胡加偉

福建省禹天建設(shè)有限公司

1 環(huán)氧改性瀝青

基質(zhì)瀝青和環(huán)氧樹脂以及固化劑是環(huán)氧改性瀝青的三大主要組成成分，除此之外還有其他助劑。環(huán)氧改性瀝青的化學(xué)原理為環(huán)氧樹脂加上固化劑會發(fā)生反應(yīng)生成三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，這種穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)能夠使瀝青顆粒的流動受到限制，將瀝青的熱塑性編程熱固性。環(huán)氧改性瀝青是一種很適合鋼橋面路面的材料，因為其擁有極好的柔韌性、穩(wěn)定性和抗裂性能，而且也抗腐蝕。但是三種原材料之間的相容性以及環(huán)氧體系影響環(huán)氧改性瀝青的性能和成本。本節(jié)研究固化劑、摻量和制作工藝來為解決上述問題提供科學(xué)依據(jù)。

1.1 基質(zhì)瀝青

查閱資料可知環(huán)氧樹脂的溶解度為9.6～10.5，基質(zhì)瀝青的溶解度一般為8.65。而兩者的相容性會影響改性瀝青的性能，如果兩種原材料的相容度之差在1.5以內(nèi)的話，可以相容得比較好。所以環(huán)氧改性瀝青在選擇原材料時可以選擇瀝青質(zhì)和樹脂含量高的石油瀝青作為基質(zhì)瀝青（70#A）。

1.2 環(huán)氧樹脂

如前所述，環(huán)氧樹脂加上一定比例的固化劑會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，增強混合料的整體性能。環(huán)氧樹脂材料可以使用產(chǎn)量比較大而且性能好的雙酚A型產(chǎn)品。比如可以選取E-51環(huán)氧樹脂，它的環(huán)氧值是0.51mol∕100g。

1.3 固化劑質(zhì)量比

正交異性鋼橋面一般采用環(huán)氧改性瀝青進行鋪裝，這種地面對瀝青的強度要求很高。環(huán)氧樹脂和固化劑的固化產(chǎn)物決定瀝青的強度性能。其中影響工藝難度的是容留時間，混合料難以實現(xiàn)壓實的閾值是環(huán)氧瀝青黏度為1500MPa時，所以要求容留時間要在10，min以上。通過進行指標(biāo)為拉拔強度和拉伸強度的對比實驗（固化劑和環(huán)氧樹脂質(zhì)量比采用1:1，環(huán)氧體系摻量設(shè)為15%），在a-e五中酸酐類固化劑中選擇b類固化劑。對比實驗數(shù)據(jù)圖如圖1。然后在選定b類酸酐固化劑后，分別對環(huán)氧樹脂：固化劑的質(zhì)量比為0.8、0.9、1.0、1.1、1.2五種環(huán)氧瀝青進行拉伸和拉拔強度的對比實驗，通過圖2可以看出，環(huán)氧樹脂：固化劑的質(zhì)量比為1的時候最好。

圖1 a-e五中酸酐類固化劑強度對比

圖2 不同質(zhì)量比強度對比

1.4 環(huán)氧體系摻量

通過對比我們得出了最佳的固化劑類型和環(huán)氧樹脂與固化劑的質(zhì)量比。然后為了確定環(huán)氧體系的最佳摻量，同樣我們通過設(shè)計不同比例的摻量來和SBS改性瀝青進行拉伸強度赫爾拉拔強度的實驗對比，一共做了六組實驗，摻量比例分別是5%、10%、15%、20%、30%、50%。得到的強度對比數(shù)據(jù)見表1。

表1 環(huán)氧改性瀝青不同比例下和SBS改性瀝青強度對比表

通過表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧體系的摻量增加，則拉伸強度和拉拔強度隨著增大，而斷裂伸長率隨著比例的增加而呈一個減小的趨勢。究其原因是因為固化物決定了瀝青的強度，固化物越多則改性瀝青的強度越強。斷裂伸長率其實就是瀝青的延展性能，它主要與基質(zhì)瀝青有關(guān)，基質(zhì)瀝青隨著摻量比例的提升而減少，所以斷裂伸長率會降低。

我們與SBS改性瀝青對比可見，環(huán)氧改性瀝青的環(huán)氧體系摻量即便只有百分之五的時候，其瀝青的強度性能也更好。所以相比較而言，環(huán)氧改性瀝青更適合做瀝青混凝土路面的混合料黏結(jié)料。

