Chemco環氧粘結劑在彩色路面中的應用研究

張大斌，謝成，王鵬

（廣西道路結構與材料重點實驗室廣西交通科學研究院，廣西　南寧　530007）

Chemco環氧粘結劑在彩色路面中的應用研究

張大斌，謝成，王鵬

（廣西道路結構與材料重點實驗室廣西交通科學研究院，廣西南寧530007）

由于彩色路面對防水、抗滑、降噪及高溫穩定性的要求較高，一般的彩色瀝青混合料難以滿足設計年限內的使用要求，而Chemco環氧粘結劑具有很好的力學性能和溫度穩定性。文中主要對Chemco環氧路面的抗滑性能、高溫穩定性能等進行研究，驗證Chemco環氧材料應用于彩色防滑路面中的優勢。

公路；Chemco環氧粘結劑；彩色路面；力學性能；高溫穩定性能

彩色路面技術研究最早始于20世紀50年代的歐美國家，當時主要用于改善城市道路與周圍環境的協調性，展現一個國家或城市的特色和風格。隨著越來越多國家對彩色路面技術的研究，其應用已不僅局限于城市道路、景觀道路，在高速公路收費站、坡道、彎道路面甚至隧道工程中也得到應用。

彩色路面發展至今主要經歷了四個階段，即涂料類彩色路面、彩色瀝青砼、涂料類彩色防滑路面和環氧型彩色防滑路面。環氧類彩色路面是指在路面上攤鋪2～3 mm厚改性環氧樹脂，再將經過高溫合成、煅燒并染色的高強骨料撒布在樹脂上而形成的路面。與傳統彩色瀝青砼路面相比，環氧型彩色路面的防水抗滑性能優良，強度高，高溫穩定性能好，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　力學性能研究

1.1與集料粘結性能

路面使用中要不斷經受車輛荷載、日曬和雨水的反復循環作用。由于瀝青砼中瀝青膠結料與集料的粘附強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，并進一步引起其他瀝青路面病害。Chemco環氧材料固化強度是時間的冪函數，隨著時間的延續強度增加并趨于穩定。固化反應過程中，Chemco環氧材料與集料之間產生很強的化學裹覆作用，環氧材料與集料的粘附強度除電荷引力外，還有接觸摩擦力及化學鍵的作用，該作用力遠大于電荷引力，因而環氧類彩色路面具有更好的抗水損害能力。

為驗證Chemco環氧材料與集料的粘結性能，成型試件（其中拉剪試件均為輝綠巖），利用MTS萬能試驗機分別對比干燥和潮濕環境下瀝青材料、環氧材料與集料的粘附強度。

試驗步驟如下：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，將成型好的試件養護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，每種材料隨機挑選3個在萬能壓力機上進行剪切試驗（另外2組試件先浸水1 h，再進行剪切試驗），結果見表1。

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

表1　粘附試驗結果

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、公共汽車專用道等處使用，可明顯區分道路功能，提高交通效率；在隧道等特殊地點使用，對提高道路交通安全水平具有獨特作用；在高速公路連續下坡及收費站處使用，能有效降低事故發生率。為驗證Chemco環氧路面的抗滑性能，在室內成型試件，并與已有工程應用的新建水泥路面、AC-13瀝青路面、SMA-13瀝青路面的摩擦系數進行對比，結果見表2。

表2　不同路面形式表面摩擦系數對比

由表2可知：無論干燥還是潮濕狀態下，AC類瀝青混合料表面的摩擦系數最小，其次為水泥砼路面、SMA瀝青路面、Chemco環氧路面；與路面干燥狀態相比，潮濕狀況下摩擦系數均有衰減，衰減幅度與路面表面粗糙程度有關；環氧抗滑路面的摩擦系數與SMA路面相當，但由于環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，其摩擦系數更大，抗滑性能更優，更能提升路面的行車安全性能。有資料表明：環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％。國外研究發現：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、熱穩定性，不但能減少黑色路面的熱島效應，還可延長道路使用壽命。

2　高溫穩定性能

中國氣候帶有明顯的大陸性季風氣候特點，表現為夏季時溫度高且持續時間較長。目前國內的彩色路面主要分布在南方夏季炎熱區域，且大都鋪筑在公交車道和公路連續下坡等處，其共同特點是行車速度較慢、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。Chemco環氧材料固化反應后形成穩定的空間網狀結構，為驗證其抵抗高溫變形的能力，按上述試驗步驟成型試件，測試Chemco環氧材料與集料在不同溫度下的高溫穩定性能，結果見表3。

表3　Chemco環氧材料的高溫粘附性能

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

圖2　試驗溫度與粘結強度的關系

回歸方程的相關系數高達0.998 7，說明對于Chemco環氧瀝青粘結材料，試驗溫度與集料之間的粘結強度存在良好的冪函數關系。

3　開放交通所需時間

Chemco環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濟意義，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。環氧材料主要是通過固化反應形成的強度來控制施工時間，環氧路面的養生時間可通過測定環氧固化后的強度來決定。室溫養護條件下，不同養護時間的粘結強度試驗結果見表4。

表4　不同養護時間下的粘結強度

由表4可知：經過5 h養護后，材料達到其最大強度并趨于穩定。Chemco環氧材料在室外施工時，由于太陽照射等原因，固化反應速率比室內養護時快，建議采用環氧樹脂施工時，養生4～5 h后再開放交通。

4　結論

通過對Chemco環氧類彩色路面抗水防滑能力、高溫穩定性能及開放交通時間的試驗研究，得以下結論：

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

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

（3）經過環氧固化反應后的彩色路面，其動穩定度遠大于一般瀝青路面，如果原有路表強度足夠，則采用環氧路面可避免夏季出現車轍。

（4）環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