環(huán)氧樹(shù)脂在公路工程中的應(yīng)用研究綜述

郝鵬舉 伍思豫 向 豪 趙 曦 曹軍生 邢明亮 劉建峰 蘇 丹

(1.山西交通養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司 太原 030001;2.長(zhǎng)安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 西安 710064;3.陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 西安 710065;4.西安公路研究院 西安 710065)

0 引言

環(huán)氧樹(shù)脂是指分子中含有兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的聚合物總稱,一般而言,環(huán)氧樹(shù)脂難以單獨(dú)使用,需與固化劑反應(yīng)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以后使用,其固化產(chǎn)物具有力學(xué)強(qiáng)度高,耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng),固化收縮率低,成型壓力小,固化溫度范圍寬,交聯(lián)密度可控以及與多種基材粘接性良好等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于公路工程領(lǐng)域[1-2]。目前,環(huán)氧樹(shù)脂已在橋面鋪裝體系、公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、矯正性養(yǎng)護(hù)以及彩色路面鋪筑等多個(gè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用[3]。基于此,本文對(duì)環(huán)氧橋面鋪裝層及粘結(jié)層、環(huán)氧微表處與霧封層、環(huán)氧抗滑表層以及環(huán)氧路面修補(bǔ)等方面的研究成果及應(yīng)用現(xiàn)狀加以分析總結(jié),以期為環(huán)氧樹(shù)脂材料在公路工程中的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考。

1 環(huán)氧樹(shù)脂在橋面鋪裝體系中的應(yīng)用

橋面鋪裝是橋梁建設(shè)中的重要環(huán)節(jié),對(duì)于橋面服役性能具有重要影響。然而,由于鋼橋面本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),其鋪裝層受力和變形情況較普通路面更為復(fù)雜,加之存在重載及超載現(xiàn)象,因此常采用高強(qiáng)度、耐腐蝕的環(huán)氧材料作為橋面鋪裝材料,以保證行車(chē)質(zhì)量及使用壽命。此外,環(huán)氧的高粘接性也使其成為橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中防水粘層的常用材料[4]。圖1為環(huán)氧橋面鋪裝圖。

圖1 環(huán)氧橋面鋪裝

1.1 橋面鋪裝層

研究顯示:采用環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝橋面,鋼面板剛度大,瀝青層強(qiáng)度高,即使在長(zhǎng)期車(chē)載作用下,橋面亦很少出現(xiàn)車(chē)轍[5]。

李云江等[6]采用環(huán)氧樹(shù)脂+高粘改性SMA復(fù)合體系進(jìn)行橋面鋪裝,該體系主要由鋼箱梁頂板+1cm的環(huán)氧薄層+環(huán)氧粘層+4cm厚的高粘改性瀝青SMA組成,所選環(huán)氧樹(shù)脂具有與鋼橋面結(jié)構(gòu)粘結(jié)力優(yōu)異且低溫柔韌性良好的特點(diǎn)。通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂的拉拔與拉剪試驗(yàn),高粘改性SMA混合料性能測(cè)試以及鋪裝結(jié)構(gòu)斜剪試驗(yàn)、拉拔試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)以及疲勞試驗(yàn),對(duì)復(fù)合體系性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,該環(huán)氧+高粘改性SMA體系性能良好,推廣前景較好。

彭政瑋[7]在現(xiàn)有橋面用環(huán)氧樹(shù)脂瀝青鋪裝層研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,利用Abaqus對(duì)石首長(zhǎng)江大橋鋪裝層進(jìn)行有限元分析,通過(guò)對(duì)鋪裝層在不同厚度、模量以及荷載條件下的受力分析,并結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表征環(huán)氧瀝青鋪裝層的路用性能。結(jié)果表明,采用下層EA+上層改性SMA雙層體系進(jìn)行橋面鋪裝,其高溫性能、力學(xué)強(qiáng)度及其與鋼橋面的粘性性能俱佳。此外,對(duì)該體系的施工工藝提出要求,主要包括在施工過(guò)程中要保持干燥,施工方式為一次性半幅全斷面攤鋪法,初壓、復(fù)壓及終壓溫度分別不低于155℃、110℃及90℃等。

然而,隨著環(huán)氧材料的應(yīng)用,橋面鋪裝層在服役過(guò)程中極易形成裂縫且難以自行修復(fù),這限制了環(huán)氧瀝青混凝土在橋面鋪裝中的進(jìn)一步應(yīng)用。因此,改善環(huán)氧瀝青混凝土的柔韌性成為一個(gè)亟須解決的問(wèn)題。

