探究環氧改性瀝青對瀝青混凝土路面性能的影響

胡加偉

福建省禹天建設有限公司

1 環氧改性瀝青

基質瀝青和環氧樹脂以及固化劑是環氧改性瀝青的三大主要組成成分，除此之外還有其他助劑。環氧改性瀝青的化學原理為環氧樹脂加上固化劑會發生反應生成三維網格結構，這種穩固的結構能夠使瀝青顆粒的流動受到限制，將瀝青的熱塑性編程熱固性。環氧改性瀝青是一種很適合鋼橋面路面的材料，因為其擁有極好的柔韌性、穩定性和抗裂性能，而且也抗腐蝕。但是三種原材料之間的相容性以及環氧體系影響環氧改性瀝青的性能和成本。本節研究固化劑、摻量和制作工藝來為解決上述問題提供科學依據。

1.1 基質瀝青

查閱資料可知環氧樹脂的溶解度為9.6～10.5，基質瀝青的溶解度一般為8.65。而兩者的相容性會影響改性瀝青的性能，如果兩種原材料的相容度之差在1.5以內的話，可以相容得比較好。所以環氧改性瀝青在選擇原材料時可以選擇瀝青質和樹脂含量高的石油瀝青作為基質瀝青（70#A）。

1.2 環氧樹脂

如前所述，環氧樹脂加上一定比例的固化劑會發生化學反應生成三維網格結構，增強混合料的整體性能。環氧樹脂材料可以使用產量比較大而且性能好的雙酚A型產品。比如可以選取E-51環氧樹脂，它的環氧值是0.51mol∕100g。

1.3 固化劑質量比

正交異性鋼橋面一般采用環氧改性瀝青進行鋪裝，這種地面對瀝青的強度要求很高。環氧樹脂和固化劑的固化產物決定瀝青的強度性能。其中影響工藝難度的是容留時間，混合料難以實現壓實的閾值是環氧瀝青黏度為1500MPa時，所以要求容留時間要在10，min以上。通過進行指標為拉拔強度和拉伸強度的對比實驗（固化劑和環氧樹脂質量比采用1:1，環氧體系摻量設為15%），在a-e五中酸酐類固化劑中選擇b類固化劑。對比實驗數據圖如圖1。然后在選定b類酸酐固化劑后，分別對環氧樹脂：固化劑的質量比為0.8、0.9、1.0、1.1、1.2五種環氧瀝青進行拉伸和拉拔強度的對比實驗，通過圖2可以看出，環氧樹脂：固化劑的質量比為1的時候最好。

圖1 a-e五中酸酐類固化劑強度對比

圖2 不同質量比強度對比

1.4 環氧體系摻量

通過對比我們得出了最佳的固化劑類型和環氧樹脂與固化劑的質量比。然后為了確定環氧體系的最佳摻量，同樣我們通過設計不同比例的摻量來和SBS改性瀝青進行拉伸強度赫爾拉拔強度的實驗對比，一共做了六組實驗，摻量比例分別是5%、10%、15%、20%、30%、50%。得到的強度對比數據見表1。

表1 環氧改性瀝青不同比例下和SBS改性瀝青強度對比表

通過表中數據可以發現，環氧體系的摻量增加，則拉伸強度和拉拔強度隨著增大，而斷裂伸長率隨著比例的增加而呈一個減小的趨勢。究其原因是因為固化物決定了瀝青的強度，固化物越多則改性瀝青的強度越強。斷裂伸長率其實就是瀝青的延展性能，它主要與基質瀝青有關，基質瀝青隨著摻量比例的提升而減少，所以斷裂伸長率會降低。

我們與SBS改性瀝青對比可見，環氧改性瀝青的環氧體系摻量即便只有百分之五的時候，其瀝青的強度性能也更好。所以相比較而言，環氧改性瀝青更適合做瀝青混凝土路面的混合料黏結料。

