復(fù)摻纖維環(huán)氧瀝青混凝土的路用性能研究

張維洲

（太原市辰宇市政工程有限公司，山西太原 030000）

0 引言

我國道路主要以瀝青路面為主。自通車開始，瀝青路面常會出現(xiàn)各種不同程度的早期破壞現(xiàn)象，如開裂、泛油、剝落、車轍等，這些損壞降低了瀝青的承載能力，縮短了瀝青道路的壽命。公路是最常見和最嚴重的破壞性形式之一。解決汽車問題的傳統(tǒng)方法主要是給瀝青混合料添加解毒劑。但是，這些方法忽略了瀝青道路不能通行的直接原因：道路的表面溫度和過高的表面溫度增強了城市熱島效應(yīng)。本文在此基礎(chǔ)上，研究了瀝青還原纖維素的使用性能，以供參考。

1 環(huán)氧瀝青混凝土的特性

（1）粘度較好。好氧瀝青a 組和b 組混合后，隨著時間的推移，會產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，增加粘度，隨溫度升高而增加粘度。

（2）銨保護在固定后形成固體熱材料。該工藝不可逆，即使在高溫下也能保證瀝青的動力學(xué)性能。

（3）瀝青具有特殊的分子結(jié)構(gòu)，在-10°C 時也能提供良好的彈性，伸長率為120%。

（4）實例化時間較長。瀝青工藝與溫度關(guān)系更密切，隨著溫度下降需要更多的時間。

2 試驗材料及方法選擇

2.1 環(huán)氧瀝青及礦料

采用某公司生產(chǎn)的國產(chǎn)環(huán)氧瀝青，環(huán)氧瀝青包含環(huán)氧樹脂A組分、石油瀝青組分B 及固化劑生成的均勻的勻質(zhì)合成物，礦料要求干燥、不含風(fēng)化顆粒，本研究中的礦料選擇玄武巖，并且根據(jù)相關(guān)的技術(shù)要求進行檢驗，各項指標全部符合要求。

2.2 配合比

環(huán)氧瀝青固化反應(yīng)后為熱固性材料，不會隨使用溫度的升高析出輕油組分，空隙率可小于3%甚至更低，且環(huán)氧瀝青混合料強度形成主要依賴環(huán)氧瀝青的固化，對集料間的內(nèi)摩擦力依賴較小，故在配合比設(shè)計時，在保障構(gòu)造深度的前提下，選擇空隙率低的偏細級配。最終確定的礦料配合比為1#:2#:3#:4#: 礦粉=35:32:7:22.5:3.5，確定最佳油石比為5.3%。

2.3 纖維

纖維具有橋梁和肋，也適應(yīng)再生瀝青的變形特性。聚酯纖維通常應(yīng)用于混凝土表面瓷磚，以提高再生材料的柔軟度，本研究中選用的纖維為聚酯纖維和聚丙烯纖維。

3 試驗方法

3.1 低溫抗裂性試驗方法

低熱阻對再生瀝青的使用壽命有一定影響，因此通過冬季曲率試驗分析了試驗的強度。尺寸250mm×30mm×35mm×35mm 的小型梁試驗件從起落架處切割，采用jtg20-2011 規(guī)定的熱液和瀝青混合料試驗手冊，在-10℃的熱液箱中使用預(yù)壓件最少4h，單負荷加載50mm·min-1，記錄破壞載荷和干擾

3.2 長期性能仿真測試

本文為了研究隧道瀝青路面層的耐久性，對南非研制的MMLS3 加速器裝置進行了試驗。輪胎承載壓力為0.7MPa，翼展頻率為26.67Hz。內(nèi)部配備旋轉(zhuǎn)壓力傳感器，形狀直徑150mm，高度100mm，然后對稱切割兩條弧，形成并固定10.5mm 寬的附件。嘗試捕獲中間橫斷面、200 個采樣點的數(shù)量、在5000 次加載過程中首次測量橫斷面數(shù)據(jù)、隨后捕獲37750000、100000，以及加速典型曲線以加載測量數(shù)據(jù)。

3.3 環(huán)氧瀝青混合料疲勞性能研究

瀝青的耗竭是最常見的疾病，因此需要混合料具有良好的抗御能力。采用Nu-14 多功能材料試驗裝置間接進行疲勞試驗，以評估鹽酸的疲勞性能。輪廓直徑為150mm，高40mm。在10Hz 時嘗試15°C 的溫度。負載平面為0.2、0.4、0.6 做為負載平面。

3.4 環(huán)氧瀝青混合料抗裂性能研究

瀝青半圓折彎壓機（SCB）用于評估混合材料的強度。經(jīng)驗溫度為-10°C、10°C、20°C，加載速率為 0.5mm/min。實驗完成后，計算試驗的抗拉強度。

