黃紅明,楊永前
(佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站,廣東 佛山 528000)
一種新型環(huán)氧瀝青應(yīng)用于道路中的試驗(yàn)研究
黃紅明,楊永前
(佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站,廣東佛山528000)
環(huán)氧瀝青作為熱固性材料,其混合料具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和抗疲勞性能等,在鋼橋面鋪裝中得到廣泛應(yīng)用,但其價(jià)格較為昂貴,道路用環(huán)氧瀝青尚未得到推廣。文中對(duì)由組分A(環(huán)氧樹脂)和組分C(由石油瀝青和固化劑B組成的勻質(zhì)合成物)組成的環(huán)氧瀝青結(jié)合料(N-DB)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),對(duì)不同比例環(huán)氧瀝青的基本路用性能進(jìn)行試驗(yàn)研究,并利用熒光顯微鏡觀察其微觀形貌。試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)環(huán)氧樹脂的摻量為5.26%時(shí),其混合料仍具有良好的路用性能,優(yōu)于SBS改性瀝青。
公路;環(huán)氧瀝青;最佳配方;路用性能;微觀形貌
隨著交通建設(shè)的快速發(fā)展,瀝青路面新材料、新工藝得到廣泛應(yīng)用,但一些地區(qū)的瀝青路面在使用一兩年甚至一個(gè)雨季后就出現(xiàn)不同程度的損壞,如車轍、水損害等。環(huán)氧瀝青在重載交通地區(qū)得到廣泛應(yīng)用,尤其是在高溫多雨地區(qū)的鋼橋面鋪裝中,其混合料的主要特點(diǎn)是強(qiáng)度較高,高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性及抗疲勞性能等優(yōu)良。如何將環(huán)氧瀝青的優(yōu)良性能應(yīng)用于普通瀝青路面并降低其造價(jià),特別是應(yīng)用于緊急停車路段、急轉(zhuǎn)彎路段、公交車??空镜忍厥饴范?,是一個(gè)值得研究的問題。為推廣環(huán)氧瀝青的應(yīng)用范圍,該文對(duì)由組分A(環(huán)氧樹脂)和組分C(由石油瀝青和固化劑B組成的勻質(zhì)合成物)組成的環(huán)氧瀝青結(jié)合料(N-DB)進(jìn)行試驗(yàn),研究組分A與組分C的配方,探索N-DB環(huán)氧瀝青混合料應(yīng)用于瀝青路面的最佳配方。
N-DB環(huán)氧瀝青結(jié)合料是一種新型溫拌施工類瀝青,所用集料為玄武巖碎石。環(huán)氧樹脂的性能見表1,集料的性能見表2。
2.1級(jí)配選擇
為了滿足普通瀝青路面上面層的使用要求,N-DB環(huán)氧瀝青混合料采用AC-13C型級(jí)配,其級(jí)配曲線見圖1。
表1 環(huán)氧樹脂的技術(shù)指標(biāo)
表2 玄武巖集料的技術(shù)指標(biāo)
圖1 環(huán)氧瀝青混合料礦料的級(jí)配
2.2馬歇爾試驗(yàn)
參照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的要求制作標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件,油石比均采用6.5%,N-DB環(huán)氧瀝青組分A與組分C的比例依次采用1∶6、1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1 ∶18、1∶20,增加70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青試件各1組,每種比例均為4個(gè)試件,雙面擊實(shí)各75 次,試件不脫模放入121℃烘箱中養(yǎng)護(hù)4 h,常溫放置1 d后進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表3,圖2為不同比例環(huán)氧樹脂馬歇爾穩(wěn)定度對(duì)比。
表3 N-DB環(huán)氧瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果
圖2 不同比例環(huán)氧樹脂馬歇爾穩(wěn)定度對(duì)比
從表3和圖2來看,當(dāng)N-DB環(huán)氧瀝青混合料組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶20時(shí),其馬歇爾穩(wěn)定度逐漸降低。當(dāng)N-DB環(huán)氧瀝青中環(huán)氧樹脂的摻入量為14.29%(A∶C=1∶6)時(shí),其馬歇爾穩(wěn)定度最高,為35.08 k N;而當(dāng)環(huán)氧樹脂的摻入量?jī)H為4.76%(A∶C=1∶20)時(shí),其馬歇爾穩(wěn)定度最低,為18.12 k N,只有最高值的51.65%,但仍高出改性瀝青和基質(zhì)瀝青較多,滿足重載交通高等級(jí)公路的要求。試驗(yàn)結(jié)果也表明N-DB環(huán)氧瀝青混合料具有較高的強(qiáng)度,這主要是緣于環(huán)氧瀝青的固化反應(yīng)。
2.3車轍試驗(yàn)
采用車轍試驗(yàn)測(cè)定N-DB環(huán)氧瀝青混合料的高溫抗車轍能力,檢驗(yàn)其高溫穩(wěn)定性。參照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的要求進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)溫度為60℃,輪壓為0.7 MPa,以動(dòng)穩(wěn)定度來反映瀝青路面在高溫季節(jié)抵抗車轍的能力。根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果,相鄰比例間的馬歇爾穩(wěn)定度結(jié)果相差較小,為了拉開車轍試驗(yàn)結(jié)果的差距,N-DB環(huán)氧瀝青組分A與組分C的比例依次采用1∶6、1∶10、1∶14、1∶18。試驗(yàn)結(jié)果見表4,圖3為不同比例環(huán)氧瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度對(duì)比。
表4 N-DB環(huán)氧瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果
圖3 N-DB環(huán)氧瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度對(duì)比
