晏 永，郭大進(jìn)，封基良 ，郭榮鑫，荀家正

(1.昆明理工大學(xué) 云南省先進(jìn)材料力學(xué)行為與微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計高校重點(diǎn)實(shí)驗室，云南 昆明 650500;2. 云南省交通運(yùn)輸廳工程質(zhì)量監(jiān)督局，云南 昆明 650214;3.云南陽光道橋股份有限公司，云南 昆明 650200)

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鋼橋鋪裝用環(huán)氧瀝青的研究現(xiàn)狀及展望

晏 永1，郭大進(jìn)1，封基良2，郭榮鑫1，荀家正3

(1.昆明理工大學(xué) 云南省先進(jìn)材料力學(xué)行為與微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計高校重點(diǎn)實(shí)驗室，云南 昆明 650500;2. 云南省交通運(yùn)輸廳工程質(zhì)量監(jiān)督局，云南 昆明 650214;3.云南陽光道橋股份有限公司，云南 昆明 650200)

環(huán)氧瀝青是一種具有高強(qiáng)度、抗變形能力好、耐腐蝕、耐疲勞等諸多優(yōu)點(diǎn)的高性能鋪裝材料，具有廣泛應(yīng)用前景。國內(nèi)外研究人員針對性地開展了大量研究，取得了一些研究成果，但環(huán)氧樹脂與瀝青相容差、固化影響因素多，性能影響條件復(fù)雜等問題仍未解決。在大量查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合已開展的環(huán)氧瀝青研究成果，介紹了環(huán)氧瀝青的特點(diǎn)、研究進(jìn)展及存在的問題，并結(jié)合目前主流產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和其在鋼橋面鋪裝中的工程實(shí)踐情況，探討了環(huán)氧瀝青鋪面材料的研究趨勢。

橋梁工程；鋼箱梁橋面；綜述；研究現(xiàn)狀及展望；環(huán)氧瀝青；路面材料

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國大跨徑橋梁的建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展的時代，隨之而來的是大跨徑鋼箱梁橋橋面鋪裝問題。從目前鋼箱梁橋橋面鋪裝的工程實(shí)踐來看，普遍選用澆注式瀝青混合料、SMA混合料、環(huán)氧瀝青混合料3種鋪裝材料。由于環(huán)氧瀝青混合料在鋼箱梁橋面鋪裝工程中具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，被更廣泛地使用[1-2]。

環(huán)氧瀝青是在瀝青中加入一定比例的環(huán)氧樹脂、增容劑等助劑及固化劑，并通過環(huán)氧樹脂與固化劑發(fā)生固化反應(yīng)，形成不可逆的、高溫不熔化的熱固性材料。環(huán)氧瀝青的力學(xué)性能和路用性能更優(yōu)越，具有強(qiáng)度高、抗疲勞性能優(yōu)異、耐久性及抗老化性能良好等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)越性能相比于其他道路鋪裝材料很有競爭力，因此具有十分廣泛的應(yīng)用前景[3]。

1961年，Mika等人首次利用環(huán)氧樹脂作為改性劑，松焦油為共溶劑，制備出一種不熔不溶的新型瀝青材料[4]。1967年，美國Adhesive工程公司獲得殼牌授權(quán)，首次使用環(huán)氧瀝青作為膠結(jié)料生產(chǎn)混凝土，并實(shí)際應(yīng)用在美國舊金山San Mateo-Hayward 大橋的橋面鋪裝工程中。隨著鋼橋面鋪裝工程廣泛使用環(huán)氧瀝青，美國Chemo Systems公司、荷蘭殼牌公司及日本大有株式會社等企業(yè)憑借各自專利開始大量生產(chǎn)環(huán)氧瀝青。此后40余年間，美國、加拿大、澳大利亞等國廣泛使用環(huán)氧瀝青作為鋼箱梁橋鋪裝材料，取得了較好的鋪裝效果，并根據(jù)本國實(shí)際條件紛紛出臺鋼箱梁橋用環(huán)氧瀝青的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[5-8]。

