不同摻量聚氨酯/環(huán)氧樹脂改性瀝青性能研究

宋書昌

（煙臺(tái)市公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 煙臺(tái) 264000）

引言

橋面鋪裝需要具有良好的結(jié)構(gòu)耐久性，環(huán)氧樹脂瀝青混合料因具有良好的抗疲勞性能和水穩(wěn)定性應(yīng)用廣泛，李惠林［1］研究了水性環(huán)氧樹脂瀝青混合料在高速公路中的應(yīng)用，劉建明等［2］研究了環(huán)氧樹脂瀝青混合料在鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用，但其在低溫環(huán)境下易產(chǎn)生裂縫。

周長(zhǎng)紅等［3］通過改性瀝青混合料解決了這一問題，其中聚氨酯材料具有良好的耐磨性和阻尼性，制備的聚氨酯改性瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性。項(xiàng)柳福等［4］研究了聚氨酯改性瀝青混合料配比設(shè)計(jì)，并明確了其路用性能。黎小順［5］得到含有合適比例的聚氨酯混合料的性能優(yōu)于傳統(tǒng)瀝青混合料。

1 原材料

選用SK90#瀝青，技術(shù)指標(biāo)見表1。使用的瀝青改性劑包括E-51 雙酚環(huán)氧樹脂、聚氨酯預(yù)聚體、馬來酸酐固化劑。由于黏結(jié)劑難以與環(huán)氧樹脂相容，在添加黏結(jié)劑時(shí)加入馬來酸酐，幫助改性瀝青黏結(jié)劑穩(wěn)定。同時(shí)，添加活性稀釋劑降低改性瀝青黏結(jié)劑黏度，技術(shù)指標(biāo)見表2。

表1 SK 瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 活性稀釋劑技術(shù)指標(biāo)

2 改性瀝青制備

（1）將聚氨酯預(yù)聚物加入環(huán)氧樹脂中得到聚氨酯/環(huán)氧樹脂共混物，攪拌2 h 后置于烘箱100 ℃存放2 h。（2）將黏結(jié)劑與增溶劑混合得到馬來酸酐黏合劑，將固化劑和稀釋劑加入瀝青中混合20 min。（3）將制備好的聚氨酯/環(huán)氧樹脂共混物加入到黏合劑中，置于模具在烘箱中135 ℃和150 ℃分別固化2 h。

3 不同摻量改性瀝青性能

3.1 不同稀釋劑摻量改性瀝青黏結(jié)性能

聚氨酯/環(huán)氧樹脂改性瀝青制備過程中，黏結(jié)劑的熱固性導(dǎo)致其在高溫條件下出現(xiàn)不可逆固化，進(jìn)而導(dǎo)致其黏結(jié)性出現(xiàn)不同時(shí)間段變化。實(shí)際操作過程中，黏結(jié)劑的黏結(jié)性通常高于實(shí)際需要，添加緩釋劑可緩解這一現(xiàn)象，從而保證施工質(zhì)量。緩釋劑的摻量影響聚氨酯/環(huán)氧樹脂改性瀝青的黏結(jié)性，選用稀釋劑摻量分別為改性劑摻量的6 wt%、10 wt%、14 wt%。進(jìn)行黏度試驗(yàn)時(shí)，使用黏度計(jì)測(cè)試不同摻量改性瀝青黏結(jié)劑黏度，轉(zhuǎn)速為50 r/min。黏度試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 不同稀釋劑摻量改性瀝青黏結(jié)性

