碩士論文-排水性環(huán)氧改性瀝青混合料研究.pdf

重慶交通大學(xué) 碩士學(xué)位論文 排水性環(huán)氧改性瀝青混合料研究 姓名：黃俊強(qiáng) 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士 專業(yè)：道路與鐵道工程 指導(dǎo)教師：陳仕周 20080401 摘要 近年來(lái)，隨著我國(guó)公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，對(duì)道路的使用功能也提出了越來(lái)越 高的要求。如何使路面既有足夠的耐久性又具有良好的表面功能( 防滑、防水漂、 抑制濺水起霧、減少眩光、降低噪音) 是當(dāng)前困惑我國(guó)公路喬的一大難題。大孔隙 排水性瀝青路面，因其良好的表面排水、抗滑及降噪功能，日益受到重視。然而 目前普通改性瀝青的排水性瀝青混合料，雖然通過(guò)改性后混合料的綜合性能都得 到了提高，但提高的幅度都很小，從已有的實(shí)體工程來(lái)看，主要還是路面的耐久 性差強(qiáng)人意，出現(xiàn)了早期損害和水損害，表現(xiàn)為剝落、早期松散、甚至是推移、 車轍。特別對(duì)于山區(qū)公路長(zhǎng)上坡路段、匝道轉(zhuǎn)彎路段、城市道路交叉口、公共汽 車停靠站等，這些特殊路段最易產(chǎn)生車轍及推擁病害，如何使這類特殊路段同時(shí) 具有足夠的抗滑性能、強(qiáng)度和耐久性已經(jīng)成為公路界公認(rèn)的大難題。 本文以排水性環(huán)氧改性瀝青混合料為研究對(duì)象，研究其級(jí)配組成、混合料設(shè) 計(jì)及路用性能，以期能對(duì)我國(guó)排水性路面的研究工作及推廣使用提供一些有價(jià)值 的探索性研究成果。 本文首先分析排水性瀝青混合料空隙率的影響因素，通過(guò)均勻設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì) 試驗(yàn)，對(duì)混合料的空隙率與各主要篩孔孔徑的通過(guò)率之間的關(guān)系進(jìn)行回歸，得到 了各主要篩孔孔徑的通過(guò)率與混合料空隙率的響應(yīng)關(guān)系，找出影響混合料空隙率 的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定了排水性環(huán)氧改性瀝青混合料的合理級(jí)配。 之后，通過(guò)各種混合料常規(guī)的結(jié)構(gòu)性能測(cè)試，與其它兩種排水性瀝青混合料的路 用性能試驗(yàn)驗(yàn)證比較，證明了排水性環(huán)氧改性瀝青混合料既具有良好耐久性和強(qiáng) 度性能，又具有優(yōu)越表面抗滑、排水降噪和防腐蝕等功能。 關(guān)鍵詞：排水性；環(huán)氧改性瀝青；均勻設(shè)計(jì)；空隙率；析漏試驗(yàn)；飛散試驗(yàn) A b s t r a c t W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h er o a dc o n s t r u c t i o ni nC h i n ai nr e c e n ty e a r s ，t h e r e q u i r e m e n t st or o a d s f u n c t i o nb e c o m e m o r ea n dm o r es t r i c t I ti sab i gp r o b l e mf o rt h e r o a dc o n s t r u c t e r st ok e e pt h er o a d sp e r f o r mw e l lb o t hi nd u r a b i l i t ya n ds u r f a c ef u n c t i o n ( s k i dr e s i s t a n c e ，w a t e rf o gr e s i s t a n c e ，d a z z l i n gr e d u c t i o n a n dn o i s