1.2 防水粘結(jié)層

防水和粘結(jié)是鋼橋面鋪裝的核心之一,相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量的研究[8]。蔣夢(mèng)雅等[9]對(duì)添加了水泥的水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土橋面防水粘層材料的微觀結(jié)構(gòu)及其與瀝青及水泥基面的粘結(jié)性能進(jìn)行研究。拉拔試驗(yàn)結(jié)果表明,環(huán)氧粘層材料與水泥基體的拉拔強(qiáng)度更大,這是由于環(huán)氧材料與水泥界面之間的粘結(jié)力不但來(lái)自于水泥水化產(chǎn)生的鈣離子的化學(xué)鍵合及環(huán)氧酯基水解產(chǎn)生的羧基,還依賴于環(huán)氧中大量的極性基團(tuán)緊密吸附于水泥顆粒表面。因此,水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土橋面防水粘層與水泥界面的粘結(jié)強(qiáng)度高于瀝青界面。此外,微觀試驗(yàn)結(jié)果顯示,水泥的加入連接了瀝青與環(huán)氧,使得環(huán)氧樹(shù)脂和瀝青形成均勻且互穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

魯國(guó)烽等[10]通過(guò)拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)探究了濕度、灰塵含量及刮涂時(shí)間對(duì)環(huán)氧橋面防水粘結(jié)層的粘結(jié)性能,并得出以下結(jié)論:①濕度對(duì)拉拔強(qiáng)度不利,在相同刮涂時(shí)間的條件下,濕度越大,拉拔強(qiáng)度越低;②刮涂時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),在濕度不變的情況下,刮涂越久,拉拔強(qiáng)度越小;③灰塵含量≤10g/m2,否則環(huán)氧防水粘層的拉拔強(qiáng)度將大幅度下降。

賴嘉洲[11]采用水性環(huán)氧與SBR膠乳對(duì)瀝青進(jìn)行復(fù)合改性,制備水性環(huán)氧/SBR改性乳化瀝青橋面粘層材料。通過(guò)對(duì)其蒸發(fā)殘留物的拉伸性、針入度指標(biāo)以及微觀形貌測(cè)試,得出以下結(jié)論:水性環(huán)氧的加入有效提高了SBR改性乳化瀝青的高溫性能和拉伸性能,但由于環(huán)氧性脆,致使復(fù)合體系的低溫延展性、斷裂伸長(zhǎng)率降低。此外,當(dāng)水性環(huán)氧及SBR膠乳的用量分別在6%～8%及4%～8%之間時(shí),所制備的防水粘層材料,其斷裂伸長(zhǎng)率及拉伸強(qiáng)度較佳。

何麗紅等[12]針對(duì)橋面防水粘層性能不佳的問(wèn)題,采用常溫共混法研制出一種水性環(huán)氧乳化瀝青防水粘層材料,成型了模擬橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的復(fù)合試件,對(duì)其進(jìn)行拉拔試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)、水穩(wěn)試驗(yàn)及高溫穩(wěn)定性試驗(yàn),并著重對(duì)其層間粘結(jié)性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明,環(huán)氧樹(shù)脂的加入顯著提高了環(huán)氧粘層材料的熱穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、拉拔強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度;環(huán)氧粘層材料的層間粘結(jié)強(qiáng)度隨其灑布量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)。當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂的用量為15%、灑布量為0.8 kg/m2時(shí),所制備的防水粘層材料,其層間粘結(jié)性最佳且經(jīng)濟(jì)性良好。

總之,環(huán)氧樹(shù)脂類材料強(qiáng)度高,具有憎水性,是理想的防水材料,其施工效果如圖2所示。然而,在施工過(guò)程中,環(huán)氧材料對(duì)界面水分極其敏感,極易出現(xiàn)粘結(jié)強(qiáng)度不足的問(wèn)題,從而導(dǎo)致橋面出現(xiàn)脫層和開(kāi)裂。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,在保證操作界面干凈、干燥、撒布干燥碎石外,還應(yīng)在不影響材料強(qiáng)度的情況下提高環(huán)氧樹(shù)脂材料用量,從而形成較厚的防水層,提高其防水性。

