彩色环氧树脂抗滑层在道路中的应用研究

吴 迪，韩亚芳

（1、广东建科交通工程质量检测中心有限公司 广州510500；2、广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州510500）

1 概述

传统路面如水泥混凝土路面或沥青路面常为灰色或黑色，颜色相对单一。根据相关研究表明，长期注视黑色可使人肾上腺素减少，产生压抑情绪［1］。黑色和灰色在视觉上和心理上是一种消极色彩，让人产生寂寞、黑暗的感觉［2］。对于城镇化建设相对发达的地区，彩色路面得到了越来越多的关注和应用。彩色路面可以美化环境，给人以良好心理感受的作用；它在促进道路交通安全和美化街道空间环境领域发挥着重要的作用［3-4］。其作为一种城市道路景观铺装材料，在城市交通与环境协调发展的现代，具有良好的发展前景。

目前，彩色路面已经在美国、欧洲等发达国家得到了广泛的应用。在我国的上海、北京、天津、广州等城市也已开始推广使用。当前，我国比较常用的彩色路面技术有涂料类彩色路面、彩色沥青混凝土路面、彩色水泥混凝土路面及高分子类彩色防滑路面等［5-6］。其中，涂料类彩色路面、彩色沥青混凝土路面、彩色水泥混凝土路面因耐磨性不足，导致路面颜色衰减快，常用于人行道及非机动车道［7］。

本文通过对环氧树脂胶及耐磨骨料进行改进，开发出一种颜色持久、使用寿命长、抗滑性能好的彩色薄层环氧防滑路面。

2 试验部分

2.1 原材料

本文所用的环氧树脂胶粘剂为甲、乙双组分型胶粘剂，甲组分自主研发，主要由双酚A 型环氧树脂E-44、活性稀释剂、聚氨酯改性环氧树脂和促进剂组成。乙组分为固化剂组分，由腰果酚型固化剂和固化剂促进剂（DMP-30）组成；胶粘剂双组分比例为：m（甲组份）∶m（乙组份）=1.00∶0.75。对于颜料的选择需要保证颜色持久、艳丽、不褪色，通常有机颜料价格较高、在阳光直射状态下经常出现褪色情况，无机颜料相对成本低、不褪色，更适合室外使用。选择的无机金属颜料主要是一些氧化铁系，将颜料加入到胶液中，可以得到多种色彩的铺装材料。例如将氧化铁铁红加入胶液中可以得到铁红色的胶液；加入氧化铬可以得到墨绿色的胶液。所用的彩色陶瓷骨料单位粒径为1.18～4.75 mm，其级配为粒径1.18～2.36 mm，含量为35%，粒径2.36～4.75 mm，含量为65%，且要求骨料干净、干燥、表面粗糙、无杂色，具体技术指标如表1 所示。

2.2 性能测试方法

将改性环氧胶黏剂按各组分以m（A 组份）∶m（B组份）=1.00∶0.75的比例调配，搅拌均匀后备用。

⑴拉伸强度：按照ASTM D 638 拉伸强度测试标准，在电子万能试验机（GMT 4304）中进行，试验速率为50 mm/min。

⑵粘接强度：在室温（23±2℃）下养护1 d，粘接面尺寸为22.5 mm×22.2 mm。按照《建筑防水涂料试验方法：GB/T 16777-2008》，在电子万能试验机（GMT 4304）中测定粘接强度，试验速率为2.0 mm/min，匀速拉到试样断裂，记录破坏载荷及断面位置。

⑶与钢基面的粘接性能：用电子万能试验机进行测试，试验速率控制为2.0 mm/min。

⑷与潮湿混凝土试块粘接强度及水煮老化试验：所用水泥混凝土试块的制备按照《普通混凝土配合比设计规程：JGJ 55-2000》的规定制备养护，强度达到C50 水泥混凝土设计要求，并将胶结料和骨料摊铺在混凝土面层。将制好的粘接试样（与水泥混凝土基面的粘接试样）于40℃下固化1 d，再放入80℃热水中进行老化，到预定时间后取出粘上钢制接头后备用。

表1 彩色陶瓷骨料技术指标Tab.1 Technical of Indexes Colored Ceramic Aggregate

3 结果与讨论

3.1 颜料的添加量对力学性能的影响

在固化剂组分中加入颜料，添加量分别为1%、3%、5%、7%、9%及11%，确保搅拌混合均匀。制备成的胶条在23℃下养护1 d，测试拉伸强度、断裂伸长率及剪切强度等。由表2 所示，随着颜料添加量的逐渐增加，拉伸强度、断裂伸长率及剪切强度均出现先提升后下降的微弱变化。当添加的颜料小于5%时，随着颜料的增加，颜料相当于添加了无机填料，起到了增强作用。当添加量为5%时，拉伸强度达到18.87 MPa，断裂伸长率达到49.37%，剪切强度为14.65 MPa。当颜料含量超过5%后，随着颜料的添加，由于颜料粒径较小，约为30 μm，在搅拌及放置过程中容易结团存在，过量的加入会使得胶料搅拌不均匀，导致力学强度下降。同类型实验分别做了红色、黑色、绿色、黄色的测试。因此，考虑到综合性能选择添加固化剂质量的5%，作为路面胶粘剂颜料的添加量。

表2 颜料添加量对路面胶力学性能的影响Tab.2 Influence of Pigment Amount on Mechanical Properties of Pavement Adhesive