1995年，同濟(jì)大學(xué)呂偉民教授在國內(nèi)率先開展了關(guān)于環(huán)氧瀝青材料的研究，并在上海鋪設(shè)了一段200 m長的試驗路[8-9]。但受當(dāng)時研究條件的制約，部分關(guān)鍵性技術(shù)沒有得到解決，環(huán)氧瀝青一直沒有得到廣泛關(guān)注。直到2001年，黃衛(wèi)院士使用環(huán)氧瀝青作為膠結(jié)料制備瀝青混合料，成功應(yīng)用于南京長江二橋橋面鋪裝工程。從此，環(huán)氧瀝青作為一種高性能瀝青鋪裝材料在我國被廣泛用于鋼橋面鋪裝工程，并引起了相關(guān)學(xué)者的關(guān)注[10]。十余年來，科研人員在這一領(lǐng)域開展了大量的研究，取得了一系列重要研究成果。中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會于2014年6月發(fā)布了國標(biāo)《道路與橋梁鋪裝用環(huán)氧瀝青材料通用技術(shù)條件》(GB/T 30598—2014)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了我國鋼橋鋪裝用環(huán)氧瀝青的技術(shù)指標(biāo)。

本文將針對環(huán)氧瀝青制備及應(yīng)用過程中存在的問題，即環(huán)氧樹脂與瀝青的相容性、固化反應(yīng)速度的控制和環(huán)氧瀝青柔韌性3個方面介紹鋼橋鋪裝用環(huán)氧瀝青制備的研究進(jìn)展，并結(jié)合目前市場主流產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)、環(huán)氧瀝青混合料在橋面鋪裝工程中的應(yīng)用和利弊，探討高性能環(huán)氧瀝青鋪裝材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究趨勢。

1 環(huán)氧瀝青的特點(diǎn)、制備和應(yīng)用中存在的主要問題

1.1 環(huán)氧瀝青和環(huán)氧瀝青混凝土的特點(diǎn)

環(huán)氧瀝青是在瀝青中加入環(huán)氧樹脂，并通過與固化劑發(fā)生固化反應(yīng)，形成不可逆、高溫不熔化的固化物，從而形成熱固性材料。其關(guān)鍵成分是兩個或兩個以上環(huán)氧基團(tuán)構(gòu)成的環(huán)氧樹脂。因此，不同的環(huán)氧樹脂、不同的固化劑和改善環(huán)氧樹脂與瀝青相容性的增容劑等助劑可形成多種組合。性能各異、各具特色的環(huán)氧固化物和環(huán)氧固化體系，幾乎能適應(yīng)和滿足不同施工性能和使用性能的要求[11]。

大量的室內(nèi)試驗和實(shí)際應(yīng)用均證明環(huán)氧瀝青混合料具有如下特點(diǎn)：

(1)強(qiáng)度高，抗變形能力強(qiáng)；(2)良好的溫度穩(wěn)定性；(3)良好的層間黏結(jié)能力；(4)極好的抗疲勞性能和水穩(wěn)定性能；(5)良好的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性。

1.2 環(huán)氧瀝青在研制和應(yīng)用過程中存在的主要問題

環(huán)氧瀝青是一種不可逆的熱固性材料，它從根本上改變了瀝青的熱塑性質(zhì)，因而與普通瀝青相比，具有優(yōu)異的性能。但由于環(huán)氧瀝青組分多，工藝復(fù)雜，在實(shí)際工程應(yīng)用過程中，仍然存在著許多問題亟待解決和探索[12-14]:

(1)環(huán)氧樹脂與瀝青相容性較差

石油瀝青是多組分非極性或弱極性物質(zhì)，而環(huán)氧樹脂是分子結(jié)構(gòu)中帶有極性基團(tuán)的極性物質(zhì)，不同瀝青組分與環(huán)氧樹脂材料的溶解度參數(shù)差異較大，相容性差。此外，由于瀝青的密度比環(huán)氧樹脂的密度小，容易出現(xiàn)環(huán)氧樹脂沉降離析或者固化不均勻，導(dǎo)致分散相的顆粒粒徑偏大且不均勻，從而引起材料的力學(xué)性能下降，故熱固性環(huán)氧改性瀝青體系構(gòu)建的核心和難點(diǎn)是解決環(huán)氧樹脂與瀝青的相容性問題。

