一种新型环氧沥青应用于道路中的试验研究

黄红明，杨永前

（佛山市公路桥梁工程监测站，广东　佛山　528000）

一种新型环氧沥青应用于道路中的试验研究

黄红明，杨永前

（佛山市公路桥梁工程监测站，广东佛山528000）

环氧沥青作为热固性材料，其混合料具有优良的高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性能等，在钢桥面铺装中得到广泛应用，但其价格较为昂贵，道路用环氧沥青尚未得到推广。文中对由组分A（环氧树脂）和组分C（由石油沥青和固化剂B组成的匀质合成物）组成的环氧沥青结合料（N-DB）进行配合比设计，对不同比例环氧沥青的基本路用性能进行试验研究，并利用荧光显微镜观察其微观形貌。试验结果表明当环氧树脂的掺量为5.26％时，其混合料仍具有良好的路用性能，优于SBS改性沥青。

公路；环氧沥青；最佳配方；路用性能；微观形貌

随着交通建设的快速发展，沥青路面新材料、新工艺得到广泛应用，但一些地区的沥青路面在使用一两年甚至一个雨季后就出现不同程度的损坏，如车辙、水损害等。环氧沥青在重载交通地区得到广泛应用，尤其是在高温多雨地区的钢桥面铺装中，其混合料的主要特点是强度较高，高温稳定性、水稳定性及抗疲劳性能等优良。如何将环氧沥青的优良性能应用于普通沥青路面并降低其造价，特别是应用于紧急停车路段、急转弯路段、公交车停靠站等特殊路段，是一个值得研究的问题。为推广环氧沥青的应用范围，该文对由组分A（环氧树脂）和组分C（由石油沥青和固化剂B组成的匀质合成物）组成的环氧沥青结合料（N-DB）进行试验，研究组分A与组分C的配方，探索N-DB环氧沥青混合料应用于沥青路面的最佳配方。

1　原材料

N-DB环氧沥青结合料是一种新型温拌施工类沥青，所用集料为玄武岩碎石。环氧树脂的性能见表1，集料的性能见表2。

2　试验研究

2.1级配选择

为了满足普通沥青路面上面层的使用要求，N-DB环氧沥青混合料采用AC-13C型级配，其级配曲线见图1。

表1　环氧树脂的技术指标

表2　玄武岩集料的技术指标

图1　环氧沥青混合料矿料的级配

2.2马歇尔试验

参照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求制作标准马歇尔试件，油石比均采用6.5％，N-DB环氧沥青组分A与组分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#基质沥青和SBS改性沥青试件各1组，每种比例均为4个试件，双面击实各75 次，试件不脱模放入121℃烘箱中养护4 h，常温放置1 d后进行马歇尔试验。试验结果见表3，图2为不同比例环氧树脂马歇尔稳定度对比。

表3　N-DB环氧沥青混合料马歇尔试验结果

图2　不同比例环氧树脂马歇尔稳定度对比

从表3和图2来看，当N-DB环氧沥青混合料组分A与组分C的比例从1∶6下降到1∶20时，其马歇尔稳定度逐渐降低。当N-DB环氧沥青中环氧树脂的掺入量为14.29％（A∶C=1∶6）时，其马歇尔稳定度最高，为35.08 k N；而当环氧树脂的掺入量仅为4.76％（A∶C=1∶20）时，其马歇尔稳定度最低，为18.12 k N，只有最高值的51.65％，但仍高出改性沥青和基质沥青较多，满足重载交通高等级公路的要求。试验结果也表明N-DB环氧沥青混合料具有较高的强度，这主要是缘于环氧沥青的固化反应。

2.3车辙试验

采用车辙试验测定N-DB环氧沥青混合料的高温抗车辙能力，检验其高温稳定性。参照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求进行试验，试验温度为60℃，轮压为0.7 MPa，以动稳定度来反映沥青路面在高温季节抵抗车辙的能力。根据马歇尔试验结果，相邻比例间的马歇尔稳定度结果相差较小，为了拉开车辙试验结果的差距，N-DB环氧沥青组分A与组分C的比例依次采用1∶6、1∶10、1∶14、1∶18。试验结果见表4，图3为不同比例环氧沥青混合料的动稳定度对比。

表4　N-DB环氧沥青混合料车辙试验结果

图3　N-DB环氧沥青混合料动稳定度对比

从表4和图3来看，N-DB环氧沥青混合料组分A与组分C的比例从1∶6下降到1∶18时，其动稳定度逐渐降低，表明N-DB环氧沥青混合料的高温稳定性在逐渐降低；当N-DB环氧沥青中环氧树脂的掺量仅为5.26％（A∶C=1∶18）时，其动稳定度仍有6 318次/mm，高于改性沥青的动稳定度。说明其具有良好的高温稳定性能，满足重载交通高等级公路对高温稳定性的要求。

2.4抗水损害性能试验

采用冻融劈裂试验评价N-DB环氧沥青混合料的抗水损害性能。参照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求进行试验，N-DB环氧沥青组分A与组分C的比例依次采用1∶6、1∶10、1∶14、1∶18。试验结果见表5，图4为不同比例环氧沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比对比。