3.2 增韧剂的添加量对力学性能的影响

采用聚氨酯增韧剂改性环氧树脂，是由于聚氨酯的柔性链段连续贯穿于树脂，形成“互穿”“半互穿”的特殊结构，与环氧网络产生协同效应，从而使环氧树脂固化材料的力学性能得以提高［8］。由图1 可知，聚氨酯改性环氧树脂作为增韧剂，随着增韧剂添加量的增加，拉伸强度、断裂伸长率呈先上升后下降的趋势。由于聚氨酯改性的环氧树脂增韧剂参与到固化物反应的成形过程中，可以进一步形成复杂的三维网络结构，提高拉伸强度和断裂伸长率［9-10］。但是随着增韧剂的添加量由7%上升到11%，拉伸强度和断裂伸长率呈现下降趋势，这是由于过量的增韧剂不能与固化剂发生化学反应，在固化物中呈游离状态，导致拉伸强度及增韧下降。因此，为平衡拉伸强度和断裂伸长率，增韧剂的添加量选择为7%。

图1 增韧剂添加量对力学性能的影响Fig.1 Influence of Addition Amount of Toughenging Agent on Mechanical Properties

3.3 耐水煮老化性能的影响

由于改性环氧薄层用胶粘剂铺于路面后，受到自然光、湿热天气、紫外照射等的影响，随着使用时间延长力学性能下降。因此，胶结料粘接性能在环境因素尤其是雨水、高温等作用下的变化，直接关系到铺装层的路用性能及使用寿命，具有非常重要的现实意义。试样制备根据《建筑防水涂料试验方法：GB/T 16777-2008》，每3个砂浆块一组，将抗滑层胶料及骨料按照规定用量平铺在砂浆块上，颜料添加量控制为5%的固化剂，在23±2℃下养护1 d 后，用于正常养护测试，80°C 恒温水箱中水煮7 d、14 d 测试。

表3 为水煮老化时间对胶结料粘结强度的影响。由表3 可知，胶结料具有良好的耐水煮老化性能。正常养护，水煮7 d、水煮14 d 下，粘结强度分别为2.65 MPa，2.16 MPa，1.97 MPa；经80℃水煮7 d、14 d 后，粘结强度较老化前分别下降了18.5%、25.7%，但破坏形式仍为混凝土破坏，表明改性树脂胶粘剂的粘结强度仍高于混凝土本体强度，耐水煮老化性能较好。

表3 水煮老化时间对胶结料粘结强度的影响Tab.3 Effect of Aging Bonding Strength of Cement

4 路用性能研究

4.1 工程应用及效果

彩色防滑施工既可以满足抗滑需要，又可实现市政道路美观、整洁、大方，主要的施工步骤包括：基面处理、胶水混合、胶水撒铺、骨料撒布、养生、骨料回收。目前彩色抗滑层项目施工主要集中在园区景观道路、城市公交车道功能区域的划分、高速公路隧道口抗滑警示、人行天桥等路段。典型的施工效果图如图2所示，图2a、图2b 为广州城建职业学院园区道路的摊铺情况，图2c 为广东清连高速公路隧道口抗滑警示层，图2d 为广州海珠区公交车道功能区域划分的彩色功能层，图2e 为广东省建筑科学研究院院内道路美化升级，图2f 为广州福今路人行天桥抗滑铺装。

应用结果表明，通过彩色抗滑层的铺装园区道路更加美观、自然；对于公交车道功能区域划分，具有良好的警示作用，可提醒行人注意安全区域；隧道口彩色抗滑警示层可提高驾驶人员对路面的辨别能力，注意行车安全；人行天桥采用彩色环氧薄层既满足抗滑需求，又可满足城镇道路美观、整洁、大方的要求，成为城镇道路一条靓丽的风景线。

图2 彩色抗滑层施工典型案例Fig.2 Typical Construction Cases of Color Anti-skid Layer

4.2 抗滑系数和构造深度

表4 为水泥混凝土面层和彩色抗滑层摆式摩擦系数和构造深度随使用时间的变化，从表中可以看出，随着使用时间的增加，摆式摩擦系数和构造深度均呈逐渐降低的趋势。与水泥混凝土路面比较，加铺彩色环氧树脂抗滑层后的路面，摆值由76 增加到95以上，构造深度由0.36 mm 提升到1.20 mm，提高幅度分别为25%和253%。开放交通早期（0～4个月）随着时间的延长，彩色抗滑面层未粘接牢固的骨料逐渐被车轮带走，面层的抗滑性能明显下降，后期抗滑性能逐渐稳定。

表4 摆式摩擦系数和构造深度Tab.4 Pendulum Friction Coefficient and Structural Depth

5 结论

⑴通过室内试验研究表明，添加不同量的颜料随添加量的增加，力学性能呈先上升后下降的趋势，当颜料添加量为5%时，拉伸强度达到18.87 MPa，断裂伸长率达到49.37%，剪切强度为14.65 MPa，力学性能最优；聚氨酯改性环氧树脂作为增韧剂，随着增韧剂添加量的增加，拉伸强度、断裂伸长率呈先上升后下降的趋势，当增韧剂添加量为7%时，拉伸强度和断裂伸长率最优；经80℃水煮老化7 d、14 d 后，粘接强度破坏形式仍为混凝土破坏，表明改性树脂胶粘剂的粘结强度仍高于混凝土本体强度，耐水煮老化性能较好。

⑵通过工程应用案例及路用性能研究表明，彩色树脂抗滑层可应用于园区景观道路、城市公交车道功能区域的划分、高速公路隧道口抗滑警示、人行天桥等特殊路段，美观、整洁、大方，具有警示功能；随开放交通后跟踪测试表明，构造深度、摆值呈现先下降后稳定的趋势，相对水泥混凝土路面具有良好的抗滑性能。通车1年后，环氧薄层罩面的构造深度稳定在约1.09 mm、摆值87，说明其具有较好的抗滑性能。