(2)控制固化反應(yīng)速度

膠結(jié)料黏度是混合料拌和、壓實(shí)的重要指標(biāo)。環(huán)氧瀝青由于加入低黏度的環(huán)氧樹脂，黏度會下降，但隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行，其黏度不斷增大。黏度太低，混合料在拌和、運(yùn)輸過程中容易離析，影響混合料的均勻性；黏度太高，混合料容易結(jié)塊，無法壓實(shí)，影響混合料的壓實(shí)度。固化反應(yīng)過快，導(dǎo)致施工難度大，設(shè)備機(jī)械要求高；固化反應(yīng)過慢，則需要長時間才能形成開放交通所需的初始強(qiáng)度，影響交通開放。

(3)固化劑的選擇

環(huán)氧樹脂與固化劑的固化過程及固化反應(yīng)產(chǎn)物的性能直接決定、影響環(huán)氧瀝青材料的物理力學(xué)性能、路用性能及施工性能，因此選擇合適的固化劑類型顯得十分重要。

(4)環(huán)氧瀝青混合料配比設(shè)計復(fù)雜。

(5)室內(nèi)性能評價與實(shí)際應(yīng)用存在差異。

(6)施工難度大，設(shè)備要求高，建造成本大。

2 鋼橋面鋪裝用環(huán)氧瀝青制備的研究進(jìn)展

2.1 環(huán)氧樹脂與瀝青的相容性

查閱當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，改善環(huán)氧樹脂與瀝青相容性的方法主要有以下3種。

2.1.1 順酐化改性瀝青改善相容性

陳志明等[15-16]在基質(zhì)瀝青中用順丁烯二酸酐進(jìn)行改性。通過基質(zhì)瀝青與順丁烯二酸酐發(fā)生Dies-Alder反應(yīng)，打開瀝青中的雙鍵，讓順丁烯二酸酐接枝到瀝青的雙鍵上，改變?yōu)r青的極性，改善其與環(huán)氧樹脂的相容性。當(dāng)采用其他酸酐類固化劑時，會與順酐化瀝青中的酸酐鍵發(fā)生反應(yīng)形成羧酸負(fù)離子，羧酸負(fù)離子再與環(huán)氧基反應(yīng)形成負(fù)氧離子，負(fù)氧離子繼續(xù)與環(huán)氧基反應(yīng)。上述兩種鏈?zhǔn)椒磻?yīng)幾乎同步發(fā)生，產(chǎn)物相互纏結(jié)、穿插，最終形成三維立體互穿的聚合物網(wǎng)絡(luò)。通過正交設(shè)計法，以順酐轉(zhuǎn)化率為指標(biāo)，以反應(yīng)溫度、順酐添加量和攪拌速率為考察因素優(yōu)選出最佳制備工藝。溫度為160 ℃，順酐添加量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的2%，攪拌速度為200 r/min時順酐轉(zhuǎn)化率最高[17]。由于順酐無法與基質(zhì)瀝青完全反應(yīng)，順酐化瀝青中殘留的游離順酐會影響環(huán)境。賈輝等[18]采用加入高分子脂肪族多元醇中和環(huán)氧瀝青中的游離順酐，中和劑與順酐反應(yīng)生成對瀝青起到改性作用的脂類聚合物，保證了環(huán)氧瀝青材料的綠色制備和使用。蔣濤等[19]使用過氧化二異丙苯(DCP)作為引發(fā)劑制備順酐化瀝青，其制備工藝為：順酐添加量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的4%，反應(yīng)時間在4～5 h，溫度為120～140 ℃，DCP用量為順酐添加量的0.5%。熊金平等[20]使用過氧化苯甲酰(BPO)作為引發(fā)劑制備順酐化瀝青，其制備工藝為：順酐添加量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的4%～5%，反應(yīng)時間在4 h，溫度為140 ℃，BPO用量為順酐添加量的0.5%～1%。