4 復(fù)摻纖維環(huán)氧瀝青混凝土路用性能試驗結(jié)果

4.1 低溫抗裂性

復(fù)摻纖維環(huán)氧瀝青混凝土低溫抗裂性能試驗得出當聚酯纖維和聚丙烯纖維兩種纖維的復(fù)摻量為1%時，纖維復(fù)摻環(huán)氧瀝青混凝土B 抗彎拉強度比未摻纖維環(huán)氧瀝青混凝土A 增大了8.5%、最大彎拉應(yīng)變增大了7.0%；纖維復(fù)摻量為3%時，纖維復(fù)摻環(huán)氧瀝青混凝土D 的抗彎拉強度最大、彎拉應(yīng)變最大，由此可知，聚酯纖維和聚丙烯纖維對環(huán)氧瀝青混合料的低溫抗裂性具有改善作用，改善最佳的纖維復(fù)摻比為3%，這主要是因為當纖維的摻量不大時，聚酯纖維在環(huán)氧瀝青混合料中呈現(xiàn)均勻分散的狀態(tài)，通過纖維的縱橫交錯作用提高了環(huán)氧瀝青混合料的整體強度，而隨著纖維摻量的不斷提高，混凝土的低溫抗裂性能進一步提高，彎曲勁度模量也不斷下降。因此當含量為3%時對于環(huán)氧瀝青混凝土的改性作用最佳；當纖維含量超過3%時，部分纖維在環(huán)氧瀝青混凝土中存在結(jié)團現(xiàn)象，不能均勻分散，纖維結(jié)團導(dǎo)致薄弱界面，界面易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象從而降低環(huán)氧瀝青混凝土的強度。

4.2 現(xiàn)場均勻性試驗

為評價橫、縱斷面不同位置現(xiàn)場環(huán)氧瀝青混合料的均勻性，對后摻環(huán)氧瀝青A 組分并攪拌均勻后的混合料，在現(xiàn)場取樣并用馬歇爾擊實儀成型后，置于120℃烘箱快速固化。然后在60℃恒溫水箱放置時間不少于30min 后，按馬歇爾試驗方法，用可控制加載速率的萬能試驗機按50mm/min±5mm/min 的加載速率進行試驗，并記錄穩(wěn)定度及流值。

4.3 高溫穩(wěn)定性

為保證研發(fā)的低溫型冷補料具有較好的耐久性，要求冷補料在經(jīng)歷長時間的稀釋劑揮發(fā)及水性環(huán)氧組分固化作用后，仍然具備足夠的高溫穩(wěn)定性對4 種冷補料進行車轍試驗。

4.4 低溫抗裂性能

由圖1 可知，抗彎拉強度由大到小排序為SBR 型、水性環(huán)氧-SBR 型、PT 型和水性環(huán)氧型，勁度模量由大到小排序為水性環(huán)氧型、PT 型、水性環(huán)氧SBR 型和SBR 型。.這說明 SBR 型冷補料的低溫抗裂性能最好，其抗彎拉強度分別是水性環(huán)氧-SBR型、水性環(huán)氧型和PT 型冷補料的1.15、1.61 和1.45 倍，且水性環(huán)氧-SBR 型冷補料抗彎拉強度達到PT 型冷補料的1.26 倍。分析原因為SBR 膠乳中的活化能和頻率因子能阻擋和減緩瀝青裂解，從而明顯改善瀝青韌性和延度，降低瀝青低溫條件下的脆性，進而對冷補料低溫抗裂性能有一定增強作用。水性環(huán)氧-SBR型冷補料兼具水性環(huán)氧型冷補料高強度、高黏聚性的優(yōu)點和SBR 型冷補料優(yōu)異的低溫抗裂性能，整體路用性能較好。

圖1 低溫小梁試驗結(jié)果

5 解決問題的思路和方法

新型環(huán)氧瀝青材料在鋼橋面鋪裝的應(yīng)用實踐顛覆了許多傳統(tǒng)瀝青混凝土的觀念，瀝青再生的研究人員從中獲得啟發(fā)。瀝青混合料的路用性能十分優(yōu)秀，傳統(tǒng)的瀝青混凝土無法與之相比。特別是環(huán)氧瀝青交聯(lián)固化后不可逆轉(zhuǎn)的固體形態(tài)，徹底解決了瀝青混合料的高溫飽和蠕變問題，顛覆了瀝青混凝土必須要保持一定空隙的傳統(tǒng)觀念。同時，因為環(huán)氧樹脂和固化劑材料被引進了石油瀝青體系，改變了瀝青的黏度與溫度的對應(yīng)關(guān)系，在120℃左右的溫度條件下，環(huán)氧瀝青的黏度通常只有0.3～0.5Pa·s，其混合料具有良好的施工蠕動性，不再需要160～180℃的施工溫度。環(huán)氧瀝青的這些特性與舊料再生的關(guān)鍵需求高度契合，利用環(huán)氧瀝青作為舊料再生的膠結(jié)料，有望使再生瀝青路面獲得重大技術(shù)突破。

6 結(jié)束語

二氧化碳含量普遍具有諸多優(yōu)勢，耐高溫性強，對車輛具有明顯的抗御能力，因而在公路建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。當二氧化碳瀝青應(yīng)用于建筑工程時，施工單位必須在施工現(xiàn)場施工，并相應(yīng)地組織施工，以制定應(yīng)急預(yù)案。此外，在施工過程中需要改進道路上錫塊的力學(xué)，以便在施工基礎(chǔ)上控制混凝土地面、過電壓和維修等領(lǐng)域的工作。