er e d u c t i o n ) A sa r e s u l t ，p o r o u sa s p h a l tp a v e m e n t ，w i t ht h eg o o ds u r f a c ef u n c t i o no fd r a i n a g e ，s k i d r e s i s t a n c ea n dn o i s er e d u c t i o n ，i sb e i n ge m p h a s i z e dg r a d u a l l y I nt h i sp a p e rt h eg r a d a t i o n ，m i x t u r ed e s i g na n dp e r f o r m a n c eo ft h ep o r o u sa s p h a l t m i x t u r ea r er e s e a r c h e dw i t ht h ea i mt op r o v i d es o m ev a l u a b l er e s u l t st ot h er e s e a r c h a n da p p l i c a t i o no ft h ep o r o u s a s p h a l tp a v e m e n ti nC h i n a F i r s t l yt h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h ep o r o u sa s p h a l t m i x t u r e Sa i rv o i dw e r ea n a l y z e d i nt h i sp a p e r B a s e do nt h eu n i f o r md e s i g na n dp l e n t yo fl a b o r a t o r yt e s t s ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea i rv o i do f t h ep o r o u sa s p h a l tm i x t u r ea n dt h ep a s s i n gr a t i o so fm a i n s i e v es i z e sw a sr e g r e s s e d a n dt h em a i nf a c t o r sa ti n f l u e n c e st h em i x t u r e Sa i rv o i dw a s f o u n d A n dt h e n ，t h er e a s o n a b l eg r a d a t i o no ft h ep o r o u sa s p h a l tm i x t u r ew a s r e c o m m e n d e da c c o r d i n gt ot h ea i m e dr a n g eo ft h ea i rv o i d s T h e ，T h em i x t u r et h r o u g hav a r i e t yo fc o n v e n t i o n a lp e r f o r m a n c et e s t i n g ， a n dc o m p a r e dw i t ho t h e rt w op o r o u sa s p h a l tm i x t u r e ，t op r o v et h a tt h ep o r o u s e p o x y m o d i f i e da s p h a l tm i x t u r ei sn o to n l yag o o dd u r a b i i i t ya n ds t r e n g t h o fp e r f o r m a n c e ，b u ta l s oh a ss u p e r i o ra n t i - s l i d i n gs u r f a c e ，d r a i n a g e ， r e d u c e dn o i s e a n da n t i c o r r o s i