上述學(xué)者給出了3種不同的順酐化最佳工藝，足以證明順酐化改性瀝青雖然能解決其相容性，但因石油瀝青油源差異等問題，難以形成優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品廣泛使用，且瀝青經(jīng)過順酐改性后，瀝青分子質(zhì)量增大，會導(dǎo)致瀝青黏度劇增甚至結(jié)塊，給順酐化瀝青與環(huán)氧樹脂的混合過程造成一些潛在的困難。

2.1.2 選擇合適固化劑改善相容性

采用與瀝青相容性好的固化劑能夠顯著提高相容性，改善環(huán)氧瀝青的各項性能指標(biāo)。不同固化劑固化的環(huán)氧瀝青材料的SME照片如圖1所示[21]。

圖1 環(huán)氧瀝青的SEM顯微照片F(xiàn)ig.1 SEM microscopy photos of epoxy-asphalt

從圖1可以看出，在環(huán)氧瀝青固化物中瀝青為分散相，環(huán)氧樹脂為連續(xù)相，瀝青呈液滴狀分散在環(huán)氧樹脂中。使用癸二酸為固化劑時，如圖1(a)，瀝青相的粒徑較為均勻，在10～20 μm 之間，分布間距較為均勻; 而在癸二酸中復(fù)配8份甲基四氫苯(MeTHPA)或桐油酸酐(TOA)后，如圖1(b)～(c) ，瀝青相的粒徑變得不均勻，一些在2～5 μm左右，另一些在20～50 μm左右，分布間距也變得不均勻，說明固化劑的選擇對環(huán)氧瀝青的相容性有一定的影響。

目前，國內(nèi)大多選擇使用與瀝青相容性好的固化劑進(jìn)行了環(huán)氧瀝青材料的研制。黃衛(wèi)等以專利形式公開了以基質(zhì)瀝青、固化劑、環(huán)氧樹脂和固化促進(jìn)劑為A組分，環(huán)氧樹脂為B組分的環(huán)氧瀝青組成物。王治流等以專利形式公開了一種以基制瀝青、固化劑(包括改性桐油酸和改性蓖麻油酸)、促進(jìn)劑(包括芐胺等)和消泡劑(包括環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷共聚物)合為A組分，以環(huán)氧樹脂為B組分制備而成的環(huán)氧瀝青組成物。上述專利中，研究者大都選用長鏈脂肪族的酸或酸酐作為固化劑，其原因是這些固化劑一端具有脂肪族的非極性長碳鏈，使其與瀝青的相容性好；另一端具有羧基等極性基團(tuán)，使其也容易和環(huán)氧樹脂混合均勻，便于將環(huán)氧樹脂帶入瀝青體系。

該方法既要考慮固化劑的增容作用，又要兼顧該固化劑的固化反應(yīng)速度與反應(yīng)后的固化產(chǎn)物的力學(xué)性能，使得固化劑的選擇難度增大。

2.1.3 加入增容劑改善相容性

早期有日本專利報道可通過使用煤焦油作為增容劑來改善環(huán)氧瀝青的相容性，但因煤焦油是致癌物，不符合環(huán)保、健康要求, 不宜采用。

黃坤等[22]開發(fā)了一種適用于熱固性環(huán)氧瀝青材料的專用增容劑，它一端為弱極性的脂肪族長碳鏈；一端為強(qiáng)極性的曼尼期堿或環(huán)氧樹脂與多元醇組成的化合物。通過加入該專用增容劑，無需對基質(zhì)瀝青和環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，配合常規(guī)的環(huán)氧樹脂-固化劑固化體系便可制得熱固性環(huán)氧瀝青材料。通過熒光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，由于增容劑的乳化作用，使得瀝青以微米級球形顆粒分散在環(huán)氧樹脂、增容劑和固化劑組成的連續(xù)相中。

