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。

1　原材料

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　試驗(yàn)研究

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。

3　結(jié)論

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。

［1］張思桐.環(huán)氧瀝青在橋面鋪裝中的應(yīng)用研究［D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

［2］徐偉，張肖寧，涂長(zhǎng)衛(wèi).虎門大橋鋼橋面鋪裝維修方案研究與工程實(shí)施［J].公路，2012（5）.

［3］黃明，黃衛(wèi)東.通過高溫性能測(cè)評(píng)不同級(jí)配在環(huán)氧瀝青上的應(yīng)用［J].公路工程，2009，34（5）.

［4］董德全.高摻配率AC-13型溫拌再生瀝青混合料組成設(shè)計(jì)與路用性能評(píng)價(jià)［J].中外公路，2014，34（4）.

［5］彭妙娟，王興培，李榮鑫.水性環(huán)氧改性水泥砂漿的路用性能試驗(yàn)研究［J].中外公路，2012，32（2）.

［6］王中文，曾利文.TAF環(huán)氧瀝青混合料的施工控制［J].公路交通科技，2013，30（1）.

［7］李平基，徐偉.重載交通條件下虎門大橋橋面鋪裝試驗(yàn)段評(píng)價(jià)研究［J].公路工程，2009，34（3）.

［8］陳慨，曹毅.溫拌瀝青混合料路用性能研究［J].中外公路，2014，34（1）.

［9］李璐，郝增恒，盛興躍.環(huán)氧改性瀝青的相容性及路用性能研究［J].中外公路，2013，33（1）.

［10］潘磊.高性能環(huán)氧瀝青的制備與性能表征［D].南京：南京大學(xué)，2011.

［11］聶浩，唐新國(guó)，陳云亮，等.高耐久性鋪裝瀝青混合料路用性能研究［J].公路與汽運(yùn)，2015（1）.

［12］徐磊，李宇峙，張平.鋼橋面鋪裝修補(bǔ)用環(huán)氧樹脂砼固化性能試驗(yàn)研究［J].公路與汽運(yùn)，2014（2）.

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2015-10-09