两种路面修补用环氧树脂类混合料性能研究*

雷 涛，黄丽平，梁争峰，丁智勇

(1.潼关县交通运输局,渭南 714300；2.河南交通技师学院 土木工程系，驻马店 463000；3.长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室,西安 710064)

目前，我国正处在城市现代化建设和公路交通发展的新时期，在公路通车总里程持续增加的同时，公路养护也逐渐成为公路建设中重要的一部分。坑槽是沥青路面上典型的病害之一，严重影响路面的行车安全性及舒适性。液体沥青混合料和乳化沥青混合料作为传统的路面修补冷拌混合料都存在一定的局限性[1-3]。液体沥青混合料是使用由石油溶剂稀释形成的液体沥青和集料拌和配制产生的液体沥青混合料，但液体沥青中不可避免的会有一定的溶剂残留，这将直接影响液体沥青混合料的强度[4-5]。乳化沥青混合料是用集料与乳化沥青拌和后的产物，可以随用随取，但其强度在初期偏低并且难以精确控制破乳时间[6]。本文主要是配制了一种沥青路面快速修补的材料，以环氧树脂、固化剂、增柔剂和乳化沥青等为主要原料的环氧树脂类混合料，并根据结合料材料的不同，配制了改性环氧树脂混合料和环氧乳化沥青混合料，通过马歇尔试验法确定各自的最佳结合料用量；通过车辙试验、低温弯曲试验等测试，分析改性环氧树脂混合料和环氧乳化沥青混合料性能，以提高沥青路面快速修补材料路用性能。

1 试验用结合料和级配

结合料主要由环氧树脂、固化剂、增柔剂和乳化沥青组成。本文试验中选用的是普通双酚A型环氧树脂E-51。环氧树脂由于其在低温和常温下都不会凝固，需要添加固化剂使两者在一定的条件下反应生成固化物。为了实现路面坑槽的快速修补，所需固化剂要满足在常温下环氧树脂和集料拌和后能快速凝固，本文试验中选用低分子聚酰胺651。由于环氧树脂黏度较大，需要在其中加入增柔剂来改善结合料的流动性，增强环氧树脂的渗透性，使其更容易混合。本文试验中使用的是邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，加入DBP可以增加环氧树脂流动性，易于施工操作。本文试验中选用的乳化沥青为自己配制，其技术指标见表1。

表1 乳化沥青主要技术指标

本文试验中所配置的混合料有两种：① 环氧乳化沥青混合料(Ⅰ料)，其结合料由环氧树脂(A)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)(B)、低分子聚酰胺651(C)和乳化沥青(D)按照m(A)∶m(B)∶m(C)∶m(D)=80∶10∶30∶40的比例进行配制。② 改性环氧树脂混合料(Ⅱ料)，其结合料由环氧树脂(a)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)(b)、低分子聚酰胺651(c)按照m(a)∶m(b)∶m(c)=100∶40∶30的比例制备。

我国沥青路面施工中沥青混合料的类型多采用悬浮密实结构的类沥青混合料，因此试验中选用《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)[8]推荐的AC-13级配拌制混合料，级配见表2。

表2 环氧树脂类混合料采用的级配

2 结合料用量确定

混合料试件成型采用马歇尔击实成型方法，按上述结合料的配比分别计算并配制两种结合料。在常温下(25 ℃)，根据经验Ⅰ料和Ⅱ料分别各自选择5个不同的结合料用量(4.0%，4.5%，5.0%，5.5%，6.0%)拌和混合料，成型的混合料马歇尔试件，每组6个，双面各击实75次。由密度试验(表干法)得出试件的毛体积相对密度，计算出试件的空隙率、饱和度及矿料间隙率。成型完成的试件在室温下放置24 h后，然后放入60 ℃温水，水浴保温30 min之后放置在压力机上测试。实验结果见表3～4。

表3 Ⅰ料马歇尔试件的物理力学指标

和传统的热拌沥青混合料相比，采用环氧树脂类材料作为结合料的混合料试件确定最佳结合料用量的方法有所不同，在综合考虑这两种混合料拌和时的工作性、混合料固化后的强度以及经济性等要求，并参考试件空隙率、饱和度和矿料间隙率，Ⅰ料马歇尔试件结合料最佳用量确定为5.0%，Ⅱ料马歇尔试件结合料最佳用量确定为5.5%。

表4 Ⅱ料马歇尔试件的物理力学指标

3 高低温性能研究

3.1 高温稳定性

试验研究中利用车辙试验来检验用于沥青路面快速修补的环氧类混合料在高温下承受反复荷载抵抗变形和损坏的能力。混合料车辙板试件由轮碾法制作，采用300 mm×300 mm×50 mm的试模成型，在室温下将成型试件放置至少12 h，随后把试件放入到(60±1) ℃的恒温箱中保温5 h以上。然后将试件从恒温箱取出放入(60±1) ℃的车辙试验机内，放置时须保证碾压方向和行走方向一致。试验结果显示，60 ℃试验温度下，Ⅰ料车辙深度为1.684 mm，Ⅱ料车辙深度为0.216 mm，Ⅰ料和Ⅱ料的变形量都很小，动稳定度趋于无穷大。试验结果说明，这两种环氧树脂类混合料的高温稳定性都大大超过了传统热拌沥青混合料。

3.2 低温抗裂性

通过利用小梁弯曲试验测试沥青路面快速修补料的最大破坏荷载以及跨中挠度，从而检验这两种材料的低温抗裂性能。将轮碾成型的混合料试件切割成长(250±2) mm、宽(30±2) mm、高(35±2) mm的棱柱体试件，将试件置于(-10±0.5) ℃的恒温箱中保温至少45 min，然后将试件取出在万能材料试验机上进行测试，测试时试件在支座上对称放置，以50 mm·min-1的加载速度进行试验，直至试件破坏。低温弯曲试验结果见表5。

表5 小梁弯曲试验结果

根据现行的施工技术规范可知Ⅰ料和Ⅱ料在冬冷区和冬温区下最低的破坏应变大于0.002 500，而且抗弯拉强度较大，这两种环氧树脂类混合料均能达到路面低温抗裂指标要求。

4 结 论

1) 与传统路面修补用冷拌混合料，如乳化沥青和液体沥青混合料等相比，这两种环氧树脂类混合料的凝固时间大大缩短，且力学强度及其高低温路用性能均满足规范要求，是一种适合沥青路面坑槽快速修补的材料。

2) 与传统沥青混合料不同，环氧乳化沥青混合料(Ⅰ料)和改性环氧树脂混合料(Ⅱ料)的马歇尔试件的毛体积相对密度和压力值并没有出现峰值，而是随结合料用量在不断增加；综合考虑混合料拌和时的工作性、经济性和空隙率等因素，最终确定Ⅰ料的最佳结合料用量为5.0%，Ⅱ料的最佳结合料用量为5.5%。

3) 通过车辙试验分别测试了环氧乳化沥青混合料和改性环氧树脂混合料的高温稳定性，试验结果表明两种混合料的高温稳定性都很强，动稳定度为无穷大。通对低温小梁弯曲试验分别测试了环氧乳化沥青混合料和改性环氧树脂混合料的低温抗裂性，试验结果表明两种混合料的低温抗裂性能够达到施工规范要求。