目前利用這類表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一端具有能夠親和瀝青的非極性結(jié)構(gòu)、一端具有能夠親和環(huán)氧樹脂的極性結(jié)構(gòu)，使其在環(huán)氧樹脂-瀝青共混體系中起到乳化作用，形成膠束，將瀝青分散到環(huán)氧樹脂固化體系基體中, 形成熱固性瀝青。潘磊[23]、楊雋[24]、蔣濤[25]、王麗杰[26]等均通過制備這類表面活性劑作為增容劑來制備高性能環(huán)氧瀝青。上述學(xué)者的試驗結(jié)果證明，該類表面活性劑能夠改善環(huán)氧樹脂和瀝青的相容性，使原本不能均勻固化的環(huán)氧樹脂-瀝青-固化劑體系最終能夠均勻固化成環(huán)氧瀝青復(fù)合材料。

通過十余年的研究，國內(nèi)研究人員提供了解決相容性的相關(guān)方法，但多數(shù)研究人員都把研究重點(diǎn)放在了環(huán)氧樹脂與瀝青的物理混合屬性上，對環(huán)氧瀝青的化學(xué)反應(yīng)方面缺少研究。陳平清等[27]采用四組分分析法研究了環(huán)氧樹脂和瀝青的反應(yīng)機(jī)理，結(jié)果表明，環(huán)氧樹脂和瀝青在一定程度上發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，消耗了部分芳香分和飽和分；基質(zhì)瀝青膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量之和越大且IC(IC=瀝青質(zhì)+飽和分/芳香分+膠質(zhì))值越大，軟化點(diǎn)差就越小，環(huán)氧樹脂和瀝青的相容性越好。不同瀝青組分與環(huán)氧樹脂的溶解度相差較大，單一手段或方法難以有效解決環(huán)氧瀝青的相容性問題。應(yīng)依據(jù)各組分不同的化學(xué)性質(zhì)來針對性研究，結(jié)合物理混融方法，從根本上解決相容性的問題。

2.2 黏度增長速度的控制

環(huán)氧瀝青開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，黏度不斷地增加，最終形成凝膠體系。因此，環(huán)氧瀝青混合料要控制好攤鋪和碾壓時間，否則將直接影響到路面的壓實(shí)效果和路面的強(qiáng)度，導(dǎo)致路面的損壞?？刂坪铆h(huán)氧瀝青體系黏度增長速度是施工核心和關(guān)鍵。

2.2.1 黏度增長速度與固化劑種類的關(guān)系

黃明等[28]試驗發(fā)現(xiàn),各種類型的固化劑在不同固化溫度下所形成固化物的耐熱性存在很大差異。因此，在選擇固化劑時應(yīng)首先考慮固化溫度。加成聚合型固化劑的固化溫度從低到高的順序為：脂肪族多胺<脂環(huán)族多胺<芳香族多胺≈酚醛<酸酐。李峰等[29]采用S1(酸酐類)、S2(胺類)、S3(復(fù)合改性)3種不同試劑進(jìn)行試驗，條件均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》，測試結(jié)果見圖2。

圖2 不同類型固化體系的黏度與時間曲線Fig.2 Viscosity-time curves of different types of curing systems

結(jié)果表明，黏度增長速度為胺類固化劑>酸酐類固化劑。從最佳固化溫度下的黏度增長速度和最佳固化溫度與最佳拌和溫度的差值來看，酸酐類固化劑是最佳的選擇。

2.2.2 黏度增長速度與固化溫度的關(guān)系

陳先華等[30]對美國產(chǎn)C型環(huán)氧瀝青和中國產(chǎn)N型環(huán)氧瀝青進(jìn)行了不同溫度下的黏度增長曲線繪制(見圖3)?？梢钥闯?，固化溫度越高，環(huán)氧瀝青黏度增長越快。

圖3 等溫固化條件下兩種環(huán)氧瀝青的黏度-時間曲線Fig.3 Viscosity-time curves of 2 kinds of epoxy asphalt under isothermal cure condition

