美國環氧瀝青與日本環氧瀝青性能對比研究

胡 青,陳立偉

(1.陜西省建筑職工大學;2.長安大學)

1 美國ChemCoSystem公司所生產的環氧瀝青(以下簡稱:美國環氧瀝青)

1.1 美國環氧瀝青結合料組成

美國環氧瀝青結合料由組分A(環氧樹脂)與組分B(一種由石油瀝青和固化劑組成的勻質合成物)組成。

1.2 美國環氧瀝青結合料固化后技術指標

美國環氧瀝青由組分 A和 B按一定比例(100∶585)混合,其中A組分混合時保持在 87℃ ±5℃,B組分混合時保持在 128℃±5℃。A組分和B組分混合后即開始發生化合反應,主要表現為混合物的粘度隨時間逐漸增大。混合物在 120℃下固化 4h得到的環氧瀝青 23℃的抗拉強度≥1.52MPa,斷裂延伸率≥200%,熱固性(300℃)不熔化,膨脹比≤3.5,浸耗率≤35%,吸水率(7d,23℃)≤0.3%,在荷載作用下的熱撓曲溫度在 -18～-25℃之間,粘度增加至1000cp的時間(121℃)≥50min。以上實驗結果均滿足規范技術指標要求。

1.3 美國環氧瀝青粘溫特性研究

試驗采用布氏粘度儀測試不同溫度下 A、B組分混合后所形成的環氧瀝青的粘度隨著時間變化的規律。

美國環氧瀝青的粘度—溫度曲線測定結果見圖 1。

圖 1 美國環氧瀝青結合料粘溫變化曲線

由圖 1可知:(1)美國環氧瀝青受時間和溫度兩者的影響均較大,隨著時間的延長和溫度的升高粘度增長的速度越來越快。(2)美國環氧瀝青粘度達到 1Pa·s后,粘度開始急劇增長。(3)在 110～130℃下,美國環氧瀝青粘度在前30min增長的是比較緩慢的,而且粘度也比較小,隨后開始慢慢增長。

1.4 美國環氧瀝青結合料高溫性能研究

試驗時采用 A、B組分按照規定的 100∶585混合后,澆入軟化點試模,然后放置于 120℃環境下保溫 4h,再按環球法進行試驗,測得該種環氧瀝青軟化點在 150℃以上。

1.5 美國環氧瀝青結合料低溫性能研究

采用SHRP指標中的BBR小梁試驗研究了環氧瀝青在-12℃和-18℃條件下的低溫抗裂性能。試驗時,按照SHRP規范中采用的測定小梁彎曲試驗方法,將 A、B組分按照規定的比例混合后,充分攪拌,將混合物澆入 BBR小梁試模中,再將試模放在120℃烘箱中保溫 4h,拿出試模冷卻后鏟模,脫模,再進行試驗。

美國環氧瀝青結合料低溫性能結果見表 1所示。

表 1 BBR小梁彎曲試驗結果

由表 1可得出如下結論:SHRP研究認為,若瀝青材料的勁度太大,路面容易開裂破壞。一般要求瀝青材料勁度模量小于 300MPa,但美國環氧瀝青在 -12℃和 -18℃條件下勁度模量均超過了 300MPa,該試驗方法是否適用于環氧瀝青現存疑。但從現場試驗效果看,美國環氧瀝青在低溫下柔韌性較好。

2 日本大有建設株式會社所生產的TAF環氧瀝青(以下簡稱:日本環氧瀝青)

2.1 日本環氧瀝青結合料組成

日本環氧瀝青結合料是一種三組分材料,由基質瀝青、環氧樹脂(主劑)和固化劑(硬化劑)組成。主劑和固化劑按照 61∶39混合后所形成的混合物,再與瀝青按照 40∶60的比例混合,在一定的溫度條件下固化成型。

環氧樹脂和瀝青混合時使用的基質瀝青各項技術指標的實驗結果針入度(25℃、100g、5s)為 69.5(0.1mm),針入度指數 PI為 -1.15,軟化點 TR＆B為 48℃,延度(10℃、5cm/min)為 45cm,延度(15℃、5cm/min)＞150cm,蠟含量(蒸餾法)為1.64%,閃點為 332℃,溶解度為 99.8%,質量變化為 0.08%,殘留針入度比(25℃)為 73.8%,殘留延度(10℃)為 20cm。主劑的技術指標:粘度 (25℃)為 12500,比重(25℃)為 1.16,固化劑的技術指標:粘度 (25℃)為 43,比重(25℃)為 0.831。以上實驗結果均滿足規范技術指標要求。

