張生貴 ，鄧云峰 ，楊志鵬 ，李強 ，王永維 ，劉偉 ，李桂琴 ，胡吉福

（1.青海省收費公路管理處，青海 西寧 810008；2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112）

0 引言

環(huán)氧樹脂混凝土具有強度高、收縮性小，同時還具有優(yōu)良的耐化學(xué)、耐油污等優(yōu)點，環(huán)氧樹脂混凝土在道路工程中主要應(yīng)用在公路結(jié)構(gòu)物的修筑、維修和養(yǎng)護工程等方面，由于環(huán)氧樹脂混凝土存在脆性較大的缺陷，限制了其應(yīng)用推廣的程度和范圍[1-2]。

廢舊輪胎的處理是我國環(huán)境治理的一個很大難題。為了資源的循環(huán)再利用，目前一部分廢舊輪胎被制備成不同目數(shù)的橡膠粉摻入到瀝青中來改性瀝青及其瀝青混合料，應(yīng)用到道路工程中，解決了很大部分的黑色污染。但與此同時，制備不同目數(shù)的橡膠粉需要用到燃燒設(shè)備，在解決污染的同時又消耗了資源，產(chǎn)生了污染。如果能將橡膠顆粒直接應(yīng)用到道路工程中，將給黑色污染的處理提供了一種更加綠色化的新途徑[3-5]。

橡膠顆粒是通過廢舊輪胎再生后得到，含有天然橡膠和碳黑，用于道路建設(shè)中能夠提高路面使用性能和耐久性，尤其適用于西北等高寒、紫外線較強的地區(qū)。國內(nèi)外研究人員對將橡膠顆粒作為替代混凝土的骨料摻入其中很早就進行了相關(guān)研究，Heitzman將0.85～6.4 mm的橡膠顆粒代替部分細集料應(yīng)用在斷級配瀝青混合料中，并將其作為磨耗層[6]。龍廣成和馬昆林[7]將橡膠顆粒添加到水泥混凝土中，對其抗壓強度的降低效應(yīng)進行了研究。張金喜[8]進行了室內(nèi)試驗研究，發(fā)現(xiàn)橡膠顆粒瀝青混凝土的瀝青用量減小，路面的彈性增大，具有良好的耐水性、抗滑性和路面防凍性能。但是對橡膠顆粒改性大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混凝土的研究很少?；诖耍疚膹恼辉囼炁浜媳仍O(shè)計入手，以橡膠顆粒改性大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料的路用性能為優(yōu)選指標，確定了大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料的最佳配合比，以期拓寬環(huán)氧樹脂混凝土在公路工程中的應(yīng)用以及提供一種廢舊輪胎再生利用的新途徑。

1 試驗

1.1 試驗原材料

聚氨酯改性環(huán)氧樹脂：江蘇省泰州市恒創(chuàng)絕緣材料有限公司生產(chǎn)，固化劑為T系列常溫柔性固化劑，沈陽化工研究所生產(chǎn)；橡膠顆粒：粒徑1～3 mm，山東臨沂市萬順達橡膠廠；碳黑：比表面積125～130 m2/g，天津億博瑞化工有限公司。

礦料：臨洮縣興建石料廠生產(chǎn)，1#料粒徑10～15 mm，2#料粒徑 5～10 mm，3#料粒徑 3～5 mm，4#料粒徑 0～3 mm；礦粉由中鐵五局LWLM2礦粉加工廠生產(chǎn)。

1.2 試驗方法

目前沒有冷拌環(huán)氧樹脂混合料的配合比設(shè)計方法，本文基于馬歇爾設(shè)計方法下的OFGC瀝青混合料的性能指標，利用1～3 mm的橡膠顆粒等量替代0～3 mm的細集料。采用正交試驗設(shè)計方法，以高溫車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗、飛散試驗等路用性能指標進行優(yōu)選，選擇合適的環(huán)氧樹脂用量和橡膠顆粒取代量，同時為了防止環(huán)氧樹脂膠結(jié)料的老化，通過添加碳黑輔助抗老化劑，以紫外老化后的飛散損失衰減率確定碳黑的最佳摻量[9-10]。

高溫車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗、飛散試驗依據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進行測試。

2 大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料的配合比設(shè)計

2.1 混合料礦料級配

大空隙率環(huán)氧樹脂混合料不同粒徑礦料的比例為：m（1#料）∶m（2#料）∶m（3#料）∶m（4#料）∶m（礦料）=27∶60∶0∶11∶2，合成級配見表1。

2.2 混合料的制備

按配比稱取各粒徑要求的礦料在攪拌裝置中預(yù)攪拌1 min使礦料充分混合，然后將環(huán)氧樹脂A組份置于干燥的容器中，稱取B組份固化劑倒入A組份中充分攪拌混合，其中A、B組份的質(zhì)量比為3∶1。將混合物倒入已經(jīng)配制好礦料的攪拌鍋中，攪拌1 min后停止，加入礦粉攪拌1～2 min，以最終混合料無花白料為準，所制備的混合料即為本研究的大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料。

2.3 大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料的性能

根據(jù)前期試驗結(jié)果和積累，參考馬歇爾相關(guān)指標，以環(huán)氧樹脂摻量為5%配制冷拌環(huán)氧樹脂混合料，雙面擊實50次后，將試件連同模具側(cè)向放入60℃的烘箱中養(yǎng)生48 h后取出脫模，測試其性能，結(jié)果如表2所示。

