一種新型環氧瀝青應用于道路中的試驗研究

黃紅明，楊永前

（佛山市公路橋梁工程監測站，廣東　佛山　528000）

一種新型環氧瀝青應用于道路中的試驗研究

黃紅明，楊永前

（佛山市公路橋梁工程監測站，廣東佛山528000）

環氧瀝青作為熱固性材料，其混合料具有優良的高溫穩定性、水穩定性和抗疲勞性能等，在鋼橋面鋪裝中得到廣泛應用，但其價格較為昂貴，道路用環氧瀝青尚未得到推廣。文中對由組分A（環氧樹脂）和組分C（由石油瀝青和固化劑B組成的勻質合成物）組成的環氧瀝青結合料（N-DB）進行配合比設計，對不同比例環氧瀝青的基本路用性能進行試驗研究，并利用熒光顯微鏡觀察其微觀形貌。試驗結果表明當環氧樹脂的摻量為5.26％時，其混合料仍具有良好的路用性能，優于SBS改性瀝青。

公路；環氧瀝青；最佳配方；路用性能；微觀形貌

隨著交通建設的快速發展，瀝青路面新材料、新工藝得到廣泛應用，但一些地區的瀝青路面在使用一兩年甚至一個雨季后就出現不同程度的損壞，如車轍、水損害等。環氧瀝青在重載交通地區得到廣泛應用，尤其是在高溫多雨地區的鋼橋面鋪裝中，其混合料的主要特點是強度較高，高溫穩定性、水穩定性及抗疲勞性能等優良。如何將環氧瀝青的優良性能應用于普通瀝青路面并降低其造價，特別是應用于緊急停車路段、急轉彎路段、公交車?？空镜忍厥饴范?，是一個值得研究的問題。為推廣環氧瀝青的應用范圍，該文對由組分A（環氧樹脂）和組分C（由石油瀝青和固化劑B組成的勻質合成物）組成的環氧瀝青結合料（N-DB）進行試驗，研究組分A與組分C的配方，探索N-DB環氧瀝青混合料應用于瀝青路面的最佳配方。

1　原材料

N-DB環氧瀝青結合料是一種新型溫拌施工類瀝青，所用集料為玄武巖碎石。環氧樹脂的性能見表1，集料的性能見表2。

2　試驗研究

2.1級配選擇

為了滿足普通瀝青路面上面層的使用要求，N-DB環氧瀝青混合料采用AC-13C型級配，其級配曲線見圖1。

表1　環氧樹脂的技術指標

表2　玄武巖集料的技術指標

圖1　環氧瀝青混合料礦料的級配

2.2馬歇爾試驗

參照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》的要求制作標準馬歇爾試件，油石比均采用6.5％，N-DB環氧瀝青組分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#基質瀝青和SBS改性瀝青試件各1組，每種比例均為4個試件，雙面擊實各75 次，試件不脫模放入121℃烘箱中養護4 h，常溫放置1 d后進行馬歇爾試驗。試驗結果見表3，圖2為不同比例環氧樹脂馬歇爾穩定度對比。

表3　N-DB環氧瀝青混合料馬歇爾試驗結果

圖2　不同比例環氧樹脂馬歇爾穩定度對比

從表3和圖2來看，當N-DB環氧瀝青混合料組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶20時，其馬歇爾穩定度逐漸降低。當N-DB環氧瀝青中環氧樹脂的摻入量為14.29％（A∶C=1∶6）時，其馬歇爾穩定度最高，為35.08 k N；而當環氧樹脂的摻入量僅為4.76％（A∶C=1∶20）時，其馬歇爾穩定度最低，為18.12 k N，只有最高值的51.65％，但仍高出改性瀝青和基質瀝青較多，滿足重載交通高等級公路的要求。試驗結果也表明N-DB環氧瀝青混合料具有較高的強度，這主要是緣于環氧瀝青的固化反應。

2.3車轍試驗

采用車轍試驗測定N-DB環氧瀝青混合料的高溫抗車轍能力，檢驗其高溫穩定性。參照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》的要求進行試驗，試驗溫度為60℃，輪壓為0.7 MPa，以動穩定度來反映瀝青路面在高溫季節抵抗車轍的能力。根據馬歇爾試驗結果，相鄰比例間的馬歇爾穩定度結果相差較小，為了拉開車轍試驗結果的差距，N-DB環氧瀝青組分A與組分C的比例依次采用1∶6、1∶10、1∶14、1∶18。試驗結果見表4，圖3為不同比例環氧瀝青混合料的動穩定度對比。

