環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油性能室內(nèi)試驗(yàn)研究

萬曉敏

(上海成基市政建設(shè)發(fā)展有限公司， 上海 200336)

近年來，隨著我國(guó)運(yùn)營(yíng)道路規(guī)模的不斷攀升，道路交通量的不斷增大，運(yùn)營(yíng)2年以上的路面均出現(xiàn)了不同程度的破壞，尤其是一些瀝青路面因車輛輪胎的磨耗及瀝青材料的老化等原因，出現(xiàn)了如坑槽、剝落、開裂等病害，這既影響道路的正常使用，又增大了路面的運(yùn)營(yíng)維修成本[1-2]。因此，為解決這種病況，加鋪超薄瀝青功能磨耗層成為了目前路面養(yǎng)護(hù)的方案之一，而粘層油則是新老路面穩(wěn)固粘結(jié)的核心問題。超薄瀝青磨耗層更需要粘結(jié)性能、耐久性能等強(qiáng)勁的粘層油，才能高效、充分發(fā)揮其作用，改善原有路面面層的功能及行駛質(zhì)量[3-5]。

目前，粘層油一般采用乳化瀝青或改性乳化瀝青等材料，但使用效果僅勉強(qiáng)符合標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在高溫條件下，其性能往往較差[6-10]。而環(huán)氧樹脂乳化瀝青在鋼橋面鋪裝中已被廣泛使用，該種材料不僅韌性好、強(qiáng)度高、粘結(jié)性強(qiáng)，還具有耐高溫性能。在理論上，存在替換普通乳化瀝青，作為新型粘層油用于路面養(yǎng)護(hù)工程的可能性[11-12]。

因此，本文主要通過對(duì)比在瀝青板間灑布環(huán)氧樹脂乳化瀝青和普通乳化瀝青2種粘層油后，在不同溫度、灑布量等條件下試件的剪切強(qiáng)度與拉拔強(qiáng)度，研究環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油的性能影響因素及優(yōu)勢(shì)，以利于其在后續(xù)實(shí)際工程中的應(yīng)用。

1 材料與試驗(yàn)方法

1.1 乳化瀝青

采用水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青進(jìn)行試驗(yàn)，加水混合水性環(huán)氧樹脂固體含量50%，親水性較好[13-14]。為了對(duì)比環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青性能，本文選用普通乳化瀝青作為對(duì)照組進(jìn)行試驗(yàn)，2種改性乳化瀝青的性能指標(biāo)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

為研究乳化瀝青粘層油的性能，需模擬路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘層試驗(yàn)，選用瀝青+瀝青的路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，其中上層材料為AC-13，下層為AC-20。

圖1 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型

1.2.2 制模

試驗(yàn)前，需要制備結(jié)構(gòu)模型試件。首先采用輪碾法制備AC-13與AC-20瀝青車轍板，板尺寸均為30 cm×30 cm×5 cm，車轍板制備完成后，在下層AC-20板面均勻?yàn)⒉颊硨佑?，灑布量根?jù)后續(xù)強(qiáng)度試驗(yàn)需求確定。然后將下層板在常溫下養(yǎng)生12 h～24 h后采取靜壓成型方法加鋪上層板，并在冷卻后脫模。雙層板試件制備完成后，需對(duì)試件進(jìn)行鉆芯，鉆芯直徑與高度均為10 cm。

1.2.3 強(qiáng)度試驗(yàn)

1) 直剪試驗(yàn)

為了研究溫度、粘層油灑布量對(duì)剪切強(qiáng)度的影響，進(jìn)行了直剪試驗(yàn)。試驗(yàn)儀器為HTZJ-1型直剪試驗(yàn)儀。試驗(yàn)前需控制試件溫度，采用溫控箱控制試驗(yàn)溫度，恒溫1 h以上即可開始，試驗(yàn)需迅速完成。試驗(yàn)溫度主要選擇20 ℃、40 ℃、60 ℃三個(gè)溫度檔位，灑布量分為0.4 L/m2、0.6 L/m2、0.8 L/m2和1 L/m2。試驗(yàn)時(shí)，主要控制豎向應(yīng)力。

2) 浸水剪切試驗(yàn)

為了研究材料的耐水性，進(jìn)行了浸水后的剪切試驗(yàn)。在豎向應(yīng)力為0.2 MPa時(shí)，將試件置于不同溫度的水中浸泡48 h后進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)照組為在空氣中靜置48 h后進(jìn)行試驗(yàn)。試件粘層油灑布量均為0.8 L/m2。浸水殘留強(qiáng)度比η計(jì)算公式如下：

(1)