2.2.3 黏度增長速度與固化體系摻量的關(guān)系

李瑋光等[31]采用布氏黏度儀來對環(huán)氧瀝青的布氏黏度在一定溫度下隨時間的變化進(jìn)行測試，繪制了黏度-時間曲線(見圖4)。可以看出，固化體系摻量越大，黏度增長速度越快。

圖4 不同固化體系摻量環(huán)氧瀝青黏度-時間曲線Fig.4 Viscosity-time curves of epoxy asphalt with different dosages of curing system

2.3 環(huán)氧瀝青混合料的柔韌性

根據(jù)相關(guān)學(xué)者對鋼橋面鋪裝病害的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，裂縫為環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層最主要的病害。存在縱向裂紋、橫向裂紋和不規(guī)則裂紋3種形式[32]。裂紋的產(chǎn)生原因主要可以歸結(jié)為以下兩點(diǎn)：(1)低溫時，由于環(huán)氧瀝青混凝土模量較高，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致低溫開裂；(2)我國車輛超載嚴(yán)重，荷載過大而引起鋪裝層表面拉應(yīng)變過大，易導(dǎo)致環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層表面出現(xiàn)疲勞裂縫。

因此，通過降低環(huán)氧瀝青混凝土的模量，增加其柔性性能(即變形性能)，提高其韌性性能(即疲勞性能)，可以從本質(zhì)上降低環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝層的低溫開裂、疲勞開裂的幾率，從而減少對橋梁的翻修次數(shù)，延長橋梁使用壽命。

2.3.1 化學(xué)手段改善環(huán)氧瀝青柔韌性

周威等[33]采用一種長鏈脂肪族二元羧酸作為主體固化劑，羧酸中長的非極性鏈可在瀝青和環(huán)氧樹脂之間形成柔性的橋架結(jié)構(gòu)，羧酸基團(tuán)可以和環(huán)氧樹脂之間發(fā)生反應(yīng)，更加有效地增加瀝青和環(huán)氧樹脂之間的相容性，最終制成具有整體交聯(lián)密度低、局部交聯(lián)密度高的雙模海島狀結(jié)構(gòu)的環(huán)氧瀝青材料。通過此方法制備出抗拉強(qiáng)度1.94 MPa、斷裂伸長率464%的高性能柔軟性環(huán)氧瀝青。

叢培良等[34-35]在150 ℃瀝青中加入3%SBS制備SBS改性瀝青來提高環(huán)氧瀝青的柔軟性，固化劑釆用甲基四氯鄰苯二甲酸酐；深入研究了環(huán)氧樹脂摻加比例對環(huán)氧瀝青流變性質(zhì)的影響，并研究了固化溫度、固化時間和環(huán)氧樹脂摻加量對環(huán)氧瀝青性能的影晌。

2.3.2 物理手段改善環(huán)氧瀝青柔韌性

陳仕周等[36]開展了柔韌型環(huán)氧瀝青混合料的研究。通過在環(huán)氧瀝青混合料中摻加不同摻量(0.2%，0.3%，0.4%)的聚酯纖維來提高環(huán)氧瀝青混合料的柔韌性，改善其低溫抗裂性能和疲勞性能，并依托湖北鄂東長江公路大橋鋼橋面鋪裝工程，評價了聚酯纖維對美國環(huán)氧瀝青混凝土低溫性能和疲勞性能的改善作用。

錢振東等[37]研究了短切玄武巖纖維的摻加對環(huán)氧瀝青混合料性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，與普通環(huán)氧瀝青混合料相比，4%短切玄武巖纖維(BFCS)摻量的改性環(huán)氧瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變和彎曲應(yīng)變能密度臨界值分別提高22.5%，18.9%和47.1%，表現(xiàn)出較高的低溫強(qiáng)度和較好的低溫變形能力。

