不同摻量聚氨酯/環氧樹脂改性瀝青性能研究

宋書昌

（煙臺市公路事業發展中心，山東 煙臺 264000）

引言

橋面鋪裝需要具有良好的結構耐久性，環氧樹脂瀝青混合料因具有良好的抗疲勞性能和水穩定性應用廣泛，李惠林［1］研究了水性環氧樹脂瀝青混合料在高速公路中的應用，劉建明等［2］研究了環氧樹脂瀝青混合料在鋼橋面鋪裝中的應用，但其在低溫環境下易產生裂縫。

周長紅等［3］通過改性瀝青混合料解決了這一問題，其中聚氨酯材料具有良好的耐磨性和阻尼性，制備的聚氨酯改性瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性。項柳福等［4］研究了聚氨酯改性瀝青混合料配比設計，并明確了其路用性能。黎小順［5］得到含有合適比例的聚氨酯混合料的性能優于傳統瀝青混合料。

1 原材料

選用SK90#瀝青，技術指標見表1。使用的瀝青改性劑包括E-51 雙酚環氧樹脂、聚氨酯預聚體、馬來酸酐固化劑。由于黏結劑難以與環氧樹脂相容，在添加黏結劑時加入馬來酸酐，幫助改性瀝青黏結劑穩定。同時，添加活性稀釋劑降低改性瀝青黏結劑黏度，技術指標見表2。

表1 SK 瀝青技術指標

表2 活性稀釋劑技術指標

2 改性瀝青制備

（1）將聚氨酯預聚物加入環氧樹脂中得到聚氨酯/環氧樹脂共混物，攪拌2 h 后置于烘箱100 ℃存放2 h。（2）將黏結劑與增溶劑混合得到馬來酸酐黏合劑，將固化劑和稀釋劑加入瀝青中混合20 min。（3）將制備好的聚氨酯/環氧樹脂共混物加入到黏合劑中，置于模具在烘箱中135 ℃和150 ℃分別固化2 h。

3 不同摻量改性瀝青性能

3.1 不同稀釋劑摻量改性瀝青黏結性能

聚氨酯/環氧樹脂改性瀝青制備過程中，黏結劑的熱固性導致其在高溫條件下出現不可逆固化，進而導致其黏結性出現不同時間段變化。實際操作過程中，黏結劑的黏結性通常高于實際需要，添加緩釋劑可緩解這一現象，從而保證施工質量。緩釋劑的摻量影響聚氨酯/環氧樹脂改性瀝青的黏結性，選用稀釋劑摻量分別為改性劑摻量的6 wt%、10 wt%、14 wt%。進行黏度試驗時，使用黏度計測試不同摻量改性瀝青黏結劑黏度，轉速為50 r/min。黏度試驗結果見圖1。

圖1 不同稀釋劑摻量改性瀝青黏結性

由圖1 可知，不同稀釋劑摻量的改性瀝青黏度隨時間增加而增加，且隨著時間的延長，改性瀝青黏度增長更為迅速，此現象與其自身固化反應有關。其中稀釋劑摻量為6 wt%時，改性瀝青的黏度由反應10 min 時的2 100 mPa·s 升為35 min 時的5 160 mPa·s，再至60 min 時的10 570 mPa·s；當稀釋劑摻量為10 wt%時，改性瀝青的黏度由反應10 min 時的1 800 mPa·s 升為35 min 時的3 850 mPa·s，再至60 min 時的8 200 mPa·s；當稀釋劑摻量為14 wt%時，改性瀝青的黏度由反應10 min 時的1 570 mPa·s 升為35 min 時的2 900 mPa·s，再至60 min 時的6 100 mPa·s。同時，相同時間內稀釋劑的摻量影響其黏度，反應時間為10 min 時，6 wt%稀釋劑摻量對應的黏度高于14 wt%稀釋劑摻量的530 mPa·s；反應時間為60 min 時，6 wt%稀釋劑摻量對應的黏度高于14 wt%稀釋劑摻量的4 470 mPa·s。表明稀釋劑摻量的增加降低了改性瀝青的黏度。

根據《道路與橋梁鋪裝用環氧瀝青材料通用技術條件》（GB/T 30598—2014）規定的“至少40 min黏度達到5 000 mPa·s”技術要求，稀釋劑摻量選用10 wt%。

3.2 不同改性劑摻量改性瀝青拉伸性能

改性劑摻量影響改性瀝青的拉伸性能。選用20 wt%、40 wt%、60 wt%作為改性劑摻量制備改性瀝青。拉伸試驗時采用的拉伸速率為500 mm/min，溫度為23 ℃，測試得到其拉伸強度和斷裂伸長率，見圖2、圖3。

圖2 不同改性劑摻量的改性瀝青拉伸強度

圖3 不同改性劑摻量的改性瀝青斷裂伸長率

由圖2 可知，改性瀝青拉伸強度隨改性劑摻量的增加逐漸增加，其拉伸強度由20 wt%摻量時的1.15 MPa 增長至60 wt%摻量時的2.23 MPa，且隨著改性劑摻量的增加，其拉伸強度增長逐漸趨緩，此現象與黏結劑固化反應有關。改性劑的加入增加了黏結劑內部反應，使其更加穩定。由圖3 可知，改性瀝青斷裂伸長率隨改性瀝青摻量的增加逐漸減少，其斷裂伸長率由20 wt%摻量時的302%減少至60 wt%摻量時的147%，且隨著改性劑摻量的增加，其斷裂伸長率降低幅度變緩，原因與拉伸強度變化原因相同。根據《城鎮橋梁瀝青混凝土橋面鋪裝施工技術標準》（CJJ/T 279—2018）規定的“拉伸強度≥1.5 MPa，斷裂伸長率≥180%”技術要求，選用改性瀝青改性劑摻量為40 wt%。

4 改性瀝青混合料性能研究

為評價改性瀝青對瀝青混合料性能的影響，根據試驗結果制備改性瀝青混合料，通過車轍試驗測試其動穩定度，通過彎曲蠕變試驗測試其彎拉應變，通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗測試其殘留穩定度和凍融劈裂強度比，試驗結果見表3。

表3 聚氨酯/環氧樹脂改性瀝青混合料性能指標

表3 試驗結果顯示，制備的聚氨酯/環氧樹脂改性瀝青混合料的動穩定度、彎拉應變、殘留穩定度和凍融劈裂強度比均滿足要求，具有良好的高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性。

5 結語

聚氨酯/環氧樹脂改性瀝青稀釋劑摻量的增加降低了改性瀝青的黏度，改性劑的增加提高了改性瀝青的拉伸強度。稀釋劑摻量為10 wt%、改性劑摻量為40 wt%時，其技術指標滿足《道路與橋梁鋪裝用環氧瀝青材料通用技術條件》（GB/T 30598—2014）和《城鎮橋梁瀝青混凝土橋面鋪裝施工技術標準》（GJJ/T 279—2018）要求。以此制備的聚氨酯/環氧樹脂改性瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性良好。