表2 大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料的性能指標

從表2可以看出，大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料具有較高的力學(xué)性能和高溫性能，但其低溫性能較差，甚至不符合用于道路混合料低溫性能的最低技術(shù)要求（JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求低溫彎曲破壞應(yīng)變≥2000 με）。因此必須采取合適的手段進行改性。

3 橡膠顆粒改性大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料的配合比設(shè)計方法

根據(jù)前期試驗研究，選擇環(huán)氧樹脂摻量（A、B組份質(zhì)量比固定為3∶1，按占礦料質(zhì)量計）、碳黑摻量（按占環(huán)氧樹脂總質(zhì)量計）以及橡膠顆粒取代0～3 mm細集料量3個因素[11]，采用L9（33）正交試驗，因素水平見表3。

表3 大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料正交試驗因素水平

3.1 正交試驗結(jié)果

正交試驗結(jié)果見表4，極差分析見表5。

表4 大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料的正交試驗結(jié)果

表5 正交試驗極差分析

3.2 正交試驗結(jié)果分析

由表5可見：

（1）影響大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料高溫性能（動穩(wěn)定度）的主要因素是環(huán)氧樹脂摻量，其次是橡膠顆粒取代量，碳黑摻量是最次要因素。隨著環(huán)氧樹脂摻量的增加，混合料的高溫性能提高，考慮到成本和高溫性能，建議環(huán)氧樹脂的摻量為5%。隨著橡膠顆粒取代量的增加，混合料的高溫性能有所改善，說明橡膠顆粒的加入提高了混合料的高溫性能，原因是橡膠顆粒是一種低強度高回彈材料，在成型后混合料內(nèi)部存在的橡膠顆粒相當于一個個小的“預(yù)應(yīng)力試塊”，使得在外界荷載的作用下其高溫性能有一定程度的改善[12]。

（2）影響大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料水穩(wěn)定性（凍融劈裂強度比）的主要因素是環(huán)氧樹脂摻量，其次是橡膠顆粒的取代量，碳黑摻量是最次要因素。隨著橡膠顆粒取代量的增加，混合料的水穩(wěn)定性有所降低，主要是因為橡膠顆粒的取代量越多，其空隙率越大，結(jié)構(gòu)的密度越小，但還是滿足實際工程中對混合料的抗水損害的要求（一般工程上比較嚴格的對水穩(wěn)定性要求其凍融劈裂強度比不小于80%）。

（3）影響大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料低溫性能（破壞應(yīng)變）的主要因素是環(huán)氧樹脂摻量，其次是橡膠顆粒的取代量，碳黑摻量是最次要的因素。隨著橡膠顆粒取代量的增加，混合料的低溫性能顯著提升，主要是因為一方面橡膠顆粒屬于柔性材料，其強度遠遠的小于被等量取代的細集料，高變形、低模量的橡膠顆粒使得混合料具有較強的低溫性能。另一方面橡膠顆粒的摻入改變了混合料的骨架結(jié)構(gòu)，樹脂分子和橡膠顆粒的交界面存在的空穴，在外界載荷的作用下會發(fā)展為銀紋，銀紋效應(yīng)使得混合料的低溫性能顯著提高。

（4）影響大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料抗紫外老化效果（飛散損失率）的主要因素是碳黑摻量和橡膠顆粒的取代量，其次是環(huán)氧樹脂摻量。隨著橡膠顆粒取代量的增加，混合料的抗紫外老化性能有所改善，主要是因為橡膠顆粒中含有抗老化抑制劑，與碳黑發(fā)生了協(xié)同效應(yīng)，綜合提高了混合料的抗紫外線老化效果[11]。碳黑摻量越大，混合料的抗紫外線老化性能越好，但在配制混合料的過程發(fā)現(xiàn)，碳黑摻量超過2%時，混合料的施工和易性會受到影響，因此，建議碳黑的合理摻量不宜超過2%。

綜上所述，過多的橡膠顆粒摻入雖然會一定程度削弱水穩(wěn)定性，但仍然滿足工程要求，綜合低溫性能和抗紫外線老化性能，橡膠顆粒合適摻量為5%，碳黑摻量為2%，環(huán)氧樹脂摻量為5%。

4 結(jié)論

（1）影響大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性的因素順序均為：環(huán)氧樹脂摻量＞橡膠顆粒取代量＞碳黑摻量。綜合考慮，環(huán)氧樹脂適宜摻量為5%，橡膠顆粒等量取代細集料的合適摻量為5%。

（2）影響大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料抗紫外線老化的因素順序為：碳黑摻量≈橡膠顆粒取代量＞環(huán)氧樹脂摻量。碳黑摻量越大，混合料的抗紫外線老化性能越好，但考慮到施工和易性，建議碳黑的合理摻量不宜超過2%。

（3）與未改性大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料相比，橡膠顆粒和環(huán)氧樹脂對高溫性能的提高具有協(xié)同增強作用，橡膠顆粒和碳黑協(xié)同綜合提高大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料的抗紫外線老化效果。

（4）綜合高溫性能、低溫韌性、水穩(wěn)定性和抗紫外線老化性能，適宜的橡膠顆粒改性大空隙率環(huán)氧樹脂冷拌混合料的配合比為：環(huán)氧樹脂摻量為5%，橡膠顆粒取代5%的0～3 mm的細集料，碳黑摻量為2%。

[1] 黃衛(wèi)，錢振東，程剛.環(huán)氧瀝青混凝土在大跨徑鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用[J].東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2002，32（5）：783-787.

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