張爭奇等[38]通過研究摻加橡膠顆粒和聚酯纖維對環(huán)氧瀝青混合料增柔增韌的作用發(fā)現(xiàn)，橡膠顆粒和聚酯纖維能改善環(huán)氧瀝青混凝土的柔性和韌性，橡膠顆粒的最佳摻量為 2.1%，在最佳橡膠顆粒摻量下，環(huán)氧瀝青混凝土的柔性有明顯改善，韌性改善不明顯；聚脂纖維的最佳摻量為 0.3%，在最佳聚酯纖維摻量下，環(huán)氧瀝青混凝土的韌性有明顯改善，柔性改善不明顯。

3 環(huán)氧瀝青產(chǎn)品性能對比

目前，市場上的環(huán)氧瀝青主要有美國Chemco System公司生產(chǎn)的環(huán)氧瀝青、日本大有株式會社生產(chǎn)的TAF環(huán)氧瀝青和江蘇句容寧武化工有限公司生產(chǎn)的HLJ環(huán)氧瀝青[39]。

3.1 環(huán)氧瀝青性能對照

表1 環(huán)氧瀝青技術(shù)指標(biāo)

注： KD技術(shù)指標(biāo)來源于www.liangyuanroad.com網(wǎng)站，ChemCo技術(shù)指標(biāo)來源于www.chemcosystem.com網(wǎng)站，HLJ技術(shù)指標(biāo)來源于www.jrningwu.com網(wǎng)站。

3.2 環(huán)氧瀝青混合料性能對比

表2 環(huán)氧瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)

注： TAF、ChemCo技術(shù)指標(biāo)來源于華南理工大學(xué)黃紅明碩士論文《熱拌環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝材料評價與應(yīng)用研究》，HLJ技術(shù)指標(biāo)來源于www.jrningwu.com網(wǎng)站。

TAF，ChemCo，HLJ這3種國內(nèi)主流環(huán)氧瀝青及其混合料具有優(yōu)良的力學(xué)性能和路用性能，但在工程實(shí)踐過程中也存在一定的問題。具體如下：(1)據(jù)不完全統(tǒng)計，使用ChemCo環(huán)氧瀝青鋪裝的18座鋼橋面，因其施工要求極苛刻，給施工質(zhì)量控制帶來很大的難度，使得其完全成功率僅為16.7%[40]。(2)TAF環(huán)氧瀝青拌和溫度較高，水分能夠蒸發(fā)，顯著減少和避免了鼓包病害，整體來看，TAF的鋪裝效果較好，僅虎門大橋存在明顯病害。(3)HLJ屬國內(nèi)自行研發(fā)、生產(chǎn)的產(chǎn)品，自2006年批量生產(chǎn)。目前僅有少量的工程實(shí)踐，且實(shí)踐工程多為城市市政道路橋，其鋪裝效果有待后期大量工程應(yīng)用的實(shí)踐。

4 結(jié)論

隨著大跨橋梁建設(shè)規(guī)模的不斷增大，環(huán)氧瀝青由于優(yōu)越的使用性能具有廣闊的應(yīng)用前景，在我國得到了普遍的研究，取得了很多研究成果，但是依然有很多問題需要解決。

(1)環(huán)氧樹脂種類多，瀝青成分復(fù)雜，是多組分、多材料的共混結(jié)構(gòu)。如何確定和判斷瀝青材料與環(huán)氧樹脂的配伍性十分重要，應(yīng)從環(huán)氧瀝青熱固性機(jī)理等方面開展研究，探索影響環(huán)氧瀝青性能的因素，形成固化時間可控、性能可調(diào)的大規(guī)模推廣的成套技術(shù)，并形成系列方案，降低造價，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

(2)環(huán)氧樹脂與瀝青相容差是環(huán)氧瀝青應(yīng)用需解決的根本問題，但目前未結(jié)合環(huán)氧瀝青復(fù)雜材料的組成開展環(huán)氧瀝青界面增容及共混機(jī)理的研究，且解決增容的手段相對單一，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂分散均勻性差、環(huán)氧交聯(lián)顆粒粒徑相對較大。環(huán)氧樹脂摻量一般接近或超過40%[41-42]，摻量偏高，脆性大。通過環(huán)氧與樹脂多組分材料進(jìn)行增容處理，有效提高了環(huán)氧瀝青材料的混溶性，形成環(huán)氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的樹脂摻量低于瀝青的10%。