由圖1 可知，不同稀釋劑摻量的改性瀝青黏度隨時(shí)間增加而增加，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，改性瀝青黏度增長(zhǎng)更為迅速，此現(xiàn)象與其自身固化反應(yīng)有關(guān)。其中稀釋劑摻量為6 wt%時(shí)，改性瀝青的黏度由反應(yīng)10 min 時(shí)的2 100 mPa·s 升為35 min 時(shí)的5 160 mPa·s，再至60 min 時(shí)的10 570 mPa·s；當(dāng)稀釋劑摻量為10 wt%時(shí)，改性瀝青的黏度由反應(yīng)10 min 時(shí)的1 800 mPa·s 升為35 min 時(shí)的3 850 mPa·s，再至60 min 時(shí)的8 200 mPa·s；當(dāng)稀釋劑摻量為14 wt%時(shí)，改性瀝青的黏度由反應(yīng)10 min 時(shí)的1 570 mPa·s 升為35 min 時(shí)的2 900 mPa·s，再至60 min 時(shí)的6 100 mPa·s。同時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)稀釋劑的摻量影響其黏度，反應(yīng)時(shí)間為10 min 時(shí)，6 wt%稀釋劑摻量對(duì)應(yīng)的黏度高于14 wt%稀釋劑摻量的530 mPa·s；反應(yīng)時(shí)間為60 min 時(shí)，6 wt%稀釋劑摻量對(duì)應(yīng)的黏度高于14 wt%稀釋劑摻量的4 470 mPa·s。表明稀釋劑摻量的增加降低了改性瀝青的黏度。

根據(jù)《道路與橋梁鋪裝用環(huán)氧瀝青材料通用技術(shù)條件》（GB/T 30598—2014）規(guī)定的“至少40 min黏度達(dá)到5 000 mPa·s”技術(shù)要求，稀釋劑摻量選用10 wt%。

3.2 不同改性劑摻量改性瀝青拉伸性能

改性劑摻量影響改性瀝青的拉伸性能。選用20 wt%、40 wt%、60 wt%作為改性劑摻量制備改性瀝青。拉伸試驗(yàn)時(shí)采用的拉伸速率為500 mm/min，溫度為23 ℃，測(cè)試得到其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，見圖2、圖3。

圖2 不同改性劑摻量的改性瀝青拉伸強(qiáng)度

圖3 不同改性劑摻量的改性瀝青斷裂伸長(zhǎng)率

由圖2 可知，改性瀝青拉伸強(qiáng)度隨改性劑摻量的增加逐漸增加，其拉伸強(qiáng)度由20 wt%摻量時(shí)的1.15 MPa 增長(zhǎng)至60 wt%摻量時(shí)的2.23 MPa，且隨著改性劑摻量的增加，其拉伸強(qiáng)度增長(zhǎng)逐漸趨緩，此現(xiàn)象與黏結(jié)劑固化反應(yīng)有關(guān)。改性劑的加入增加了黏結(jié)劑內(nèi)部反應(yīng)，使其更加穩(wěn)定。由圖3 可知，改性瀝青斷裂伸長(zhǎng)率隨改性瀝青摻量的增加逐漸減少，其斷裂伸長(zhǎng)率由20 wt%摻量時(shí)的302%減少至60 wt%摻量時(shí)的147%，且隨著改性劑摻量的增加，其斷裂伸長(zhǎng)率降低幅度變緩，原因與拉伸強(qiáng)度變化原因相同。根據(jù)《城鎮(zhèn)橋梁瀝青混凝土橋面鋪裝施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T 279—2018）規(guī)定的“拉伸強(qiáng)度≥1.5 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率≥180%”技術(shù)要求，選用改性瀝青改性劑摻量為40 wt%。

4 改性瀝青混合料性能研究

為評(píng)價(jià)改性瀝青對(duì)瀝青混合料性能的影響，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果制備改性瀝青混合料，通過車轍試驗(yàn)測(cè)試其動(dòng)穩(wěn)定度，通過彎曲蠕變?cè)囼?yàn)測(cè)試其彎拉應(yīng)變，通過浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)測(cè)試其殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 聚氨酯/環(huán)氧樹脂改性瀝青混合料性能指標(biāo)

表3 試驗(yàn)結(jié)果顯示，制備的聚氨酯/環(huán)氧樹脂改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、彎拉應(yīng)變、殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比均滿足要求，具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

聚氨酯/環(huán)氧樹脂改性瀝青稀釋劑摻量的增加降低了改性瀝青的黏度，改性劑的增加提高了改性瀝青的拉伸強(qiáng)度。稀釋劑摻量為10 wt%、改性劑摻量為40 wt%時(shí)，其技術(shù)指標(biāo)滿足《道路與橋梁鋪裝用環(huán)氧瀝青材料通用技術(shù)條件》（GB/T 30598—2014）和《城鎮(zhèn)橋梁瀝青混凝土橋面鋪裝施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GJJ/T 279—2018）要求。以此制備的聚氨酯/環(huán)氧樹脂改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性良好。