(yīng)用。

彩色路面發(fā)展至今主要經(jīng)歷了四個階段，即涂料類彩色路面、彩色瀝青砼、涂料類彩色防滑路面和環(huán)氧型彩色防滑路面。環(huán)氧類彩色路面是指在路面上攤鋪2～3 mm厚改性環(huán)氧樹脂，再將經(jīng)過高溫合成、煅燒并染色的高強(qiáng)骨料撒布在樹脂上而形成的路面。與傳統(tǒng)彩色瀝青砼路面相比，環(huán)氧型彩色路面的防水抗滑性能優(yōu)良，強(qiáng)度高，高溫穩(wěn)定性能好，色彩鮮艷，安全性能好，施工速度快，是最佳的彩色路面選擇。

1　力學(xué)性能研究

1.1與集料粘結(jié)性能

路面使用中要不斷經(jīng)受車輛荷載、日曬和雨水的反復(fù)循環(huán)作用。由于瀝青砼中瀝青膠結(jié)料與集料的粘附強(qiáng)度主要取決于瀝青與集料之間的電荷引力，該作用力小于集料與水分子之間氫鍵的作用力，并且在車輛荷載和動水壓力的作用下，裹覆在集料表面的瀝青膜較容易剝落引起瀝青路面早期水損害，并進(jìn)一步引起其他瀝青路面病害。Chemco環(huán)氧材料固化強(qiáng)度是時間的冪函數(shù)，隨著時間的延續(xù)強(qiáng)度增加并趨于穩(wěn)定。固化反應(yīng)過程中，Chemco環(huán)氧材料與集料之間產(chǎn)生很強(qiáng)的化學(xué)裹覆作用，環(huán)氧材料與集料的粘附強(qiáng)度除電荷引力外，還有接觸摩擦力及化學(xué)鍵的作用，該作用力遠(yuǎn)大于電荷引力，因而環(huán)氧類彩色路面具有更好的抗水損害能力。

為驗(yàn)證Chemco環(huán)氧材料與集料的粘結(jié)性能，成型試件（其中拉剪試件均為輝綠巖），利用MTS萬能試驗(yàn)機(jī)分別對比干燥和潮濕環(huán)境下瀝青材料、環(huán)氧材料與集料的粘附強(qiáng)度。

試驗(yàn)步驟如下：1）切割拉剪試件，試件尺寸為7 cm×5 cm×1.5 cm，切割表面不作任何處理。每組試件3對，共4組。2）將切割好的試件烘干，把5 cm×5 cm的鐵絲方格平放于其中一塊試件表面。3）將混合好的環(huán)氧材料、瀝青材料迅速澆筑在鐵絲方格中，再蓋上另一塊石料，每種材料成型6個試件，將成型好的試件養(yǎng)護(hù)4 h（見圖1）。

圖1　試樣、鐵絲方格與試樣夾具（單位：cm）

取出鐵絲方格，每種材料隨機(jī)挑選3個在萬能壓力機(jī)上進(jìn)行剪切試驗(yàn)（另外2組試件先浸水1 h，再進(jìn)行剪切試驗(yàn)），結(jié)果見表1。

由表1可知：Chemco環(huán)氧材料與集料的粘附強(qiáng)度遠(yuǎn)大于普通瀝青與集料的粘附強(qiáng)度；經(jīng)過1 h浸水后，環(huán)氧類材料的粘附強(qiáng)度衰減4.0％，瀝青類衰減14.3％。粘附強(qiáng)度的衰減主要是由于集料吸水后，在氫鍵作用下粘結(jié)材料與集料表面作用力減弱。瀝青材料的衰減程度大于環(huán)氧材料，經(jīng)過浸水后環(huán)氧材料與集料的粘附強(qiáng)度仍在2 MPa以上，該強(qiáng)度足以抵抗潮濕條件下車輛荷載的沖擊作用。

表1　粘附試驗(yàn)結(jié)果

1.2抗滑性能

彩色防滑路面最主要的功能是安全和美觀。如在道路交叉點(diǎn)、公共汽車專用道等處使用，可明顯區(qū)分道路功能，提高交通效率；在隧道等特殊地點(diǎn)使用，對提高道路交通安全水平具有獨(dú)特作用；在高速公路連續(xù)下坡及收費(fèi)站處使用，能有效降低事故發(fā)生率。為驗(yàn)證Chemco環(huán)氧路面的抗滑性能，在室內(nèi)成型試件，并與已有工程應(yīng)用的新建水泥路面、AC-13瀝青路面、SMA-13瀝青路面的摩擦系數(shù)進(jìn)行對比，結(jié)果見表2。