o nc a p a b i l i t i e s K E Y W O R D S D r a i n a g e ；E p o x y - m o d i f i e da s p h a l t ；A i rV o i d ；U n i f o r mD e s i g n ； S c h e l l e n b e r gB i n d e rD r a i nD o w nT e s t ；C a n t a b r oT e s t 重慶交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行 研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何 其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn) 的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律 結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位做作者簽名：昂， 會(huì)琴幺 日期：力礦礦孑年?duì)幵麓跞?重慶交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué) 校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查 閱和借閱。本人授權(quán)重慶交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù) 據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論 文。 文作：茜彳臭琴杰燧名伽氐 ? 日期：矽釤年印月r 日 日期穆年 驢月“夕日 第一章緒論 第一章緒論 1 1 研究背景 1 1 1 國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用概況 國(guó)外研究與應(yīng)用 排水性瀝青混合料起源于歐洲。1 9 6 0 年德國(guó)首次建設(shè)此種材料的路面，稱為 P o r o u sA s p h a l t ，即大孔隙或排水型路面；在英國(guó)稱為P e r v i o u sM a c a d a m ，即大空 隙瀝青碎石。在美國(guó)，排水性瀝青混合料一般用作路面的磨耗層，稱為O p e nG r a d e d A s p h a l tF r i c t i o nC o u r s e ，簡(jiǎn)稱為O G F C ，即開級(jí)配瀝青磨耗層。從7 0 年代末以 來(lái)，排水性瀝青混合料在國(guó)外高等級(jí)公路上得到了較多應(yīng)用。例如，比利時(shí)于1 9 7 9 年開始鋪筑了2 7 0 0 m 2 的排水性瀝青路面；法國(guó)在收稅高速公路上1 0 的表面層養(yǎng) 護(hù)也使用了多孔隙瀝青混凝土。白1 9 9 0 年起，因?yàn)槎嗫紫稙r青混合料的堵塞問(wèn)題 和冬季養(yǎng)護(hù)問(wèn)題，法國(guó)這種瀝青混合料用量減少，在市區(qū)道路上不再使用。意大 利高速公路上已大量使用多孔隙瀝青混合料，以減少交通噪聲、改善雨天抗滑性 能和消除濺水的危害。到9 0 年代初，在意大利己鋪筑了1 2 X1 0 6 m 2 的多孔排水性 瀝青面層。荷蘭公共工程部決定在交通量3 5 0 0 0 輛天以上的所有道路上及要求低 噪聲的道路上，特別在高速公路上盡可能使用排水瀝青面層心1 。 歐洲排水性路面的空隙率起初為1 5 ，為防止孔隙堵塞以維持排水功能，設(shè) 計(jì)施工時(shí)往往將空隙率取為2 0 。美國(guó)因排水性路面粒徑較小，以抗滑性能為主， 輕微的堵塞對(duì)抗滑性能不會(huì)有太大影響，因而空隙率只要求1 5 。對(duì)于混合料的 設(shè)計(jì)，歐洲認(rèn)為由于多孔瀝青混合料的特殊粒狀結(jié)構(gòu)，不能采用已有的配合比設(shè) 計(jì)方法，特別是馬歇爾法與劈裂試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)車轍試驗(yàn)的適用性也提出疑問(wèn)。