綜上所述，考慮到經(jīng)濟效益和路用性能，我們擬使用10%摻量環(huán)氧體系做后續(xù)研究。

2 環(huán)氧改性瀝青的路用性能探究

2.1 高溫穩(wěn)定性

為了分析環(huán)氧改性瀝青混合料用在瀝青混凝土路面上的高溫穩(wěn)定性能，我們分析參考文獻中所做的一些車轍試驗數(shù)據(jù)，試驗嚴格按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）開展，對比材料為日本TAF環(huán)氧瀝青混合料，還有SBS改性瀝青混合料，三種材料做設(shè)定同等級配性能對比，試驗完成后的結(jié)果見表2。

表2 瀝青混合料車轍試驗

通過對比實驗我們可以得知，與SBS改性瀝青相比而言，環(huán)氧改性瀝青的混合料的高穩(wěn)穩(wěn)定性能更勝一籌。而且國標(biāo)下的《道路與橋梁鋪裝用環(huán)氧瀝青材料通用技術(shù)條件》（GB∕T 30589—2014）材料穩(wěn)定度要求環(huán)氧改性瀝青材料達標(biāo)且遠超于要求的動穩(wěn)定度，而SBS改性瀝青的動穩(wěn)定度并沒有達到技術(shù)要求。環(huán)氧改性瀝青的組成成分的環(huán)氧樹脂和固化劑在高溫下會發(fā)生反應(yīng)形成比較堅固的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠使基質(zhì)瀝青顆粒的自由移動受到限制，由于其含有熱固材料的原因，所以在高溫環(huán)境下環(huán)氧改性瀝青會變軟不過仍能保持固態(tài)，所以動穩(wěn)定性能遠遠超過了SBS改性瀝青。SBS改性瀝青動穩(wěn)定度較低是因為該種混合料在高溫環(huán)境下主要呈現(xiàn)高黏性，比較容易收到外力產(chǎn)生變形，像留下車轍印就屬于變形的一種。表中數(shù)據(jù)顯示兩種環(huán)氧瀝青的動穩(wěn)定度即高溫穩(wěn)定性能相當(dāng)。

2.2 低溫抗裂性

為了分析環(huán)氧改性瀝青混合料用在瀝青混凝土路面上的低溫抗裂性能，我們分析小梁低溫彎曲試驗結(jié)果，試驗嚴格按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）開展，對比材料為日本TAF環(huán)氧瀝青混合料，還有SBS改性瀝青混合料，三種材料在同等低溫環(huán)境下做性能對比，試驗完成后的結(jié)果見表3。

表3 瀝青低溫抗裂性能試驗數(shù)據(jù)表

通過對比實驗我們可以得知，與SBS改性瀝青相比而言，環(huán)氧改性瀝青的混合料的低溫抗裂性更勝一籌，而且可以看出其具有更高的抗彎強度和勁度模量，這些技術(shù)指標(biāo)可以反映出環(huán)氧瀝青的低溫柔性更高。在冬季的時候，一般地表溫度會低于空氣溫度，所以對比幾種材料在-15℃的最大彎拉應(yīng)變，可以發(fā)現(xiàn)環(huán)氧瀝青混合料的值更大，也就是說其擁有較好的柔性，在冬季低溫環(huán)境下的抗裂性能更好，使得瀝青混凝土路面的抗裂性能更好，有利于提高路面的使用質(zhì)量和壽命。

2.3 水穩(wěn)定性

為了分析環(huán)氧改性瀝青混合料用在瀝青混凝土路面上的水穩(wěn)定性能，我們分析瀝青混合料的動容劈裂試驗結(jié)果，開展的實驗對比了材料為日本TAF環(huán)氧瀝青混合料，還有SBS改性瀝青混合料，三種材料在凍融劈裂實驗條件下的劈裂強度、凍融劈裂強度和劈裂強度比（TSR）性能對比結(jié)果見表4。

表4 瀝青混合料動容劈裂實驗結(jié)果

通過上述實驗數(shù)據(jù)可以得出，與SBS改性瀝青相比較，環(huán)氧改性瀝青的凍融劈裂強度比更高，性能更好，更適合用于瀝青混凝土路面實現(xiàn)路用。兩種環(huán)氧瀝青的混合料的劈裂強度和凍融劈裂強度不相上下，但是相比較SBS改性瀝青，環(huán)氧瀝青的兩種指標(biāo)強度分別為SBS改性瀝青的3.32倍和3.75倍。這些數(shù)據(jù)足可以說明在應(yīng)用到瀝青混凝土路面上的環(huán)氧改性瀝青混合料擁有更好地水穩(wěn)定性和物理學(xué)性能。

3 結(jié)束語

綜上所述，我們?yōu)榱搜芯凯h(huán)氧改性瀝青對瀝青混凝土路面性能的影響，分析了環(huán)氧改性瀝青的原材料的組成性能和作用，進行通過對比實驗研究了環(huán)氧改性瀝青混凝土混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和降溫性能。結(jié)果表明環(huán)氧改性瀝青對適合做嚴格的特殊路段的路面鋪料。