表2　不同路面形式表面摩擦系數(shù)對比

由表2可知：無論干燥還是潮濕狀態(tài)下，AC類瀝青混合料表面的摩擦系數(shù)最小，其次為水泥砼路面、SMA瀝青路面、Chemco環(huán)氧路面；與路面干燥狀態(tài)相比，潮濕狀況下摩擦系數(shù)均有衰減，衰減幅度與路面表面粗糙程度有關(guān)；環(huán)氧抗滑路面的摩擦系數(shù)與SMA路面相當(dāng)，但由于環(huán)氧抗滑表面均由粗糙、耐磨的顆粒組成，且無瀝青膠漿薄膜裹覆，其摩擦系數(shù)更大，抗滑性能更優(yōu)，更能提升路面的行車安全性能。有資料表明：環(huán)氧抗滑路面可顯著增加路面在不同狀況下的抗滑性能，縮短剎車距離40％。國外研究發(fā)現(xiàn)：彩色路面可有效吸收聲波，降噪6～ 7 d B，噪音降低30％左右；可有效提高路面的抗腐蝕性、熱穩(wěn)定性，不但能減少黑色路面的熱島效應(yīng)，還可延長道路使用壽命。

2　高溫穩(wěn)定性能

中國氣候帶有明顯的大陸性季風(fēng)氣候特點(diǎn)，表現(xiàn)為夏季時溫度高且持續(xù)時間較長。目前國內(nèi)的彩色路面主要分布在南方夏季炎熱區(qū)域，且大都鋪筑在公交車道和公路連續(xù)下坡等處，其共同特點(diǎn)是行車速度較慢、車輛荷載作用時間較長。瀝青作為典型的彈塑性材料，具有明顯的時間-溫度效應(yīng)。Chemco環(huán)氧材料固化反應(yīng)后形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為驗(yàn)證其抵抗高溫變形的能力，按上述試驗(yàn)步驟成型試件，測試Chemco環(huán)氧材料與集料在不同溫度下的高溫穩(wěn)定性能，結(jié)果見表3。

表3　Chemco環(huán)氧材料的高溫粘附性能

由表3可知：Chemco環(huán)氧材料與集料的粘附強(qiáng)度隨著溫度的升高呈下降趨勢，在25℃時能達(dá)到2.51 MPa，60℃時仍有1.75 MPa，表明該環(huán)氧瀝青粘結(jié)材料具有可靠的粘結(jié)強(qiáng)度。以試驗(yàn)溫度為橫軸，以拉拔強(qiáng)度為縱軸，建立二者關(guān)系曲線（見圖2），得出回歸方程和相關(guān)系數(shù)如下：

圖2　試驗(yàn)溫度與粘結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系

回歸方程的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.998 7，說明對于Chemco環(huán)氧瀝青粘結(jié)材料，試驗(yàn)溫度與集料之間的粘結(jié)強(qiáng)度存在良好的冪函數(shù)關(guān)系。

3　開放交通所需時間

Chemco環(huán)氧瀝青路面是在原有路表上加鋪而成，施工過程中需中斷交通，而對于道路施工而言，盡早開放交通不僅具有經(jīng)濟(jì)意義，更具有社會意義。熱拌瀝青砼在攤鋪完成后，待攤鋪層完全自然冷卻至低于50℃時方可開放交通，條件允許的話施工后宜封閉交通2～6 h，禁止一切車輛和行人通過，以保證路表干凈，不被行車荷載污染。環(huán)氧材料主要是通過固化反應(yīng)形成的強(qiáng)度來控制施工時間，環(huán)氧路面的養(yǎng)生時間可通過測定環(huán)氧固化后的強(qiáng)度來決定。室溫養(yǎng)護(hù)條件下，不同養(yǎng)護(hù)時間的粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4　不同養(yǎng)護(hù)時間下的粘結(jié)強(qiáng)度

由表4可知：經(jīng)過5 h養(yǎng)護(hù)后，材料達(dá)到其最大強(qiáng)度并趨于穩(wěn)定。Chemco環(huán)氧材料在室外施工時，由于太陽照射等原因，固化反應(yīng)速率比室內(nèi)養(yǎng)護(hù)時快，建議采用環(huán)氧樹脂施工時，養(yǎng)生4～5 h后再開放交通。

4　結(jié)論

通過對Chemco環(huán)氧類彩色路面抗水防滑能力、高溫穩(wěn)定性能及開放交通時間的試驗(yàn)研究，得以下結(jié)論：

（1）與瀝青材料相比，Chemco環(huán)氧材料與集料的粘附強(qiáng)度更高，可有效延緩水損害發(fā)生年限，使用壽命更長。

（2）與水泥路面、AC瀝青路面相比，Chemco環(huán)氧材料路面表面抗滑性能更優(yōu)，可更有效地提高行車安全性能。

（3）經(jīng)過環(huán)氧固化反應(yīng)后的彩色路面，其動穩(wěn)定度遠(yuǎn)大于一般瀝青路面，如果原有路表強(qiáng)度足夠，則采用環(huán)氧路面可避免夏季出現(xiàn)車轍。

（4）環(huán)氧彩色路面開放交通所需工期較短，施工方便靈活，可用于路面搶鋪及小面積攤鋪施工。

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2015-07-25