美 國(guó)在O G F C 的配合比設(shè)計(jì)中沒(méi)有采用力學(xué)試驗(yàn)，這是因?yàn)榧河辛艘欢ǖ慕?jīng)驗(yàn)積景， 瀝青用量根據(jù)粗集料的瀝青當(dāng)量，利用經(jīng)驗(yàn)公式算出瀝青用量在6 以上。此外， 還進(jìn)行混合料中瀝青的析漏試驗(yàn)口1 。 日本從8 0 年代后期開始這方面的試驗(yàn)研究。雖然起步較晚，但發(fā)展較快，目 前已形成較為完善的排水性瀝青混合料設(shè)計(jì)方法。為了研究排水路面技術(shù)方面的 課題，日本建設(shè)省委托土木研究所進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，并讓各地建設(shè)局做了試驗(yàn)路， 最終由日本道路協(xié)會(huì)指定并發(fā)行排水路面技術(shù)指南。指南指出，排水路面面層部 分的透水層厚度以4 - 5 c m 為準(zhǔn)，但可根據(jù)性能要求增減厚度。為了評(píng)價(jià)排水性瀝 青路面的耐久性，日本對(duì)車轍、平整度、開裂率等一般的路面性能也進(jìn)行了跟蹤 調(diào)查。跟蹤調(diào)查表明，隨著時(shí)間推移，排水性瀝青路面與普通瀝青路面的車轍變 化量幾乎相同?？梢?jiàn)，排水性瀝青路面面層與普通瀝青路面面層具有同等程度的 第一章緒論 耐久性。日本認(rèn)為，排水性瀝青混合料因在馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)時(shí)與普通瀝青混合 料表現(xiàn)不同，故用馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行排水性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)并不合適，但可 作為參考的試驗(yàn)。此外，由于還沒(méi)有確立與路面使用性能相對(duì)應(yīng)的混合料強(qiáng)度的 試驗(yàn)方法，所以趨向于盡量多使用瀝青，用以確保路面強(qiáng)度。因此，在現(xiàn)行的排 水性混合料的配合比設(shè)計(jì)中，最佳瀝青用量等于最大瀝青用量，而最大瀝青用量 通過(guò)析漏試驗(yàn)確定。為了防止排水性瀝青混合料骨料飛散和滲透水的侵蝕，日本 大約從1 9 9 0 年開始使用專門為排水性瀝青路面研制的高粘度改性瀝青。最近日本 道路公團(tuán)規(guī)定，所有管轄的新建或改建的高速公路表面層必須采用排水性瀝青路 面。 國(guó)內(nèi)研究與應(yīng)用 我國(guó)對(duì)排水型瀝青路面的研究與應(yīng)用起步較晚。排水性瀝青路面結(jié)構(gòu)在我國(guó) 首先是在城市道路上應(yīng)用，北京、廣州等大城市在2 0 世紀(jì)9 0 年代都先后鋪設(shè)了 試驗(yàn)路和實(shí)體工程。 為了提高雨天行車的安全性，降低交通噪音，防止路面積水，改善道路環(huán)境， 杭州在2 0 0 5 年“一縱三橫”的道路整治過(guò)程中大量使用了排水瀝青路面面層。鑒 于排水式瀝青混凝土路面為國(guó)外引入的先進(jìn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)城市道路使用較少，沒(méi)有 現(xiàn)行的施工及驗(yàn)收規(guī)范。在杭州體育場(chǎng)路、曙光路、萬(wàn)松嶺隧道等路面進(jìn)行試驗(yàn) 段工程建設(shè)基礎(chǔ)上，制定了排水式瀝青混凝土面層( o G F C ) 技術(shù)規(guī)定( C J S 0 1 2 0 0 5 ) ， 主要對(duì)原材料質(zhì)量、瀝青混合料路用性能、施工工藝、質(zhì)量驗(yàn)收體系進(jìn)行了規(guī)定， 取得了比較好的建設(shè)效果。 公路行業(yè)在2 0 世紀(jì)9 0 年代后期開始研究使用排水性瀝青路面。