2.2 日本環氧瀝青結合料固化后技術指標

日本環氧瀝青與美國環氧瀝青施工工藝的差別較大,日本環氧瀝青的生產過程是試驗時將基質瀝青加熱到 150℃,環氧樹脂加熱到 60℃,兩者攪拌 4min后制成試件。150℃烘箱里放置 3h,在 60℃烘箱里養生 4d,常溫下放置 1d進行試驗。其養生后的技術指標見:重量比(基質瀝青 /環氧樹脂)為 60/40,針入度為 10(0.1mm),軟化點(60℃的烘箱里養生 4d)為150以上,拉伸強度(60℃的烘箱里養生4d)為 4.5MPa,破壞延伸率(60℃的烘箱里養生 4d)(23℃)為130%,以上實驗結果滿足規范技術指標要求。

2.3 日本環氧瀝青結合料粘溫特性研究

試驗采用布氏粘度儀測定日本環氧瀝青結合料在不同的溫度下隨著時間的變化其粘度的變化程度。測試了該種環氧瀝青在 140～180℃條件下的粘度曲線,如圖 2所示。

圖 2 日本環氧瀝青結合料粘溫變化曲線

由圖2可知:(1)日本環氧瀝青粘度隨著時間的變化增長緩慢。(2)日本環氧瀝青其粘度值隨著溫度的降低逐漸增大,并且隨著時間的增長其粘度值變化不大,說明日本環氧瀝青對于溫度變化的敏感程度要大于時間變化的敏感程度。

2.4 日本環氧瀝青結合料高溫性能研究

試驗采用我國規范中的環球法來測定日本環氧瀝青的軟化點。試驗時將基質瀝青加熱 150℃、環氧樹脂加熱60℃、兩者放入攪拌器里攪拌 4min后制成試件,然后在150℃烘箱里放置 3h、在 60℃烘箱里養生 4d、在常溫下放置1d后進行試驗,通過環球法測定得出其軟化點在 150℃以上。

2.5 日本環氧瀝青結合料低溫性能研究

研究采用SHRP指標中的BBR小梁試驗研究了環氧瀝青在-12℃和-18℃條件下的低溫抗裂性能,試驗時先將主劑和固化劑加熱到 60℃然后按照要求的比例混合,用玻璃棒攪拌 4min,再將混合物與基質瀝青按照 40∶60的比例混合制成日本環氧瀝青結合料,將制備好的環氧瀝青結合料澆入到BBR試驗所用的試模中,然后在 150℃烘箱中放置3h,再在 60℃烘箱中放置 4d,使小梁能充分固化后脫模進行試驗。

其低溫性能結果見表 2所示。

3 結 語

通過室內各項試驗,包括粘度曲線的測定、BBR小梁彎曲試驗、常規的軟化點試驗等,從高、低溫等各方面進行了比較,結果如表 2。

表 2 BBR小梁彎曲試驗結果

(1)對于美國環氧瀝青,時間和溫度對其影響程度均很大,溫度高時間長則不利于施工碾壓;但是對于日本環氧瀝青而言,時間對其影響比較小,溫度對其攤鋪和碾壓有比較大的影響,故施工中盡量選擇高溫拌和。

(2)由于兩種材料均為熱固性材料,其軟化點均在150℃以上,證明其均有良好的高溫穩定性。

(3)比較表 1和表 2發現美國環氧瀝青在不同低溫下的蠕變速率均小于日本環氧瀝青,從蠕變速率的角度分析,蠕變速率值越小,其低溫抗裂性能較好。且從試驗現象能觀察到,美國環氧瀝青在低溫環境下較日本環氧瀝青具有更好的柔韌性。

[1]郝培文.廣州珠江黃埔大橋鋼箱梁橋面鋪裝層技術及設計[D].長安大學,2009.

[2]李家慶.環氧樹脂混凝土在鋼橋面鋪裝中的應用研究[D].長沙理工大學,2008.