圖2 環(huán)氧樹(shù)脂粘層

2 環(huán)氧樹(shù)脂在公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是指在路面結(jié)構(gòu)良好,僅路表性能下降的情況下,為恢復(fù)路面使用性能、防止路面功能進(jìn)一步衰減從而影響路面結(jié)構(gòu)所采取的一種周期性養(yǎng)護(hù)措施[13]。環(huán)氧樹(shù)脂具有高強(qiáng)、耐磨、耐腐蝕、耐高溫且粘結(jié)性優(yōu)良的優(yōu)勢(shì),是公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的常見(jiàn)材料,目前,環(huán)氧材料用于公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的途徑主要是微表處、霧封層以及彩色抗滑表層。

2.1 微表處

環(huán)氧樹(shù)脂微表處技術(shù)是指將具有流動(dòng)性的環(huán)氧改性乳化瀝青混合料均勻?yàn)⒉加诼访娴穆繁矸鈱?其主要組成材料為水性環(huán)氧改性乳化瀝青、砂石和填料。

研究顯示,利用水性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)乳化瀝青進(jìn)行改性,可以有效提高乳化瀝青的路用性能,將其用在微表處中能夠快速解決路面早期病害,防止原路面發(fā)生進(jìn)一步破壞,延長(zhǎng)其服務(wù)年限,減少養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。傳統(tǒng)微表處膠結(jié)料粘附性不足、高溫性能不佳,多添加纖維等外加劑進(jìn)行二次改性,而水性環(huán)氧樹(shù)脂乳化瀝青微表處具有高強(qiáng)度、高粘結(jié)力的特點(diǎn)[14]。

Liu[15]采用水性環(huán)氧樹(shù)脂(waterborne epoxy resin, WER)改性乳化瀝青來(lái)克服普通微表處材料所常見(jiàn)的磨損、車(chē)轍、飛散病害和耐久性差等缺點(diǎn)。通過(guò)輪載試驗(yàn)、濕輪磨耗試驗(yàn)、抗滑試驗(yàn)、輪載跟蹤試驗(yàn)、車(chē)轍試驗(yàn)和加速加載試驗(yàn),對(duì)比不同配方下微表處材料與丁苯橡膠(SBR)改性微表處的抗滑性能、粘結(jié)性能、車(chē)轍性能和磨耗性能。結(jié)果表明,WER能顯著改善微表處的早期路用性能和耐久性,尤其是對(duì)粘結(jié)性和抗車(chē)轍性能的提升效果非常顯著。此外,在浸水、凍融和重載交通的臨界條件下,WER的使用大幅度減少了病害的發(fā)生。

鄭木蓮等[16]采用水性環(huán)氧樹(shù)脂與丁苯橡膠對(duì)乳化瀝青進(jìn)行復(fù)合改性,制得WER/SBR復(fù)合改性乳化瀝青微表處,并進(jìn)行WER/SBR復(fù)合改性瀝青乳液及其微表處混合料的路用性能測(cè)試。結(jié)果表明,水性環(huán)氧的加入有效提高了SBR改性乳化瀝青的高低溫性能及其與集料的粘附性能;與未添加水性環(huán)氧的SBR改性乳化瀝青混合料相比,WER/SBR復(fù)合改性乳化瀝青混合料具有更好的水穩(wěn)定性、抗滑耐磨性能和耐久性能。

李林萍等[17]在現(xiàn)有乳化瀝青微表處研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,結(jié)合納米TiO2光催化降解尾氣技術(shù),制備具有降解尾氣功能的水性環(huán)氧/納米TiO2復(fù)合改性微表處,并對(duì)其相關(guān)性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明,當(dāng)納米TiO2的用量為50%時(shí),所制備的水性環(huán)氧/納米TiO2復(fù)合改性微表處材料的尾氣降解效率較高且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益,而納米TiO2的加入對(duì)原水性環(huán)氧乳化瀝青微表處其他性能的影響微乎其微。季節(jié)等[18]采用先乳化后改性及共混的方法制備水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化瀝青及其微表處混合料,并通過(guò)車(chē)轍填補(bǔ)試驗(yàn)和罩面車(chē)轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)微表處的抗車(chē)轍性能。結(jié)果表明,所制備的水性環(huán)氧改性乳化瀝青微表處混合料的寬度變形率和車(chē)轍深度率較小,可用于路面早期壓密性車(chē)轍填補(bǔ),有效提高了填補(bǔ)路面的高溫抗變形能力,有助于路面平整度的快速恢復(fù)。