表4　N-DB環氧瀝青混合料車轍試驗結果

圖3　N-DB環氧瀝青混合料動穩定度對比

從表4和圖3來看，N-DB環氧瀝青混合料組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶18時，其動穩定度逐漸降低，表明N-DB環氧瀝青混合料的高溫穩定性在逐漸降低；當N-DB環氧瀝青中環氧樹脂的摻量僅為5.26％（A∶C=1∶18）時，其動穩定度仍有6 318次/mm，高于改性瀝青的動穩定度。說明其具有良好的高溫穩定性能，滿足重載交通高等級公路對高溫穩定性的要求。

2.4抗水損害性能試驗

采用凍融劈裂試驗評價N-DB環氧瀝青混合料的抗水損害性能。參照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》的要求進行試驗，N-DB環氧瀝青組分A與組分C的比例依次采用1∶6、1∶10、1∶14、1∶18。試驗結果見表5，圖4為不同比例環氧瀝青混合料凍融劈裂抗拉強度比對比。

表5　N-DB環氧瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

圖4　N-DB環氧瀝青混合料凍融劈裂抗拉強度比對比

從表5和圖4可以看出：N-DB環氧瀝青混合料組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶18 時，其凍融劈裂抗拉強度比逐漸降低，最低為89.2％，但仍高于改性瀝青。表明當組分A與組分C的比例為1∶18時，其混合料的抗水損害性能優于改性瀝青，具有較高的抗水損害性能，滿足瀝青路面對混合料抗水損害性能的要求。

2.5小梁彎曲試驗

小梁彎曲試驗可用來評價瀝青混合料的抗彎拉特性和變形特性。按照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》進行試驗，試驗溫度為15℃，加載速率為50 mm/min，N-DB環氧瀝青組分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個試件。試驗結果見表6， 圖5為N-DB環氧瀝青混合料抗彎拉強度及極限彎拉應變對比。

表6　N-DB環氧瀝青混合料小梁彎曲試驗結果

根據表6和圖5，N-DB環氧瀝青混合料組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶18時，其抗彎拉強度逐漸降低，最低為11.23 MPa，而極限彎拉應變逐漸升高，最高為3.16×10-3，滿足冬冷地區對瀝青混合料低溫穩定性的要求。

2.6微觀形貌

為了分析環氧樹脂在環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℃的環氧樹脂A與固化劑B按重量比1∶2.65進行混合，混合均勻后加入一定比例121℃基質瀝青，手動攪拌均勻；然后用玻璃棒沾取適量環氧瀝青滴在載玻片，蓋上蓋玻片，并把環氧瀝青壓均勻；之后放入烘箱中養護，待完全固化后進行試驗。試驗結果見圖6。

圖5　N-DB環氧瀝青混合料抗彎拉強度及極限彎拉應變對比

圖6　不同比例環氧瀝青混合料的微觀形貌（單位：μm）

根據圖6，隨著N-DB環氧瀝青中組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶18，環氧樹脂固化物顆粒逐漸減少，顆粒間間距逐漸增大。

3　結論

通過對不同配方N-DB環氧瀝青混合料進行基本路用性能試驗，并與改性瀝青AC-13進行對比，得以下結論：

（1）采用AC-13C級配研究N-DB環氧瀝青混合料應用于瀝青路面的性能，其混合料的馬歇爾穩定度、動穩定度及凍融劈裂抗拉強度比均隨NDB環氧樹脂摻量的減小而降低，當組分A摻量僅為5.26％（A∶C=1∶18）時，其路用性能均優于改性瀝青，具有良好的高溫穩定性及抗水損害性能。

（2）N-DB環氧瀝青混合料組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶18時，其抗彎拉強度逐漸降低，而極限彎拉應變逐漸升高，應變最高為3.16 ×10-3，具有良好的低溫抗裂能力。

（3）當N-DB環氧瀝青中組分A與組分C的比例從1∶6下降到1∶18時，環氧樹脂固化物顆粒逐漸減少，顆粒間間距逐漸增大，進一步驗證了NDB環氧瀝青混合料的路用性能隨環氧樹脂摻量變化的規律。

（4）僅從經濟性分析，5.26％（A∶C=1∶18）的環氧樹脂摻量為環氧瀝青應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，優于SBS改性瀝青，滿足高等級公路對瀝青混合料路用性能的要求。將NDB環氧瀝青應用于普通瀝青路面時，可根據性能要求進行配比選擇。

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U416.217

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1671-2668（2016）01-0104-04

2015-10-09