(3)盡管環(huán)氧瀝青混凝土具有強(qiáng)度高、抗疲勞性能好、耐久等諸多良好的性能，但因其固化后會變得硬脆，缺乏柔韌性，與鋼橋面板追隨性不好，因而出現(xiàn)了層間黏結(jié)失效、出現(xiàn)疲勞裂縫、開裂等一些病害[43]。針對這些問題，國內(nèi)諸多學(xué)者致力于提高環(huán)氧瀝青混凝土的韌性和柔性，以改善鋼橋面上環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層抵抗疲勞和低溫開裂的性能，已取得了一定的成果?？梢酝ㄟ^嘗試開發(fā)增韌環(huán)氧瀝青、摻加增強(qiáng)纖維等增韌材料、以高分子材料開發(fā)環(huán)氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)填充膠結(jié)料代替瀝青、優(yōu)化環(huán)氧瀝青配合比設(shè)計等手段，提高環(huán)氧瀝青混合料的柔韌性，解決鋼橋面鋪裝的追隨性、變形協(xié)調(diào)性等問題。

(4)隨著環(huán)氧瀝青的不斷研發(fā)，我國學(xué)者在使用進(jìn)口產(chǎn)品和開發(fā)國內(nèi)產(chǎn)品方面積累了一定經(jīng)驗。目前多尺度研究環(huán)氧瀝青混合料的斷裂與損傷模型、疲勞壽命預(yù)測、破環(huán)機(jī)理分析引起了國內(nèi)一些學(xué)者的關(guān)注，將成為以后研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)[44-45]。

(5)固化劑的品種對固化物的力學(xué)性能、耐熱性、耐水性、耐腐蝕性等都有很大影響，對固化條件及時間也有決定性影響。因此，如何結(jié)合環(huán)氧瀝青材料的使用功能需求和施工控制條件研發(fā)或選用合適的對人體無危害、對環(huán)境無污染的環(huán)保固化材料十分迫切。

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Research Status and Prospect of Epoxy Asphalt for Steel Box Girder Bridge Pavement

YAN Yong1, GUO Da-jin1, FENG Ji-liang2, GUO Rong-xin1，XUN Jia-zheng3

(1.Key Laboratory of Yunnan Higher Education Universities for Mechanical Behavior and Microstructure Design of Advanced Materials, Kunming University of Science and Technology, Kunming Yunnan 650500, China;2. Engineering Quality Supervision Bureau, Yunnan Provincial Transport Department, Kunming Yunnan 650214, China;3. Yunnan Sunny Road & Bridge Co., Ltd., Kunming Yunnan 650200, China)

Epoxy asphalt is a high performance paving material which has high strength, good deformation resistance, corrosion resistance, fatigue resistance and many other advantages, it can be used widely in the whole world. Some researchers around the world have done a lot of researches and obtained a lot of research results. Yet there are some problems needed to solve such as the incompatible between epoxy resin and asphalt, there are many factors affect the epoxy resin hardening and the epoxy resins’ performance. Based on extensive literature review and some research works been done, we introduced the characteristics of epoxy asphalt, research progress and problems. Combining with the technical product specification of the current mainstream epoxy asphalt and its engineering practice of steel deck pavement, we explored the trend of epoxy asphalt paving materials.

bridge engineering;steel box girder bridge pavement; summary; study current status and future;epoxy asphalt; pavement material

2015-11-27

國家自然科學(xué)基金項目(11362007)；云南省對外合作項目(2015IA044)；云南省科技惠民項目(2015RA067)；云南省教育廳科學(xué)研究基金項目(1405178339)

晏永(1992- )，男，云南玉溪人，碩士研究生.(yanyong90@qq.com)

10.3969/j.issn.1002-0268.2016.09.012

U444

A

1002-0268(2016)09-0069-09