由于微表處混合料在拌和過(guò)程中,易引起水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化瀝青起泡,氣泡的介入導(dǎo)致混合料的空隙率增大,在水分蒸發(fā)的過(guò)程中,環(huán)氧樹(shù)脂開(kāi)始固化,形成初期強(qiáng)度,微表處很難在固化時(shí)依靠自身重力和流動(dòng)性進(jìn)行自密實(shí)。因此,在施工后應(yīng)及時(shí)利用行車(chē)進(jìn)行碾壓密實(shí)或采用輕型壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí),以保證微表處的不透水性。

2.2 霧封層

環(huán)氧霧封層技術(shù)可用于中、輕交通荷載的各等級(jí)公路,能夠改善老化、滲水以及有輕度松散麻面的瀝青路面,還可用于防止路面出現(xiàn)龜裂、坑洞及網(wǎng)裂等病害,是目前高速公路早期最有效的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施之一。

Hu[19]將納米二氧化鈦以不同比例添加到水性環(huán)氧樹(shù)脂中,并采用新開(kāi)發(fā)的汽車(chē)尾氣分解研究裝置對(duì)所制備的TiO2涂層進(jìn)行粘合剪切強(qiáng)度試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室光催化性能試驗(yàn)。采用英國(guó)擺錘、砂斑法和路面滲透試驗(yàn),分析了TiO2涂層對(duì)瀝青路面抗滑和滲透性能的影響。結(jié)果表明,TiO2水性環(huán)氧樹(shù)脂涂層對(duì)汽車(chē)尾氣中的NOx、HC和CO污染物均有很好的分解效果。此外,采用水性環(huán)氧樹(shù)脂作為霧封層可以保持路面的抗滑性能,提高路面的抗?jié)B性能。

劉艷等[20]選擇粒徑分布均勻且固化物韌性較好的水性環(huán)氧樹(shù)脂作為含砂霧封層的主體膠結(jié)料,并采用砂膠同步噴灑和砂膠混合噴灑兩種方式進(jìn)行施工。結(jié)果顯示:兩種含砂霧封層的外觀、構(gòu)造深度和抗滑系數(shù)相差不大,但砂膠同步噴灑含砂霧封層的施工效率更高,更適用于大面積的施工作業(yè)。

陳俊宇[21]研究了水性環(huán)氧改性乳化瀝青的路用性能及其固化機(jī)理,并通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)研究了水性環(huán)氧對(duì)瀝青乳液及其霧封層性能的影響。結(jié)果表明,水性環(huán)氧樹(shù)脂能夠有效提高瀝青的高溫性能及粘度。水性環(huán)氧樹(shù)脂的用量對(duì)其改性乳化瀝青霧封層的磨耗性能影響重大,其灑布砂的粒徑對(duì)霧封層的抗滑性能具有重要影響。此外,相較于普通乳化瀝青霧封層而言,水性環(huán)氧樹(shù)脂霧封層具有與集料更好的粘附性能,更經(jīng)久耐用。

綜上所述,霧封層技術(shù)能夠改善和提高原有瀝青路面的防水滲透和抗滑性能,延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命。對(duì)于環(huán)氧霧封層材料的研究,目前缺乏相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范,現(xiàn)有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)局限性較強(qiáng),尚待完善。作為一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù),霧封層主要預(yù)防路面出現(xiàn)裂縫等早期病害,其原理也只是在既有路面上形成一層薄膜,并不能改變?cè)新访娴慕Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度,也不能增加原有路面的結(jié)構(gòu)承載力?？稍诖嘶A(chǔ)上研制具有附加功能性的霧封層,如在抗滑的基礎(chǔ)上加入融雪化冰功能具有實(shí)際意義。

2.3 彩色抗滑表層

環(huán)氧樹(shù)脂彩色抗滑表層是指在現(xiàn)有路面上灑布一層環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)料,再撒一層耐磨性好的彩色陶瓷顆粒形成薄層(如圖3所示),其中,環(huán)氧為特殊的雙組分、耐濕、高強(qiáng)和低模量粘結(jié)料,這種固結(jié)成型后的抗滑表層紋理構(gòu)造深度大且長(zhǎng)期摩擦系數(shù)高,可顯著減少雨天潮濕路面上車(chē)輛打滑事故和特殊路段的交通事故[22]。