2 0 0 0 年，西 安公路研究所伍石生等人開展了“低噪音瀝青路面技術(shù)研究”，并在西安到成陽(yáng) 的高速公路上進(jìn)行了試用，效果良好。由江蘇省省高指、交通部公路公路科學(xué)研 究院和東南大學(xué)聯(lián)合承擔(dān)的江蘇省交通科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目江蘇排水性瀝青路面 應(yīng)用技術(shù)研究，以鹽通高速為依托工程，進(jìn)行了排水性瀝青路面瀝青結(jié)合料性 能研究、標(biāo)準(zhǔn)的制定，開展了重載條件下排水性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法研究， 探討了排水性路面排水機(jī)理及邊緣排水設(shè)計(jì)方法，為今后排水性路面的應(yīng)用和實(shí) 施奠定了理論基礎(chǔ)H 1 。 交通部公路研究所先后在濟(jì)青高速公路，京滬高速公路( 河北段) 鋪設(shè)了試驗(yàn) 路。但路用性能都難以滿足我國(guó)高速公路對(duì)面層混合料的路用性能要求，特別是 車轍性能均在2 0 0 0 次以下。表1 1 為京滬高速公路( 河北段) O G F C 試驗(yàn)路性能 指標(biāo)，從表中看出，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度僅為1 8 0 0 次m m ，不能達(dá)到3 0 0 0 次m m 的 高等級(jí)公路路面規(guī)范要求，更無(wú)適應(yīng)我國(guó)高速公路交通輛大，超載現(xiàn)象嚴(yán)重的情 況，其主要原因是采用改性瀝青粘度較低哺1 。 第一章緒論 表1 1 京滬高速公路( 河北段) O G F O 試驗(yàn)路性能指標(biāo) 瀝青川量密度孔隙率礦料間隙率瀝青飽和度動(dòng)穩(wěn)定度殘罔穩(wěn)定 ( ) ( g m 3 ) ( )( ) ( )( 次m m )度( ) 4 1 2 0 8 3 1 9 22 7 7 3 3 31 8 3 2 8 9 4 1 1 2 已有排水性瀝青混合料的不足 普遍存在的病害 由于排水性瀝青混合料中的粗集料含量較多，達(dá)8 0 左右，瀝青用量必然降 低。而現(xiàn)有的排水性瀝青混合料，使用的普通瀝青或改性瀝青結(jié)合料，出現(xiàn)了較 多的病害，最典型的病害就是骨料的剝落、飛散，其次是車轍病害。已有排水性 瀝青混合料存在的耐久性差，抗疲勞性能、耐老化性能也很有限等問(wèn)題，一方面 與排水性瀝青混合料結(jié)構(gòu)有關(guān)，另一方面與所使用的膠結(jié)料有關(guān)。 1 ) 骨料剝落、飛散 對(duì)于骨架嵌擠型的排水性瀝青混合料，出現(xiàn)骨料剝落、飛散的病害概率棚對(duì) 較高，如圖1 1 。主要是因?yàn)榻Y(jié)合料相對(duì)較少，骨料結(jié)合面小。同時(shí)，后期山于 結(jié)合料老化、雨水侵蝕破壞，會(huì)加速骨料的剝落和飛散，因此排水性瀝青混合料 在保證空隙率的前提條件下，應(yīng)盡量增加瀝青膜的厚度，提高0 0 7 5 m m 的通過(guò)率。 但這樣一來(lái)，由于瀝青膠漿的增多，會(huì)出現(xiàn)離析和堵孔，失去排水性瀝青混合料 的本質(zhì)意義；而且膠漿“潤(rùn)滑劑 的存在，后期經(jīng)過(guò)高溫軟化，甚至出現(xiàn)泛油和 車轍等病害。 圖1 1 骨料錄9 ；苔、色散 2 ) 車轍 車轍是已有的排水性瀝青混合料常見(jiàn)的病害之- - - - 0 車轍分為壓密型車轍和失 穩(wěn)性車轍( 結(jié)構(gòu)性車轍) ，壓密性車轍主要是由于排水性瀝青路面雨：使用過(guò)程中， 瀝青混合料在高溫和外荷載作用下的累積變形，這種累積變形屬于骨架之問(wèn)的剪 切流動(dòng)變形。失穩(wěn)性車轍屬于結(jié)構(gòu)性破壞，一方面是由于骨料級(jí)配偏粗，導(dǎo)致骨 架結(jié)構(gòu)不能形成嵌鎖結(jié)構(gòu)：另一方面是由于路面結(jié)構(gòu)的自下而上的失穩(wěn)破壞。 