环氧沥青混合料路用性能试验研究

来源:用户上传      作者: 吴群星

　　[摘　要]对环氧树脂含量分别为0％、5％、10％、15％、20％的沥青混合料进行车辙试验、小梁弯曲试验、冻融循环试验、疲劳试验等试验。试验表明：经环氧树脂改性后的沥青混合料具有强度高、高温抗变形能力强、低温抗裂性能好、抗疲劳性能好等特点，是全面提高沥青及沥青混合料路用性能的一个有效途径。
　　[关键词]环氧树脂；沥青混合料；路用性能；试验研究
　　
　　随着交通量的迅速增长、车辆的大型化以及超载问题的不断增多，道路负荷也大大增加。广泛使用的沥青路面，由于其粘弹性性质，决定了它不可避免地存在一些缺陷。如路面易产生不可恢复的永久变形，在各种自然因素作用下又容易出现剥落、松散等病害，耐久性差，使用寿命较短。虽然改性沥青的推广应用使沥青路面的性能得到提高，但没有改变沥青的热塑性性质，因此难以克服沥青路面的通病。
　　环氧沥青就是将环氧树脂加入石油沥青中，经过与固化剂发生硬化反应，形成不可逆的固化物，使沥青性质由热塑性转化成热固性，从而赋予沥青优良的物理力学性能。环氧沥青混凝土是一种高强铺面材料，它的应用给公路、桥梁的面层、粘结层等带来深刻的影响。已有文献表明：环氧沥青混凝土已很好的应用于钢桥面铺装，但对于其路用性能的研究还不是很完善。
　　为此，本文结合某高速公路沥青路面抗裂防水粘结层试验路段，着重进行环氧树脂改性沥青混合料的室内外试验研究，以评定其路用性能。
　　
　　1.试验方法
　　
　　1.1　试验原材料：基质沥青采用加德士70#沥青，改性剂选用双酚A(即二酚基丙烷)型环氧树脂，固化剂选用低分子氨树脂固化剂。粗集料采用10～15nm、5～10mm安山岩碎石，细集料采用0～5mm石灰岩石屑、机制砂；矿粉为石灰岩磨细矿粉。油石比采用6.5％。
　　1.2　试样制备：先将沥青预热到140～150℃，将环氧树脂按规定的掺量慢慢倾入热沥青罐中搅拌20min，搅拌速率维持在8～12r／min，应保证改性沥青无气泡，搅拌均匀得到A组分。再将B组分(固化剂)与A组分按固化剂与环氧树脂体积比为1：1.2的比例在110～120℃条件下混合搅拌10～15min，搅拌速率维持在12～16r／min，搅拌完成后固化3h后进行环氧改性沥青混合料的性能试验。
　　为了解环氧树脂对沥青混合料路用性能的影响，采用了0％、5％、lO％、15％、20％这几种环氧树脂掺量分别进行实验。
　　
　　2.试验结果与讨论
　　
　　2.1　高温稳定性：本文采用普通车辙仪来测定车辙板的动稳定度指标，用以评估环氧树脂对沥青混合料高温性能的改性效果。车辙试验按照现行试验规程――《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)的试验方法。试件是用轮碾法成型的标准车辙板，尺寸为300mm×300mm×50ram。试验胶轮的接地压力为0.707Mpa，试验轮往返碾压速度取为42次／min，试验温度为60℃。从加载到试验结束为1小时，计算动稳定度的时间取为试验开始后45-60分钟之间。经数据处理，得到不同树脂含量沥青混合料的动稳定度试验结果如下表。
　　
　　通过上表可以看出，添加了环氧树脂后的沥青混合料，其动稳定度有了显著的提高。环氧树脂添加比例为5％、10％、15％、20％时，混合料的动稳定度分别为2930、6613、15637、20149次／mm，分别是不加环氧树脂的7倍、16倍、38倍、50倍。随着环氧树脂含量的提高，混合料的动稳定度逐步增长，但并非线性增长，15％含量以前增长速度较快，15％以后增长速度相对变缓。环氧树脂对混合料的改性效果非常显著。
　　2.2　低温抗裂性：本文选用小梁弯曲试验来评定环氧树脂对沥青混合料的低温抗裂改性效果。试件选用从轮碾机成型的车辙板上切制的棱柱体小梁，尺寸为长×宽×高＝250mm×30ram×36mm，跨径采用200mm。试验在MTS810材料试验机上进行，分别测定0％-20％树脂含量沥青混合料在-10℃，0℃、15℃下的小梁弯曲试验指标。加载速率为50ram／mln，荷载与变形值由系统自动采集。试验环境为空气浴，试验前试件须保温3小时。实验结果见表2。