式中：ρa(bǔ)為靜置空氣中試件的剪切強(qiáng)度，MPa；ρw為浸泡在水中的試件的剪切強(qiáng)度，MPa。

3) 拉拔試驗(yàn)

為了研究溫度、灑布量對(duì)粘層油拉拔強(qiáng)度的影響，進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)。試驗(yàn)主要采用層間粘結(jié)拉拔儀進(jìn)行，試驗(yàn)溫度主要選擇20 ℃、40 ℃、60 ℃三個(gè)溫度檔位，灑布量分為0.4 L/m2、0.6 L/m2、0.8 L/m2和1 L/m2。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 剪切試驗(yàn)

在不同試驗(yàn)溫度下，對(duì)粘層油用量為0.6 L/m2的試件進(jìn)行了直剪試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可知，在不同豎向應(yīng)力條件下，2種粘層油試件隨溫度的變化趨勢(shì)相同，即溫度越低，剪切強(qiáng)度越大，在同一溫度條件下，灑布環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油試件的剪切強(qiáng)度明顯優(yōu)于灑布普通乳化瀝青粘層油的試件，大約高出12%，這表明環(huán)氧乳化瀝青粘層油具有更好的粘結(jié)強(qiáng)度。

當(dāng)試驗(yàn)溫度為20 ℃時(shí)，研究了灑布不同用量粘層油試件的剪切強(qiáng)度，結(jié)果如圖3所示。

(a) 環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油

(b) 普通乳化瀝青粘層油

(a) 環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油

(b) 普通乳化瀝青粘層油

從圖3可見，當(dāng)環(huán)氧樹脂瀝青粘層油灑布量為0.8 L/m2時(shí)，試件在各豎向應(yīng)力條件下均基本達(dá)到剪切強(qiáng)度的最大值，這表明在兩瀝青層間灑布粘層油時(shí)，存在最佳灑布量。環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油的最佳灑布量約為0.8 L/m2，普通乳化瀝青粘層油的最佳灑布量為0.8 L/m2～1 L/m2。

2.2 浸水剪切試驗(yàn)

為了研究粘層油的層間耐水粘結(jié)性能，進(jìn)行了浸水后的剪切試驗(yàn)，結(jié)果如表2和圖4所示。

表2 浸水剪切強(qiáng)度

圖4 浸水殘留強(qiáng)度比

從表2和圖4可知：1) 浸水后的剪切強(qiáng)度均小于不浸水的，但溫度越高其浸水殘留強(qiáng)度比越大，這表明溫度越高浸水后的剪切強(qiáng)度流失越小，或不浸水時(shí)溫度越高其剪切強(qiáng)度下降越快；2) 當(dāng)溫度較低時(shí)，普通乳化瀝青粘層油浸水后的剪切強(qiáng)度流失程度與環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油相差無幾，但當(dāng)溫度升高后，普通乳化瀝青粘層油的浸水殘留強(qiáng)度比在上升，但上升幅度小于環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油的。以上分析表明，環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油在耐高溫性能、耐水粘結(jié)性能方面較優(yōu)，可在高溫、浸水情況下，有效減少層間粘結(jié)性能的流失，更好地保持粘層功能。

2.3 拉拔試驗(yàn)

在不同溫度下對(duì)灑布2種粘層油的試件進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

從表3中可知：1) 當(dāng)溫度較低時(shí)，在各種灑布量下試件的拉拔強(qiáng)度均較高；2) 在不同溫度條件下，灑布量為0.8 L/m2時(shí)，試件的拉拔強(qiáng)度值最大；

表3 不同溫度下試件的拉拔強(qiáng)度

3) 在其他試驗(yàn)條件相同時(shí)，灑布不同粘層油的2組試件，其拉拔強(qiáng)度值相近，當(dāng)環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油的試件在最佳灑布量(0.8 L/m2)時(shí)，其拉拔強(qiáng)度較普通乳化瀝青的高約5%。

3 結(jié)論

1) 試驗(yàn)溫度越低時(shí)，不同粘層油的剪切強(qiáng)度和拉拔強(qiáng)度均越高。

2) 剪切強(qiáng)度和拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)表明，環(huán)氧乳化瀝青粘層油均有最佳灑布量，約為0.8 L/m2。

3) 環(huán)氧乳化瀝青粘層油試件直剪強(qiáng)度明顯優(yōu)于普通乳化瀝青粘層油試件，而拉拔強(qiáng)度差距較小，前者較后者的剪切強(qiáng)度和拉拔強(qiáng)度分別約高出12%和5%。

4) 環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油的耐高溫及耐水粘結(jié)性能更優(yōu)于普通乳化瀝青，可在溫度較高的水中浸泡下，保持較高的粘結(jié)性能。