第一章緒論 研究表明，排水性瀝青混合料的熱穩(wěn)性與瀝青結(jié)合料的粘度有很大相關(guān)性， 瀝青6 0 度粘度越大，混合料熱穩(wěn)定性越好。排水性瀝青混合料一般要求采用高粘 度改性瀝青，日本要求大于2 0 0 0 0 P a S 。車轍如下圖1 2 。 圖1 2 車轍 3 ) 抽吸、唧漿 抽吸、唧漿指基層或水泥混凝土板隙破壞，產(chǎn)生的漿體在荷載作用下反射上 路表，對(duì)于大空隙的排水性瀝青混合料， 相比普通路面，唧漿通過(guò)其較大而且連 通的空隙抽吸至路表，可以在路面無(wú)較 大破壞情況下發(fā)生，如右圖1 3 。 發(fā)生這種病害主要原因是已有排水 性瀝青混合料的失粘，局部出現(xiàn)顆粒飛 散，下層在水和荷載不斷作用下出現(xiàn)破 壞，最終雨水滲透至基層，形成漿液， 反射上來(lái)。 4 ) 局部流動(dòng)變形 流動(dòng)變形經(jīng)常發(fā)生在剎 車、重載路段和轉(zhuǎn)彎路段，表 現(xiàn)為路面整體的滑動(dòng)變形，在 路面投入使用初期比較常見(jiàn)， 大多伴隨著縱向的開裂。出現(xiàn) 這種病害的主要原因是所用的 瀝青結(jié)合料提供的黏聚力不足 夠高，反映到瀝青混合料上就 是整體抗車輛的水平剪切力不 足。如右圖1 4 所示。 圖1 3 抽吸、唧漿 圖1 4 局部流動(dòng)變形 第一章緒論 5 ) 其他病害和破壞形式 汽車漏油對(duì)于路面的破壞比較常見(jiàn)，對(duì)于已有排水性瀝青路面，滲漏的氣油 通過(guò)空隙滲透至排水性瀝青路面的中部或底部，稀釋瀝青，破壞了骨架結(jié)構(gòu)，形 成脫空和空洞，如下圖1 5 所示。這種病害是現(xiàn)有排水性瀝青混合料無(wú)法避免的， 原因是由于其使用的改性瀝青結(jié)合料中，瀝青在結(jié)合料改性后性質(zhì)沒(méi)有改變，只 是一般的物理改性，所以無(wú)法改變它的油類腐蝕性。 圖1 5 其他病害和破壞形 綜合以上現(xiàn)有排水性瀝青典型病害，最直接原因還是現(xiàn)有排水性瀝青混合料 使用的改性瀝青結(jié)合料使用性能不足。針對(duì)這些不足，道路工作者做出了很多研 究，通過(guò)各種改性材料、改性方法來(lái)提高其各種性能，但從已有實(shí)體工程來(lái)看， 因?yàn)椴牧铣杀镜仍?，使用的改性瀝青都沒(méi)有從根本上解決L 述的問(wèn)題。 使用的局限性 排水瀝青路面的特殊路用性能使得它在許多國(guó)家正日益受到重視，歐洲國(guó)家 鋪筑這種路面主要注重其排水、抗滑、降低噪聲功能。美國(guó)稱這種路面為丌級(jí)配 瀝青磨耗層( O G F C ) ，主要注重改善路面抗裂能力，增加抗車轍能力，提高抗滑 性能。同本則除考慮以上路用性能的改善、提高外，還注意考慮用在城市道路時(shí) 對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。我國(guó)現(xiàn)階段注重的主要還是其抗滑性能，但是現(xiàn)有的排水性 瀝青混合料，由于其材料性能上的不足，很多地方不適用，特別是一些特殊路段， 在路面要求具有高強(qiáng)度和高抗滑性能的前提下，現(xiàn)有排水性瀝青混合料表現(xiàn)出其 很大的局限性。現(xiàn)有排水性瀝青路面不適合以下情況： 1 ) 急停急走的公共汽車?？空?2 ) 水平剪切力較大路段，如交叉口、剎車頻繁區(qū)； 3 ) 縱坡較大路段避免使用，如山區(qū)公路長(zhǎng)上坡路段； 4 ) 急彎處等應(yīng)避免使用，如匝道轉(zhuǎn)彎路段； 5 ) 比較容易受到油類污染的路段。 第一章緒論 現(xiàn)有排水性瀝青混合料的不足，使得上述特殊路段在使用排水性瀝青混合料 時(shí)，容易現(xiàn)早期破壞，出現(xiàn)不斷修補(bǔ)不斷破壞的“惡性循環(huán)”。要徹底改變這種 狀況，開發(fā)出一種新的更高性能的混合料是唯一出路。 1 1 3 環(huán)氧改性瀝青混合料的突出性能 環(huán)氧改性瀝青是將環(huán)氧樹脂加入瀝青中，經(jīng)與固化劑發(fā)生固化反應(yīng)，形成不 可逆的固化產(chǎn)物，其固化反應(yīng)使瀝青從熱塑性轉(zhuǎn)變?yōu)闊峁绦?