美國環(huán)氧瀝青與日本環(huán)氧瀝青性能對比研究

胡 青,陳立偉

(1.陜西省建筑職工大學(xué);2.長安大學(xué))

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

1.1 美國環(huán)氧瀝青結(jié)合料組成

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

1.2 美國環(huán)氧瀝青結(jié)合料固化后技術(shù)指標(biāo)

美國環(huán)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(shí)保持在 87℃ ±5℃,B組分混合時(shí)保持在 128℃±5℃。A組分和B組分混合后即開始發(fā)生化合反應(yīng),主要表現(xiàn)為混合物的粘度隨時(shí)間逐漸增大?；旌衔镌?120℃下固化 4h得到的環(huán)氧瀝青 23℃的抗拉強(qiáng)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(shí)間(121℃)≥50min。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求。

1.3 美國環(huán)氧瀝青粘溫特性研究

試驗(yàn)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(huán)氧瀝青的粘度隨著時(shí)間變化的規(guī)律。

美國環(huán)氧瀝青的粘度—溫度曲線測定結(jié)果見圖 1。

圖 1 美國環(huán)氧瀝青結(jié)合料粘溫變化曲線

由圖 1可知:(1)美國環(huán)氧瀝青受時(shí)間和溫度兩者的影響均較大,隨著時(shí)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(huán)氧瀝青粘度達(dá)到 1Pa·s后,粘度開始急劇增長。(3)在 110～130℃下,美國環(huán)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(huán)氧瀝青結(jié)合料高溫性能研究

試驗(yàn)時(shí)采用 A、B組分按照規(guī)定的 100∶585混合后,澆入軟化點(diǎn)試模,然后放置于 120℃環(huán)境下保溫 4h,再按環(huán)球法進(jìn)行試驗(yàn),測得該種環(huán)氧瀝青軟化點(diǎn)在 150℃以上。

1.5 美國環(huán)氧瀝青結(jié)合料低溫性能研究

采用SHRP指標(biāo)中的BBR小梁試驗(yàn)研究了環(huán)氧瀝青在-12℃和-18℃條件下的低溫抗裂性能。試驗(yàn)時(shí),按照SHRP規(guī)范中采用的測定小梁彎曲試驗(yàn)方法,將 A、B組分按照規(guī)定的比例混合后,充分?jǐn)嚢?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(jìn)行試驗(yàn)。

美國環(huán)氧瀝青結(jié)合料低溫性能結(jié)果見表 1所示。

表 1 BBR小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由表 1可得出如下結(jié)論:SHRP研究認(rèn)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(huán)氧瀝青在 -12℃和 -18℃條件下勁度模量均超過了 300MPa,該試驗(yàn)方法是否適用于環(huán)氧瀝青現(xiàn)存疑。但從現(xiàn)場試驗(yàn)效果看,美國環(huán)氧瀝青在低溫下柔韌性較好。

2 日本大有建設(shè)株式會(huì)社所生產(chǎn)的TAF環(huán)氧瀝青(以下簡稱:日本環(huán)氧瀝青)

2.1 日本環(huán)氧瀝青結(jié)合料組成

日本環(huán)氧瀝青結(jié)合料是一種三組分材料,由基質(zhì)瀝青、環(huán)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(huán)氧樹脂和瀝青混合時(shí)使用的基質(zhì)瀝青各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果針入度(25℃、100g、5s)為 69.5(0.1mm),針入度指數(shù) PI為 -1.15,軟化點(diǎn) 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(diǎn)為 332℃,溶解度為 99.8%,質(zhì)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(shù)指標(biāo):粘度 (25℃)為 12500,比重(25℃)為 1.16,固化劑的技術(shù)指標(biāo):粘度 (25℃)為 43,比重(25℃)為 0.831。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求。

2.2 日本環(huán)氧瀝青結(jié)合料固化后技術(shù)指標(biāo)

日本環(huán)氧瀝青與美國環(huán)氧瀝青施工工藝的差別較大,日本環(huán)氧瀝青的生產(chǎn)過程是試驗(yàn)時(shí)將基質(zhì)瀝青加熱到 150℃,環(huán)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(yǎng)生 4d,常溫下放置 1d進(jìn)行試驗(yàn)。其養(yǎng)生后的技術(shù)指標(biāo)見:重量比(基質(zhì)瀝青 /環(huán)氧樹脂)為 60/40,針入度為 10(0.1mm),軟化點(diǎn)(60℃的烘箱里養(yǎng)生 4d)為150以上,拉伸強(qiáng)度(60℃的烘箱里養(yǎng)生4d)為 4.5MPa,破壞延伸率(60℃的烘箱里養(yǎng)生 4d)(23℃)為130%,以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求。

2.3 日本環(huán)氧瀝青結(jié)合料粘溫特性研究

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

圖 2 日本環(huán)氧瀝青結(jié)合料粘溫變化曲線

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

2.4 日本環(huán)氧瀝青結(jié)合料高溫性能研究

試驗(yàn)采用我國規(guī)范中的環(huán)球法來測定日本環(huán)氧瀝青的軟化點(diǎn)。試驗(yàn)時(shí)將基質(zhì)瀝青加熱 150℃、環(huán)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(yǎng)生 4d、在常溫下放置1d后進(jìn)行試驗(yàn),通過環(huán)球法測定得出其軟化點(diǎn)在 150℃以上。

2.5 日本環(huán)氧瀝青結(jié)合料低溫性能研究

研究采用SHRP指標(biāo)中的BBR小梁試驗(yàn)研究了環(huán)氧瀝青在-12℃和-18℃條件下的低溫抗裂性能,試驗(yàn)時(shí)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(zhì)瀝青按照 40∶60的比例混合制成日本環(huán)氧瀝青結(jié)合料,將制備好的環(huán)氧瀝青結(jié)合料澆入到BBR試驗(yàn)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(jìn)行試驗(yàn)。

其低溫性能結(jié)果見表 2所示。

3 結(jié) 語

通過室內(nèi)各項(xiàng)試驗(yàn),包括粘度曲線的測定、BBR小梁彎曲試驗(yàn)、常規(guī)的軟化點(diǎn)試驗(yàn)等,從高、低溫等各方面進(jìn)行了比較,結(jié)果如表 2。

表 2 BBR小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

(1)對于美國環(huán)氧瀝青,時(shí)間和溫度對其影響程度均很大,溫度高時(shí)間長則不利于施工碾壓;但是對于日本環(huán)氧瀝青而言,時(shí)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(diǎn)均在150℃以上,證明其均有良好的高溫穩(wěn)定性。

(3)比較表 1和表 2發(fā)現(xiàn)美國環(huán)氧瀝青在不同低溫下的蠕變速率均小于日本環(huán)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(yàn)現(xiàn)象能觀察到,美國環(huán)氧瀝青在低溫環(huán)境下較日本環(huán)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(shù)及設(shè)計(jì)[D].長安大學(xué),2009.

[2]李家慶.環(huán)氧樹脂混凝土在鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用研究[D].長沙理工大學(xué),2008.