圖3 彩色抗滑表層示意圖

劉彥兵[23]通過(guò)對(duì)環(huán)氧膠及抗滑骨料的改進(jìn),開(kāi)發(fā)出一種顏色持久、使用壽命長(zhǎng)、抗滑性能較好的環(huán)氧彩色抗滑薄層,并進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,隨著顏料用量的增加,環(huán)氧體系的力學(xué)性能呈先上升后下降的趨勢(shì),當(dāng)顏料用量為5%時(shí),拉伸強(qiáng)度達(dá)到18.87MPa,斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到49.37%,剪切強(qiáng)度為14.65MPa,力學(xué)性能最優(yōu)。此外,采用聚氨酯增韌劑改性環(huán)氧樹(shù)脂,隨著增韌劑用量的增加,環(huán)氧體系拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率呈先上升后下降的趨勢(shì),當(dāng)增韌劑用量為7%時(shí),環(huán)氧體系的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到最優(yōu);經(jīng)80℃水煮老化7d、14d后,其粘接強(qiáng)度破壞形式仍為混凝土破壞,表明改性樹(shù)脂膠粘劑的粘結(jié)強(qiáng)度仍高于混凝土本體強(qiáng)度,耐水煮老化性能較好。

魏強(qiáng)[24]分別以彩色陶粒、煅燒鋁礬土及玄武巖三種3～5mm單粒徑顆粒作為雙組分環(huán)氧樹(shù)脂抗滑薄層的粗骨料,通過(guò)室內(nèi)7h加速加載磨耗試驗(yàn),研究了三種不同骨料抗滑薄層的抗滑衰減規(guī)律。結(jié)果表明,三種骨環(huán)氧抗滑薄層前期(約3h)抗滑性能衰減均較快,BPN與TD值下降較快,屬于衰變突出期;后期(3h后)抗滑性能衰減趨勢(shì)減緩,BPN與TD值趨于穩(wěn)定,屬于衰變穩(wěn)定期。上述三種骨料的環(huán)氧抗滑薄層經(jīng)過(guò)7h加速加載磨耗試驗(yàn)后,BPN值均在60以上,TD值仍在1.5mm以上,結(jié)合質(zhì)量損失試驗(yàn)(磨耗量)結(jié)果,表明三種環(huán)氧抗滑薄層均具有較好的抗滑和耐磨性。

周彤[25]通過(guò)拉伸性能測(cè)試研究了紫外線吸光劑用量對(duì)彩色環(huán)氧抗滑磨耗材料性能的影響,通過(guò)紫外老化試驗(yàn)、紅外光譜和電鏡分析研究了吸光劑對(duì)該材料的作用機(jī)理,并通過(guò)小梁彎曲試驗(yàn)、車(chē)轍試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和間接拉伸劈裂試驗(yàn)測(cè)試了添加吸光劑老化前后彩色環(huán)氧抗滑層材料的路用性能。結(jié)果表明,該吸光劑最佳添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%,其可有效抑制羰基的分解,明顯提高材料的耐老化性和路用性能,滿足工程實(shí)際需求。

隨著環(huán)氧抗滑表層的推廣應(yīng)用,環(huán)氧樹(shù)脂體系存在的問(wèn)題也逐漸暴露。如能夠常溫快速固化的環(huán)氧抗滑體系,其脆性大、剛性強(qiáng),在鋪筑以后極易出現(xiàn)開(kāi)裂的病害,耐久性較差;而柔韌性較好的環(huán)氧樹(shù)脂抗滑體系,其膠粘劑固化速度慢,導(dǎo)致鋪設(shè)以后養(yǎng)生時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因此,如何在保證快速固化的同時(shí)提高環(huán)氧抗滑體系柔韌性的問(wèn)題成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。

3 環(huán)氧樹(shù)脂在公路工程矯正性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

在公路工程矯正性養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域內(nèi),環(huán)氧樹(shù)脂多用于瀝青路面的坑槽修補(bǔ)?？硬鄄『ψ鳛楣贩圻^(guò)程中最常見(jiàn)的一種病害形式,也是公路養(yǎng)護(hù)中最為突出和棘手的病害。水性環(huán)氧樹(shù)脂具有成型迅速、與瀝青/水泥基材粘結(jié)性強(qiáng)的特點(diǎn),同時(shí)水性環(huán)氧樹(shù)脂乳化瀝青還具有乳化瀝青在常溫條件下流動(dòng)性較好的特點(diǎn),已然成為不少高效瀝青路面冷修補(bǔ)材料中不可或缺的原材料[26]。趙富強(qiáng)等[27]采用環(huán)氧組分對(duì)普通溶劑型冷修補(bǔ)材料進(jìn)行改性,研究結(jié)果表明,水性環(huán)氧樹(shù)脂能夠顯著改善溶劑型冷修補(bǔ)材料的強(qiáng)度、水穩(wěn)定性及與集料的粘結(jié)性。此外,不同的環(huán)氧組分適用于不同的情況,如固化適用期較長(zhǎng)的環(huán)氧組分儲(chǔ)存性佳,可用于存儲(chǔ)式環(huán)氧瀝青冷修補(bǔ)材料的生產(chǎn),而固化適用期較短的環(huán)氧組分,多用于應(yīng)急性修補(bǔ)。