，因此環(huán)氧改性瀝青 具有比普通瀝青優(yōu)異得多的物理、力學(xué)性能，如高強(qiáng)度、優(yōu)良的抗疲勞性能、良 好的耐久性及抗老化性能等嘲。G a l l a g h e r 6 3 7 3 等稱之為熱固性瀝青。 用環(huán)氧改性瀝青所拌制的瀝青混凝土，與普通瀝青混凝土相比較，或者與其 它熱塑性的改性瀝青混凝土相比較，它們?cè)谛阅苌嫌泻艽蟛顒e。環(huán)氧改性瀝青混 凝土的特性主要表現(xiàn)在以下幾方面： 強(qiáng)度高 環(huán)氧改性瀝青混凝土強(qiáng)度高、變形小、剛度大。殼牌石油公司所配制的環(huán)氧 瀝青混凝土，其馬歇爾穩(wěn)定度可以超過(guò)4 5 K N ，而普通瀝青混凝土的穩(wěn)定度僅8 1 2 K N ，相差達(dá)4 5 倍。雖然馬歇爾穩(wěn)定度并不是標(biāo)準(zhǔn)的力學(xué)指標(biāo)，但反映出環(huán)氧 改性瀝青混凝土的高強(qiáng)性能是毫無(wú)疑問(wèn)的哺，。 優(yōu)良的耐疲勞性能 環(huán)氧改性瀝青混凝土由于強(qiáng)度高，故在同樣的疲勞應(yīng)力作用下，表現(xiàn)出極其 優(yōu)良的耐疲勞性能，幾乎是普通瀝青混凝土疲勞壽命的1 0 3 0 倍。 澳大利亞西門大橋管理局曾經(jīng)將瀝青混凝土試件粘貼在鋼板上進(jìn)行應(yīng)變彎曲 疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明環(huán)氧瀝青混凝土的疲勞壽命為5 1 0 6 次，而普通瀝青混 凝土僅0 2 9X1 0 6 次，兩者相差達(dá)1 7 倍之多凹 。 殼牌石油公司對(duì)環(huán)氧改性瀝青混凝土和普通瀝青混凝土分別進(jìn)行了彎曲疲勞 試驗(yàn)，在循環(huán)至破壞時(shí)，其常變形為1 O m ，加載頻率為5 H Z ，試驗(yàn)結(jié)果如表1 2 。 表1 2 環(huán)氧改性瀝青混凝土的彎曲疲勞 T a b I e1 2 B e n d i n gf a t i g u eo fe p o x ya s p h a I tc o n c r e t e 結(jié)合料用量環(huán)氧瀝青混凝土普通瀝青混凝土 6 1 0 1 0 63 0 1 0 4 7 2 0 1 0 6 2 0 1 0 5 第一章緒論 顯然，優(yōu)良的耐疲勞性能是環(huán)氧改性瀝青混凝土的重要特點(diǎn)。因此，采用這 種材料作為道路路面和橋梁以及其它場(chǎng)所的鋪面能夠大大延長(zhǎng)路面或鋪面的使用 壽命。 良好的耐久性 普通瀝青混凝土如有柴油等燃油滲入，將會(huì)使瀝青失去粘結(jié)力而松散。環(huán)氧 瀝青混凝土卻不怕燃油的侵蝕。殼牌石油公司曾經(jīng)做過(guò)有趣的對(duì)比試驗(yàn)，他們將 環(huán)氧瀝青混凝土和普通瀝青混凝土試件分別放在柴油中浸泡，2 4 h 后普通瀝青混 凝土試件已經(jīng)泡軟，棱角松散脫落，而環(huán)氧改性瀝青混凝土經(jīng)過(guò)一個(gè)月浸泡后仍 然完好無(wú)損。 環(huán)氧改性瀝青混凝土的許多性質(zhì)，如強(qiáng)度、剛度、耐久性等方面都與水泥混 凝土十分相似，同時(shí)在很多方面又具有瀝青混凝土的優(yōu)良性能。 1 2 本研究課題的提出 出現(xiàn)的問(wèn)題 對(duì)于山區(qū)公路長(zhǎng)上坡路段、匝道轉(zhuǎn)彎路段、城市道路交叉口、公共汽車?？?站等，這些特殊路段最易產(chǎn)生車轍及推擁病害。這些路段本身就需要比較好的抗 滑性能，但現(xiàn)有排水性瀝青混合料的不足，卻使其在此出現(xiàn)了“失職”。如何使 這類特殊路段同時(shí)具有足夠的抗滑性、強(qiáng)度及耐久性已經(jīng)成為公路界公認(rèn)的大難 題。 