表5　N-DB环氧沥青混合料冻融劈裂试验结果

图4　N-DB环氧沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比对比

从表5和图4可以看出：N-DB环氧沥青混合料组分A与组分C的比例从1∶6下降到1∶18 时，其冻融劈裂抗拉强度比逐渐降低，最低为89.2％，但仍高于改性沥青。表明当组分A与组分C的比例为1∶18时，其混合料的抗水损害性能优于改性沥青，具有较高的抗水损害性能，满足沥青路面对混合料抗水损害性能的要求。

2.5小梁弯曲试验

小梁弯曲试验可用来评价沥青混合料的抗弯拉特性和变形特性。按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行试验，试验温度为15℃，加载速率为50 mm/min，N-DB环氧沥青组分A与组分C的比例依次采用1∶6、1∶10、1∶14、1∶18，每一比例均为4个试件。试验结果见表6， 图5为N-DB环氧沥青混合料抗弯拉强度及极限弯拉应变对比。

表6　N-DB环氧沥青混合料小梁弯曲试验结果

根据表6和图5，N-DB环氧沥青混合料组分A与组分C的比例从1∶6下降到1∶18时，其抗弯拉强度逐渐降低，最低为11.23 MPa，而极限弯拉应变逐渐升高，最高为3.16×10-3，满足冬冷地区对沥青混合料低温稳定性的要求。

2.6微观形貌

为了分析环氧树脂在环氧沥青中的分布及比例情况，采用荧光显微镜研究其微观形貌。将加热至80℃的环氧树脂A与固化剂B按重量比1∶2.65进行混合，混合均匀后加入一定比例121℃基质沥青，手动搅拌均匀；然后用玻璃棒沾取适量环氧沥青滴在载玻片，盖上盖玻片，并把环氧沥青压均匀；之后放入烘箱中养护，待完全固化后进行试验。试验结果见图6。

图5　N-DB环氧沥青混合料抗弯拉强度及极限弯拉应变对比

图6　不同比例环氧沥青混合料的微观形貌（单位：μm）

根据图6，随着N-DB环氧沥青中组分A与组分C的比例从1∶6下降到1∶18，环氧树脂固化物颗粒逐渐减少，颗粒间间距逐渐增大。

3　结论

通过对不同配方N-DB环氧沥青混合料进行基本路用性能试验，并与改性沥青AC-13进行对比，得以下结论：

（1）采用AC-13C级配研究N-DB环氧沥青混合料应用于沥青路面的性能，其混合料的马歇尔稳定度、动稳定度及冻融劈裂抗拉强度比均随NDB环氧树脂掺量的减小而降低，当组分A掺量仅为5.26％（A∶C=1∶18）时，其路用性能均优于改性沥青，具有良好的高温稳定性及抗水损害性能。

（2）N-DB环氧沥青混合料组分A与组分C的比例从1∶6下降到1∶18时，其抗弯拉强度逐渐降低，而极限弯拉应变逐渐升高，应变最高为3.16 ×10-3，具有良好的低温抗裂能力。

（3）当N-DB环氧沥青中组分A与组分C的比例从1∶6下降到1∶18时，环氧树脂固化物颗粒逐渐减少，颗粒间间距逐渐增大，进一步验证了NDB环氧沥青混合料的路用性能随环氧树脂掺量变化的规律。

（4）仅从经济性分析，5.26％（A∶C=1∶18）的环氧树脂掺量为环氧沥青应用于普通沥青路面的最佳配方，其掺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，优于SBS改性沥青，满足高等级公路对沥青混合料路用性能的要求。将NDB环氧沥青应用于普通沥青路面时，可根据性能要求进行配比选择。

［1］张思桐.环氧沥青在桥面铺装中的应用研究［D].西安：长安大学，2010.

［2］徐伟，张肖宁，涂长卫.虎门大桥钢桥面铺装维修方案研究与工程实施［J].公路，2012（5）.

［3］黄明，黄卫东.通过高温性能测评不同级配在环氧沥青上的应用［J].公路工程，2009，34（5）.

［4］董德全.高掺配率AC-13型温拌再生沥青混合料组成设计与路用性能评价［J].中外公路，2014，34（4）.

［5］彭妙娟，王兴培，李荣鑫.水性环氧改性水泥砂浆的路用性能试验研究［J].中外公路，2012，32（2）.

［6］王中文，曾利文.TAF环氧沥青混合料的施工控制［J].公路交通科技，2013，30（1）.

［7］李平基，徐伟.重载交通条件下虎门大桥桥面铺装试验段评价研究［J].公路工程，2009，34（3）.

［8］陈慨，曹毅.温拌沥青混合料路用性能研究［J].中外公路，2014，34（1）.

［9］李璐，郝增恒，盛兴跃.环氧改性沥青的相容性及路用性能研究［J].中外公路，2013，33（1）.

［10］潘磊.高性能环氧沥青的制备与性能表征［D].南京：南京大学，2011.

［11］聂浩，唐新国，陈云亮，等.高耐久性铺装沥青混合料路用性能研究［J].公路与汽运，2015（1）.

［12］徐磊，李宇峙，张平.钢桥面铺装修补用环氧树脂砼固化性能试验研究［J].公路与汽运，2014（2）.

U416.217

A

1671-2668（2016）01-0104-04

2015-10-09