　　
　　由上表可以看出，随着温度的升高，不同环氧树脂含量沥青混合料的抗弯拉强度逐渐减小。但环氧树脂含量上升时，各温度条件下沥青混合料的抗弯拉强度随之提高。弯曲劲度模量的变化特征与抗弯拉强度的变化特征类似。
　　由上表还可得出，随着试验温度的升高，环氧树脂含量低的混合料的强度下降幅度较大，环氧树脂含量高的混合料的强度下降幅度较小。表明添加环氧树脂有利于改善沥青混合料的温度敏感性，减小沥青混合料的降温收缩。
　　2.3　水稳定性：为评定环氧树脂沥青混合料的水稳性，本文按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000 T0729；T0709)的试验方法进行了冻融循环试验，主要是模拟沥青一集料界面外力破坏作用，以评价沥青与集料界面的粘结程度。把同时成型的标准马歇尔试件分成两组，一组为未冻融循环试件，在25℃下进行劈裂试验；另一组为冻融循环试件，先在25℃下浸水20分钟，然后以0.09IVLPa浸水抽真空15分钟，然后放置在-18℃的条件下冻16小时，取出后立即将其放入600C的恒温水浴中浸泡24小时，完成此循环后试件在25℃水中浸泡2小时后测试其劈裂试验指标。试验结果见表3。
　　
　　随着环氧树脂含量的提高，无论试件是否进行了冻融循环，其劈裂强度均逐渐增长，并且两者增长的曲线近似平行。经过冻融循环后，不同环氧树脂含量的沥青混合料的劈裂强度均有所下降，下降幅度随环氧树脂含量的增高而稍稍有下降的趋势。说明环氧沥青混合料在低温循环阶段，性能会明显减弱。但由于添加了环氧树脂，其劈裂抗拉强度会有所增长，所以残留强度仍较大，在冬季抗水损坏的能力仍然较强。
　　2.4　疲劳试验：本次试验采用应力控制模式，在MTS810试验机上对不同环氧树脂含量的四组沥青混合料小梁试件按0.2-0.6的应力比，分别进行弯曲疲劳试验。试件按《公路l：程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG052-2000)T03-1993规定同期成型五组轮碾法成型车辙板，养护期满后切割成小梁，尺寸为200ram*30mm*35mm。采用三分点加载，加载波形采用半正弦波，加载频率为10Hz。疲劳试验温度为15℃。试验结果见表4。
　　
　　从上表可知，沥青混合料试件的疲劳寿命随着环氧树脂含量的提高和应力比的下降显著增高。环氧树脂添加比例为5％、10％、15％、20％时，混合料的疲劳寿命平均为不加环氧树脂的4.86倍、8.31倍、10.64倍、14.42倍。表明环氧树脂对混合料的疲劳性能改性效果非常显著。
　　
　　3.结语
　　
　　综上试验分析可知，环氧树脂沥青混合料的各项性能都能很好地满足路用性能的要求，远远优于普通沥青混合料在动稳定度、低温稳定性、水稳性、耐久性等方面的表现。这种经环氧树脂改性后的沥青及其混合料具有强度高、高温时抗永久变形能力强、低温抗裂性能好、抗疲劳性能好等特点，是全面提高沥青及沥青混合料路用性能的一个有效途径。随着我国经济的发展和施工技术水平的提高，环氧沥青铺面将会逐渐得到推广和应用。
　　
　　参考文献
　　[1]亢　阳.高性能环氧树脂改性沥青材料的制备与性能表征.东南大学硕士学位论文，2006
　　[2]袁登全.环氧树脂改性沥青及混合料性能研究，东南大学硕士学位论文，2006
　　[3]李家庆.环氧树脂混凝土在钢桥面铺装中的应用研究.长沙理工大学硕士学位论文.2007
　　[4]李继果.环氧沥青混合料及其在桥面铺装上的应用研究，长安大学硕士学位论文，2008
　　[5]交通部.公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)

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