不同掺量聚氨酯/环氧树脂改性沥青性能研究

宋书昌

（烟台市公路事业发展中心，山东 烟台 264000）

引言

桥面铺装需要具有良好的结构耐久性，环氧树脂沥青混合料因具有良好的抗疲劳性能和水稳定性应用广泛，李惠林［1］研究了水性环氧树脂沥青混合料在高速公路中的应用，刘建明等［2］研究了环氧树脂沥青混合料在钢桥面铺装中的应用，但其在低温环境下易产生裂缝。

周长红等［3］通过改性沥青混合料解决了这一问题，其中聚氨酯材料具有良好的耐磨性和阻尼性，制备的聚氨酯改性沥青混合料具有良好的低温抗裂性。项柳福等［4］研究了聚氨酯改性沥青混合料配比设计，并明确了其路用性能。黎小顺［5］得到含有合适比例的聚氨酯混合料的性能优于传统沥青混合料。

1 原材料

选用SK90#沥青，技术指标见表1。使用的沥青改性剂包括E-51 双酚环氧树脂、聚氨酯预聚体、马来酸酐固化剂。由于黏结剂难以与环氧树脂相容，在添加黏结剂时加入马来酸酐，帮助改性沥青黏结剂稳定。同时，添加活性稀释剂降低改性沥青黏结剂黏度，技术指标见表2。

表1 SK 沥青技术指标

表2 活性稀释剂技术指标

2 改性沥青制备

（1）将聚氨酯预聚物加入环氧树脂中得到聚氨酯/环氧树脂共混物，搅拌2 h 后置于烘箱100 ℃存放2 h。（2）将黏结剂与增溶剂混合得到马来酸酐黏合剂，将固化剂和稀释剂加入沥青中混合20 min。（3）将制备好的聚氨酯/环氧树脂共混物加入到黏合剂中，置于模具在烘箱中135 ℃和150 ℃分别固化2 h。

3 不同掺量改性沥青性能

3.1 不同稀释剂掺量改性沥青黏结性能

聚氨酯/环氧树脂改性沥青制备过程中，黏结剂的热固性导致其在高温条件下出现不可逆固化，进而导致其黏结性出现不同时间段变化。实际操作过程中，黏结剂的黏结性通常高于实际需要，添加缓释剂可缓解这一现象，从而保证施工质量。缓释剂的掺量影响聚氨酯/环氧树脂改性沥青的黏结性，选用稀释剂掺量分别为改性剂掺量的6 wt%、10 wt%、14 wt%。进行黏度试验时，使用黏度计测试不同掺量改性沥青黏结剂黏度，转速为50 r/min。黏度试验结果见图1。

图1 不同稀释剂掺量改性沥青黏结性

由图1 可知，不同稀释剂掺量的改性沥青黏度随时间增加而增加，且随着时间的延长，改性沥青黏度增长更为迅速，此现象与其自身固化反应有关。其中稀释剂掺量为6 wt%时，改性沥青的黏度由反应10 min 时的2 100 mPa·s 升为35 min 时的5 160 mPa·s，再至60 min 时的10 570 mPa·s；当稀释剂掺量为10 wt%时，改性沥青的黏度由反应10 min 时的1 800 mPa·s 升为35 min 时的3 850 mPa·s，再至60 min 时的8 200 mPa·s；当稀释剂掺量为14 wt%时，改性沥青的黏度由反应10 min 时的1 570 mPa·s 升为35 min 时的2 900 mPa·s，再至60 min 时的6 100 mPa·s。同时，相同时间内稀释剂的掺量影响其黏度，反应时间为10 min 时，6 wt%稀释剂掺量对应的黏度高于14 wt%稀释剂掺量的530 mPa·s；反应时间为60 min 时，6 wt%稀释剂掺量对应的黏度高于14 wt%稀释剂掺量的4 470 mPa·s。表明稀释剂掺量的增加降低了改性沥青的黏度。

根据《道路与桥梁铺装用环氧沥青材料通用技术条件》（GB/T 30598—2014）规定的“至少40 min黏度达到5 000 mPa·s”技术要求，稀释剂掺量选用10 wt%。

3.2 不同改性剂掺量改性沥青拉伸性能

改性剂掺量影响改性沥青的拉伸性能。选用20 wt%、40 wt%、60 wt%作为改性剂掺量制备改性沥青。拉伸试验时采用的拉伸速率为500 mm/min，温度为23 ℃，测试得到其拉伸强度和断裂伸长率，见图2、图3。

图2 不同改性剂掺量的改性沥青拉伸强度

图3 不同改性剂掺量的改性沥青断裂伸长率

由图2 可知，改性沥青拉伸强度随改性剂掺量的增加逐渐增加，其拉伸强度由20 wt%掺量时的1.15 MPa 增长至60 wt%掺量时的2.23 MPa，且随着改性剂掺量的增加，其拉伸强度增长逐渐趋缓，此现象与黏结剂固化反应有关。改性剂的加入增加了黏结剂内部反应，使其更加稳定。由图3 可知，改性沥青断裂伸长率随改性沥青掺量的增加逐渐减少，其断裂伸长率由20 wt%掺量时的302%减少至60 wt%掺量时的147%，且随着改性剂掺量的增加，其断裂伸长率降低幅度变缓，原因与拉伸强度变化原因相同。根据《城镇桥梁沥青混凝土桥面铺装施工技术标准》（CJJ/T 279—2018）规定的“拉伸强度≥1.5 MPa，断裂伸长率≥180%”技术要求，选用改性沥青改性剂掺量为40 wt%。

4 改性沥青混合料性能研究

为评价改性沥青对沥青混合料性能的影响，根据试验结果制备改性沥青混合料，通过车辙试验测试其动稳定度，通过弯曲蠕变试验测试其弯拉应变，通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验测试其残留稳定度和冻融劈裂强度比，试验结果见表3。

表3 聚氨酯/环氧树脂改性沥青混合料性能指标

表3 试验结果显示，制备的聚氨酯/环氧树脂改性沥青混合料的动稳定度、弯拉应变、残留稳定度和冻融劈裂强度比均满足要求，具有良好的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性。

5 结语

聚氨酯/环氧树脂改性沥青稀释剂掺量的增加降低了改性沥青的黏度，改性剂的增加提高了改性沥青的拉伸强度。稀释剂掺量为10 wt%、改性剂掺量为40 wt%时，其技术指标满足《道路与桥梁铺装用环氧沥青材料通用技术条件》（GB/T 30598—2014）和《城镇桥梁沥青混凝土桥面铺装施工技术标准》（GJJ/T 279—2018）要求。以此制备的聚氨酯/环氧树脂改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性良好。