綜上所述，考慮到經濟效益和路用性能，我們擬使用10%摻量環氧體系做后續研究。

2 環氧改性瀝青的路用性能探究

2.1 高溫穩定性

為了分析環氧改性瀝青混合料用在瀝青混凝土路面上的高溫穩定性能，我們分析參考文獻中所做的一些車轍試驗數據，試驗嚴格按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）開展，對比材料為日本TAF環氧瀝青混合料，還有SBS改性瀝青混合料，三種材料做設定同等級配性能對比，試驗完成后的結果見表2。

表2 瀝青混合料車轍試驗

通過對比實驗我們可以得知，與SBS改性瀝青相比而言，環氧改性瀝青的混合料的高穩穩定性能更勝一籌。而且國標下的《道路與橋梁鋪裝用環氧瀝青材料通用技術條件》（GB∕T 30589—2014）材料穩定度要求環氧改性瀝青材料達標且遠超于要求的動穩定度，而SBS改性瀝青的動穩定度并沒有達到技術要求。環氧改性瀝青的組成成分的環氧樹脂和固化劑在高溫下會發生反應形成比較堅固的三維立體網狀結構，這種結構能夠使基質瀝青顆粒的自由移動受到限制，由于其含有熱固材料的原因，所以在高溫環境下環氧改性瀝青會變軟不過仍能保持固態，所以動穩定性能遠遠超過了SBS改性瀝青。SBS改性瀝青動穩定度較低是因為該種混合料在高溫環境下主要呈現高黏性，比較容易收到外力產生變形，像留下車轍印就屬于變形的一種。表中數據顯示兩種環氧瀝青的動穩定度即高溫穩定性能相當。

2.2 低溫抗裂性

為了分析環氧改性瀝青混合料用在瀝青混凝土路面上的低溫抗裂性能，我們分析小梁低溫彎曲試驗結果，試驗嚴格按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）開展，對比材料為日本TAF環氧瀝青混合料，還有SBS改性瀝青混合料，三種材料在同等低溫環境下做性能對比，試驗完成后的結果見表3。

表3 瀝青低溫抗裂性能試驗數據表

通過對比實驗我們可以得知，與SBS改性瀝青相比而言，環氧改性瀝青的混合料的低溫抗裂性更勝一籌，而且可以看出其具有更高的抗彎強度和勁度模量，這些技術指標可以反映出環氧瀝青的低溫柔性更高。在冬季的時候，一般地表溫度會低于空氣溫度，所以對比幾種材料在-15℃的最大彎拉應變，可以發現環氧瀝青混合料的值更大，也就是說其擁有較好的柔性，在冬季低溫環境下的抗裂性能更好，使得瀝青混凝土路面的抗裂性能更好，有利于提高路面的使用質量和壽命。

2.3 水穩定性

為了分析環氧改性瀝青混合料用在瀝青混凝土路面上的水穩定性能，我們分析瀝青混合料的動容劈裂試驗結果，開展的實驗對比了材料為日本TAF環氧瀝青混合料，還有SBS改性瀝青混合料，三種材料在凍融劈裂實驗條件下的劈裂強度、凍融劈裂強度和劈裂強度比（TSR）性能對比結果見表4。

表4 瀝青混合料動容劈裂實驗結果

通過上述實驗數據可以得出，與SBS改性瀝青相比較，環氧改性瀝青的凍融劈裂強度比更高，性能更好，更適合用于瀝青混凝土路面實現路用。兩種環氧瀝青的混合料的劈裂強度和凍融劈裂強度不相上下，但是相比較SBS改性瀝青，環氧瀝青的兩種指標強度分別為SBS改性瀝青的3.32倍和3.75倍。這些數據足可以說明在應用到瀝青混凝土路面上的環氧改性瀝青混合料擁有更好地水穩定性和物理學性能。

3 結束語

綜上所述，我們為了研究環氧改性瀝青對瀝青混凝土路面性能的影響，分析了環氧改性瀝青的原材料的組成性能和作用，進行通過對比實驗研究了環氧改性瀝青混凝土混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性和降溫性能。結果表明環氧改性瀝青對適合做嚴格的特殊路段的路面鋪料。