環氧樹脂瀝青混凝土增柔增韌技術研究

張宏宇，毛艷蕾

(1.山西省交通建設工程質量檢測中心(有限公司) 太原市 030032； 2.人民解放軍91206部隊 青島市 266108)

1 改性環氧瀝青評價方法

1.1 柔性評價方法及指標

柔性可用于評價材料在外力作用下的變形能力，尤其是感溫材料在低溫條件下的變形能力[5]。所以選擇低溫彎曲試驗來評價改性環氧瀝青混合料的變形能力。試件采用標準小梁試件，尺寸為250mm×40mm×40mm，試驗溫度-10℃±0.5℃，加載速率50mm/min,試驗設備MTS810,試驗結束條件為加載直至破壞。

1.2 韌性評價方法及指標

韌性可用于評價材料在多次外力循環作用下反復變形而不發生斷裂的評價指標[6]。采用疲勞試驗中疲勞次數Fn來評價改性環氧樹脂瀝青的韌性性能。試件采用小梁試件，尺寸為250mm×40mm×40mm,試驗設備MTS810,試驗控制模式采用應力控制模式，荷載等級為最大破壞荷載的0.2、0.3、0.4、0.5。

2 原材料

試驗采用江陰順盛復合材料有限公司的E-44環氧樹脂，采用寧波經濟技術開發區綠色新材料有限公司的聚酯纖維。橡膠粉采用天津市異彩橡膠粉粒加工廠生產的膠粉，依據膠粉改性瀝青合理膠粉目數的研究，膠粉選用40目的橡膠粉[7]。瀝青采用90號SK普通瀝青，集料采用石灰巖碎石，礦粉采用石灰巖磨細礦粉。油石比為6.1%，環氧樹脂瀝青的摻配比例為環氧樹脂50%，瀝青50%。合成級配見表1。

3 橡膠粉對環氧瀝青的柔性改性效果

橡膠粉對溫度的敏感性相對瀝青小很多，且在不同溫度下具有很好的性能穩定性。運用復合材料理論，在環氧瀝青脆性的基礎上，添加橡膠粉增加其柔性，采用低溫彎曲試驗，評價橡膠粉對環氧瀝青柔性的改善效果。

表1 合成級配表

在環氧瀝青混合料中干法加入橡膠粉，其摻量為1.5%～2.4%，以0.3%為間隔，通過馬歇爾試驗確定最佳油石比。試驗結果見表2。

表2 橡膠改性環氧樹脂瀝青混合料馬歇爾設計結果

對不同摻量的橡膠改性環氧樹脂瀝青混合料試件分別進行低溫彎曲試驗，試驗結果見圖3、圖4、圖5。

從圖1、圖2、圖3可知：

(1)橡膠粉摻量約在2%之前，隨橡膠粉的繼續增加，橡膠改性環氧樹脂瀝青混合料試件的破壞應變逐漸增大，當橡膠粉摻量超過2.1%時，試件破壞應變急劇下降，表明當橡膠粉摻量為2.1%時，橡膠粉對環氧瀝青混合料的改性效果達到最優。當橡膠粉較少時，橡膠粉的柔性無法表現出來，當摻量過多時，環氧瀝青中的油分已被過多的橡膠顆粒吸收，無法與集料之間形成良好的粘結，最終表現為抵抗破壞應變能力變得更差。

(2)環氧樹脂彎拉強度隨橡膠粉的加入，在1.5%摻量之前，強度基本未發生大幅度的變化，當超過1.5%的摻量時，強度逐漸增加，摻量到2.1%時，強度達到最大，隨后強度逐漸下降，下降后的強度比未添加還要低，表明摻量為2.1%時，改性環氧瀝青混合料大變形的情況下，強度仍非常高，對試件拉裂型破壞起到積極的作用。

3)0.6mm滲層刀片不論是在滲層厚度、組織硬度，還是在組織硬度梯度等方面，都介于其他兩種滲層刀片之間。雖然在部分位置上出現一定程度的崩刃現象，但磨損量比0.3mm滲層刀片要小，大部分情況下與0.9mm滲層刀片的磨損量相差不大，甚至磨損量比0.9mm滲層刀片要小，崩刃現象也比0.9mm滲層刀片出現的少。因此，0.6mm滲層刀片在磨損量上總體效果最好。

(3)隨橡膠粉摻量的增加，改性環氧樹脂瀝青混合料試件的勁度模量逐漸降低，當摻量到2.1%時，勁度模量變化曲線出現拐點，表明摻量2.1%以后，勁度模量下降將會非常快。

當橡膠粉摻量為2.1%時，從試驗過程中也可以明確看出，試件的斷裂呈現逐漸彎曲到斷裂的形態，而不是瞬間的脆性斷裂，橡膠粉的加入可使環氧瀝青與橡膠顆粒呈現為三相均勻共混體，當受力時，橡膠顆粒逐漸吸收能量發生變形，而橡膠顆粒與環氧瀝青的變形能力不同，環氧瀝青與橡膠瀝青粘接邊緣逐漸出現裂縫，再隨受力的繼續增大，橡膠顆粒與環氧瀝青之間逐漸脫開形成空穴，阻止了裂縫的繼續擴展。所以，橡膠粉的加入，對環氧瀝青起到增柔阻裂的作用。

4 橡膠粉對環氧瀝青的韌性改性效果

為研究不同摻量的橡膠粉對環氧瀝青韌性的影響，對不同摻量的橡膠改性環氧樹脂瀝青混合料試件進行疲勞試驗，控制模式為應力控制模式。試驗結果見表3。

表3 不同橡膠粉摻量時的疲勞試驗結果

從表3、圖4可知：

(1)在相同應力水平時，隨橡膠粉摻量的增加疲勞次數Fn相對增加，但增幅不大。

(2)當橡膠粉摻量增加到2.1%時，疲勞次數達到最大值，再增加橡膠粉摻量，疲勞次數出現顯著降低。

(3)從圖4中可知，摻量為2.1%的橡膠粉改性環氧樹脂混合料試件相對其他摻量橡膠粉改性環氧樹脂混合料試件的疲勞次數最高，說明合理劑量的橡膠粉對環氧樹脂改性瀝青混合料的韌性有所改善。

總之，摻加橡膠粉可以改善環氧樹脂瀝青混合料的韌性，提高了廢舊輪胎的使用率，但改善效果有限，橡膠顆粒在環氧樹脂瀝青混合料中不能形成三維網狀加筋的分布狀態，而只是以單點的形式存在，所以增韌效果提高幅度較小。

5 結論

(1)橡膠粉摻量約在2%之前，隨橡膠粉摻量的繼續增加，橡膠改性環氧樹脂瀝青混合料試件的破壞應變、彎拉強度逐漸增大，當橡膠粉摻量超過2.1%時，試件破壞應變、彎拉強度急劇下降，且在摻量為2.1%時，勁度模量變化曲線出現拐點。橡膠粉摻量為2.1%時，橡膠粉對環氧樹脂瀝青混合料的柔性改性效果達到最優。

(2)橡膠粉摻量增加到2.1%時，環氧樹脂瀝青混合料試件疲勞次數達到最大值，再增加橡膠粉摻量，疲勞次數出現顯著降低。說明橡膠粉對環氧樹脂改性瀝青混合料的韌性有所改善。如進一步提升混凝土的韌性，需進一步研究添加纖維等方面的增韌技術。