Chemco环氧粘结剂在彩色路面中的应用研究

2016-10-28张大斌谢成王鹏

公路与汽运 2016年1期

关键词：环氧集料沥青路面

张大斌，谢成，王鹏

（广西道路结构与材料重点实验室广西交通科学研究院，广西　南宁　530007）

Chemco环氧粘结剂在彩色路面中的应用研究

张大斌，谢成，王鹏

（广西道路结构与材料重点实验室广西交通科学研究院，广西南宁530007）

由于彩色路面对防水、抗滑、降噪及高温稳定性的要求较高，一般的彩色沥青混合料难以满足设计年限内的使用要求，而Chemco环氧粘结剂具有很好的力学性能和温度稳定性。文中主要对Chemco环氧路面的抗滑性能、高温稳定性能等进行研究，验证Chemco环氧材料应用于彩色防滑路面中的优势。

公路；Chemco环氧粘结剂；彩色路面；力学性能；高温稳定性能

彩色路面技术研究最早始于20世纪50年代的欧美国家，当时主要用于改善城市道路与周围环境的协调性，展现一个国家或城市的特色和风格。随着越来越多国家对彩色路面技术的研究，其应用已不仅局限于城市道路、景观道路，在高速公路收费站、坡道、弯道路面甚至隧道工程中也得到应用。

彩色路面发展至今主要经历了四个阶段，即涂料类彩色路面、彩色沥青砼、涂料类彩色防滑路面和环氧型彩色防滑路面。环氧类彩色路面是指在路面上摊铺2～3 mm厚改性环氧树脂，再将经过高温合成、煅烧并染色的高强骨料撒布在树脂上而形成的路面。与传统彩色沥青砼路面相比，环氧型彩色路面的防水抗滑性能优良，强度高，高温稳定性能好，色彩鲜艳，安全性能好，施工速度快，是最佳的彩色路面选择。

1　力学性能研究

1.1与集料粘结性能

路面使用中要不断经受车辆荷载、日晒和雨水的反复循环作用。由于沥青砼中沥青胶结料与集料的粘附强度主要取决于沥青与集料之间的电荷引力，该作用力小于集料与水分子之间氢键的作用力，并且在车辆荷载和动水压力的作用下，裹覆在集料表面的沥青膜较容易剥落引起沥青路面早期水损害，并进一步引起其他沥青路面病害。Chemco环氧材料固化强度是时间的幂函数，随着时间的延续强度增加并趋于稳定。固化反应过程中，Chemco环氧材料与集料之间产生很强的化学裹覆作用，环氧材料与集料的粘附强度除电荷引力外，还有接触摩擦力及化学键的作用，该作用力远大于电荷引力，因而环氧类彩色路面具有更好的抗水损害能力。

为验证Chemco环氧材料与集料的粘结性能，成型试件（其中拉剪试件均为辉绿岩），利用MTS万能试验机分别对比干燥和潮湿环境下沥青材料、环氧材料与集料的粘附强度。

试验步骤如下：1）切割拉剪试件，试件尺寸为7 cm×5 cm×1.5 cm，切割表面不作任何处理。每组试件3对，共4组。2）将切割好的试件烘干，把5 cm×5 cm的铁丝方格平放于其中一块试件表面。3）将混合好的环氧材料、沥青材料迅速浇筑在铁丝方格中，再盖上另一块石料，每种材料成型6个试件，将成型好的试件养护4 h（见图1）。

图1　试样、铁丝方格与试样夹具（单位：cm）

取出铁丝方格，每种材料随机挑选3个在万能压力机上进行剪切试验（另外2组试件先浸水1 h，再进行剪切试验），结果见表1。

由表1可知：Chemco环氧材料与集料的粘附强度远大于普通沥青与集料的粘附强度；经过1 h浸水后，环氧类材料的粘附强度衰减4.0％，沥青类衰减14.3％。粘附强度的衰减主要是由于集料吸水后，在氢键作用下粘结材料与集料表面作用力减弱。沥青材料的衰减程度大于环氧材料，经过浸水后环氧材料与集料的粘附强度仍在2 MPa以上，该强度足以抵抗潮湿条件下车辆荷载的冲击作用。

表1　粘附试验结果

1.2抗滑性能

彩色防滑路面最主要的功能是安全和美观。如在道路交叉点、公共汽车专用道等处使用，可明显区分道路功能，提高交通效率；在隧道等特殊地点使用，对提高道路交通安全水平具有独特作用；在高速公路连续下坡及收费站处使用，能有效降低事故发生率。为验证Chemco环氧路面的抗滑性能，在室内成型试件，并与已有工程应用的新建水泥路面、AC-13沥青路面、SMA-13沥青路面的摩擦系数进行对比，结果见表2。

表2　不同路面形式表面摩擦系数对比

由表2可知：无论干燥还是潮湿状态下，AC类沥青混合料表面的摩擦系数最小，其次为水泥砼路面、SMA沥青路面、Chemco环氧路面；与路面干燥状态相比，潮湿状况下摩擦系数均有衰减，衰减幅度与路面表面粗糙程度有关；环氧抗滑路面的摩擦系数与SMA路面相当，但由于环氧抗滑表面均由粗糙、耐磨的颗粒组成，且无沥青胶浆薄膜裹覆，其摩擦系数更大，抗滑性能更优，更能提升路面的行车安全性能。有资料表明：环氧抗滑路面可显著增加路面在不同状况下的抗滑性能，缩短刹车距离40％。国外研究发现：彩色路面可有效吸收声波，降噪6～ 7 d B，噪音降低30％左右；可有效提高路面的抗腐蚀性、热稳定性，不但能减少黑色路面的热岛效应，还可延长道路使用寿命。

2　高温稳定性能

中国气候带有明显的大陆性季风气候特点，表现为夏季时温度高且持续时间较长。目前国内的彩色路面主要分布在南方夏季炎热区域，且大都铺筑在公交车道和公路连续下坡等处，其共同特点是行车速度较慢、车辆荷载作用时间较长。沥青作为典型的弹塑性材料，具有明显的时间-温度效应。Chemco环氧材料固化反应后形成稳定的空间网状结构，为验证其抵抗高温变形的能力，按上述试验步骤成型试件，测试Chemco环氧材料与集料在不同温度下的高温稳定性能，结果见表3。

表3　Chemco环氧材料的高温粘附性能

由表3可知：Chemco环氧材料与集料的粘附强度随着温度的升高呈下降趋势，在25℃时能达到2.51 MPa，60℃时仍有1.75 MPa，表明该环氧沥青粘结材料具有可靠的粘结强度。以试验温度为横轴，以拉拔强度为纵轴，建立二者关系曲线（见图2），得出回归方程和相关系数如下：

图2　试验温度与粘结强度的关系

回归方程的相关系数高达0.998 7，说明对于Chemco环氧沥青粘结材料，试验温度与集料之间的粘结强度存在良好的幂函数关系。

3　开放交通所需时间

Chemco环氧沥青路面是在原有路表上加铺而成，施工过程中需中断交通，而对于道路施工而言，尽早开放交通不仅具有经济意义，更具有社会意义。热拌沥青砼在摊铺完成后，待摊铺层完全自然冷却至低于50℃时方可开放交通，条件允许的话施工后宜封闭交通2～6 h，禁止一切车辆和行人通过，以保证路表干净，不被行车荷载污染。环氧材料主要是通过固化反应形成的强度来控制施工时间，环氧路面的养生时间可通过测定环氧固化后的强度来决定。室温养护条件下，不同养护时间的粘结强度试验结果见表4。