從表4和圖3來看,N-DB環(huán)氧瀝青混合料組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶18時(shí),其動(dòng)穩(wěn)定度逐漸降低,表明N-DB環(huán)氧瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性在逐漸降低;當(dāng)N-DB環(huán)氧瀝青中環(huán)氧樹脂的摻量?jī)H為5.26%(A∶C=1∶18)時(shí),其動(dòng)穩(wěn)定度仍有6 318次/mm,高于改性瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度。說明其具有良好的高溫穩(wěn)定性能,滿足重載交通高等級(jí)公路對(duì)高溫穩(wěn)定性的要求。
2.4抗水損害性能試驗(yàn)
采用凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)N-DB環(huán)氧瀝青混合料的抗水損害性能。參照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的要求進(jìn)行試驗(yàn),N-DB環(huán)氧瀝青組分A與組分C的比例依次采用1∶6、1∶10、1∶14、1∶18。試驗(yàn)結(jié)果見表5,圖4為不同比例環(huán)氧瀝青混合料凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比對(duì)比。
表5 N-DB環(huán)氧瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果
圖4 N-DB環(huán)氧瀝青混合料凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比對(duì)比
從表5和圖4可以看出:N-DB環(huán)氧瀝青混合料組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶18 時(shí),其凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比逐漸降低,最低為89.2%,但仍高于改性瀝青。表明當(dāng)組分A與組分C的比例為1∶18時(shí),其混合料的抗水損害性能優(yōu)于改性瀝青,具有較高的抗水損害性能,滿足瀝青路面對(duì)混合料抗水損害性能的要求。
2.5小梁彎曲試驗(yàn)
小梁彎曲試驗(yàn)可用來評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗彎拉特性和變形特性。按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)溫度為15℃,加載速率為50 mm/min,N-DB環(huán)氧瀝青組分A與組分C的比例依次采用1∶6、1∶10、1∶14、1∶18,每一比例均為4個(gè)試件。試驗(yàn)結(jié)果見表6, 圖5為N-DB環(huán)氧瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度及極限彎拉應(yīng)變對(duì)比。
表6 N-DB環(huán)氧瀝青混合料小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)表6和圖5,N-DB環(huán)氧瀝青混合料組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶18時(shí),其抗彎拉強(qiáng)度逐漸降低,最低為11.23 MPa,而極限彎拉應(yīng)變逐漸升高,最高為3.16×10-3,滿足冬冷地區(qū)對(duì)瀝青混合料低溫穩(wěn)定性的要求。
2.6微觀形貌
為了分析環(huán)氧樹脂在環(huán)氧瀝青中的分布及比例情況,采用熒光顯微鏡研究其微觀形貌。將加熱至80℃的環(huán)氧樹脂A與固化劑B按重量比1∶2.65進(jìn)行混合,混合均勻后加入一定比例121℃基質(zhì)瀝青,手動(dòng)攪拌均勻;然后用玻璃棒沾取適量環(huán)氧瀝青滴在載玻片,蓋上蓋玻片,并把環(huán)氧瀝青壓均勻;之后放入烘箱中養(yǎng)護(hù),待完全固化后進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖6。
圖5 N-DB環(huán)氧瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度及極限彎拉應(yīng)變對(duì)比
圖6 不同比例環(huán)氧瀝青混合料的微觀形貌(單位:μm)
根據(jù)圖6,隨著N-DB環(huán)氧瀝青中組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶18,環(huán)氧樹脂固化物顆粒逐漸減少,顆粒間間距逐漸增大。
通過對(duì)不同配方N-DB環(huán)氧瀝青混合料進(jìn)行基本路用性能試驗(yàn),并與改性瀝青AC-13進(jìn)行對(duì)比,得以下結(jié)論:
(1)采用AC-13C級(jí)配研究N-DB環(huán)氧瀝青混合料應(yīng)用于瀝青路面的性能,其混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度及凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比均隨NDB環(huán)氧樹脂摻量的減小而降低,當(dāng)組分A摻量?jī)H為5.26%(A∶C=1∶18)時(shí),其路用性能均優(yōu)于改性瀝青,具有良好的高溫穩(wěn)定性及抗水損害性能。
(2)N-DB環(huán)氧瀝青混合料組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶18時(shí),其抗彎拉強(qiáng)度逐漸降低,而極限彎拉應(yīng)變逐漸升高,應(yīng)變最高為3.16 ×10-3,具有良好的低溫抗裂能力。
(3)當(dāng)N-DB環(huán)氧瀝青中組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶18時(shí),環(huán)氧樹脂固化物顆粒逐漸減少,顆粒間間距逐漸增大,進(jìn)一步驗(yàn)證了NDB環(huán)氧瀝青混合料的路用性能隨環(huán)氧樹脂摻量變化的規(guī)律。
(4)僅從經(jīng)濟(jì)性分析,5.26%(A∶C=1∶18)的環(huán)氧樹脂摻量為環(huán)氧瀝青應(yīng)用于普通瀝青路面的最佳配方,其摻入量是所有比例中最低的,且其混合料具有良好的路用性能,優(yōu)于SBS改性瀝青,滿足高等級(jí)公路對(duì)瀝青混合料路用性能的要求。將NDB環(huán)氧瀝青應(yīng)用于普通瀝青路面時(shí),可根據(jù)性能要求進(jìn)行配比選擇。
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U416.217
A
1671-2668(2016)01-0104-04
2015-10-09