張爭(zhēng)奇等[28]采用環(huán)氧組分和SBR膠乳對(duì)溶劑型瀝青冷修補(bǔ)材料進(jìn)行復(fù)合改性,研制低溫瀝青路面冷修補(bǔ)材料,并發(fā)現(xiàn)環(huán)氧組分和SBR膠乳均能夠很好地分散在稀釋瀝青中。此外,當(dāng)基質(zhì)瀝青、稀釋劑、環(huán)氧組分和SBR膠乳的用量分別為26%、5%、4%和2%時(shí),該復(fù)合改性瀝青冷修補(bǔ)材料的力學(xué)強(qiáng)度與高溫性能均得到顯著改善,且其殘留穩(wěn)定度達(dá)到89%。

苗超杰[29]制備了水性環(huán)氧改性乳化瀝青冷修補(bǔ)材料,并對(duì)其膠結(jié)料及混合料進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。結(jié)果表明,環(huán)氧的加入顯著提高了乳化瀝青的高溫性能、疲勞性能和粘結(jié)強(qiáng)度;當(dāng)環(huán)氧與固化劑的比例為3∶2時(shí),其拉拔強(qiáng)度達(dá)到最大;當(dāng)水性環(huán)氧乳液、礦粉、水泥同水的用量分別為8.83%、4%、2%和2%時(shí),所制備的冷修補(bǔ)材料具有最佳的高溫性能和水穩(wěn)定性。

Guo[30]采用水性環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)普通硅酸鹽水泥(OPC)砂漿制備聚合物水泥修補(bǔ)材料,并通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),環(huán)氧樹(shù)脂改性O(shè)PC砂漿的彎曲韌性得到了明顯提高,且其抗壓強(qiáng)度損失較小。此外,添加水性環(huán)氧的OPC砂漿,其界面彎拉粘結(jié)強(qiáng)度、直剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度比不摻環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)分別提高了約16.7%、29.8%和6.9%。通過(guò)掃描電鏡試驗(yàn)結(jié)合粘結(jié)劑成分和裂紋橋接效應(yīng),可以認(rèn)為是環(huán)氧樹(shù)脂形成的聚合物薄膜改善了OPC砂漿的微觀結(jié)構(gòu),從而改善其性能。

總之,環(huán)氧樹(shù)脂類快速修補(bǔ)材料具有早期強(qiáng)度高、收縮變形小、粘結(jié)力強(qiáng)、耐水性能好、極限應(yīng)變大及快速凝固等優(yōu)點(diǎn)。然而,目前對(duì)于環(huán)氧修補(bǔ)材料的研究,多集中于材料的選擇及施工技術(shù)方面,對(duì)其長(zhǎng)期力學(xué)性能演變、粘結(jié)機(jī)理及其與既有路面結(jié)合后的疲勞性能研究鮮少。

4 結(jié)語(yǔ)

環(huán)氧樹(shù)脂材料以其優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性及其與瀝青、水泥基材良好的粘結(jié)性而廣泛應(yīng)用于橋面鋪裝、公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)及矯正性養(yǎng)護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域,并取得了顯著的成效。經(jīng)環(huán)氧改性后的瀝青及其混合料,其高溫穩(wěn)定性、抗水損害能力、力學(xué)強(qiáng)度以及與集料的粘結(jié)性能均得到顯著的改善。然而,由于環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)部存在高度交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),致其性脆易斷裂,這也導(dǎo)致了環(huán)氧的加入在一定程度上降低了瀝青及其混合料的低溫性能,如當(dāng)環(huán)氧材料用于橋面鋪裝面層、微表處、霧封層以及抗滑表層時(shí),極易出現(xiàn)開(kāi)裂病害。此外,環(huán)氧樹(shù)脂的抗紫外老化能力差,這在一定程度上了降低了其改性材料的耐久性能。因此,如何提高環(huán)氧樹(shù)脂的抗老化性能和斷裂韌性,是進(jìn)一步拓寬環(huán)氧樹(shù)脂在公路工程領(lǐng)域中應(yīng)用的關(guān)鍵。