解決問(wèn)題的思路 排水性大孔隙路面結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的排水、抗滑、降噪性能；環(huán)氧改性瀝青混 凝土不但具有高強(qiáng)度，而且提供了優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性、 耐化學(xué)腐蝕等性能。環(huán)氧改性瀝青運(yùn)用到排水性路面結(jié)構(gòu)，可以保證排水性環(huán)氧改 性瀝青混合料具有優(yōu)良的路面力學(xué)性能和路面使用性能，從而比較好地解決了道 路工程界中關(guān)于瀝青混合料功能性與結(jié)構(gòu)性能之間的矛盾。特別是針對(duì)上述特殊 路段，要求同時(shí)具有足夠的抗滑性能、強(qiáng)度及耐久性，采用該混合料路面結(jié)構(gòu)就可 以很好解決這類難題。 1 3 主要研究?jī)?nèi)容 我國(guó)對(duì)于排水性瀝青路面的研究還處于起步階段，許多問(wèn)題有待解決。本文 的研究工作以排水性環(huán)氧改性瀝青混合料為對(duì)象，研究其級(jí)配組成、常規(guī)力學(xué)性 能及路用性能。具體的研究?jī)?nèi)容及步驟如下： 第一步，通過(guò)均勻設(shè)計(jì)進(jìn)行排水性瀝青棍合料的影響因素分析，回歸混合料 空隙率與各主要篩孔孔徑通過(guò)率之間的關(guān)系，找到影響空隙率的關(guān)鍵因素。 第一章緒論 第二步，在第一步基礎(chǔ)上，對(duì)于最大公稱粒徑1 3 2 m m 選擇2 0 為目標(biāo)空隙率， 確定排水性環(huán)氧改性瀝青混合料的合理級(jí)配，并進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)。 第三步，對(duì)于確定的最終級(jí)配，選擇S K 高粘、自制高粘改性瀝青和環(huán)氧改性 瀝青作為結(jié)合料，進(jìn)行全面的性能對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證排水性環(huán)氧改性瀝青混合料的 優(yōu)異性能。 第四步，根據(jù)性能試驗(yàn)的結(jié)果，結(jié)合環(huán)氧改性瀝青結(jié)合料的固化特性和排水 性混合料開級(jí)配的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在借鑒已有的實(shí)體工程( 普通環(huán)氧改性瀝青混合料、 普通排水性瀝青混合料施工工藝) 基礎(chǔ)上，提出了排水性環(huán)氧改性瀝青混合料的 施工工藝及控制要點(diǎn)。 8 一 第二章原材料選擇及混合料強(qiáng)度形成機(jī)理 第二章原材料選擇及混合料強(qiáng)度形成機(jī)理 2 1 原材料組成 抗滑表層暴露于大氣，受自然界的各種腐蝕、老化和蛻變作用，同時(shí)又處于 路面的頂面，直接承受車輪的磨光、磨耗、沖擊和壓碎作用，所以抗滑表層的材 料要求是各路面層中最高的，抗滑表層的成敗在很大程度上取決于其材料的品質(zhì)。 抗滑表層所用的集料一定要物理力學(xué)性能優(yōu)秀的礦料，瀝青一定要符合重交通道 路瀝青的標(biāo)準(zhǔn)，在混合料設(shè)計(jì)時(shí)最好采用改性瀝青作為結(jié)合料。 2 1 1 集料 在設(shè)計(jì)排水性瀝青混合料時(shí)時(shí)，考慮到該層既作為路面的抗滑表層又作為排 水層的特點(diǎn)對(duì)材料進(jìn)行選擇。排水性瀝青混合料是一種大孔隙骨架結(jié)構(gòu)，作為路 面抗滑表層與S M A 相似n 。兩者都要形成石一石接觸狀態(tài)，同時(shí)又都作為路表面 的功能層，對(duì)抗磨耗上要求相似。所以在對(duì)集料的選擇上，可以參考我國(guó)關(guān)于S M A 面層設(shè)計(jì)中對(duì)集料的相關(guān)要求。在此基礎(chǔ)上比較已有排水性瀝青路面使用成功經(jīng) 驗(yàn)的其他國(guó)家和地區(qū)對(duì)集料的要求，分析其合理的選擇方法，選擇合理的材料。 粗集料 從排水性瀝青混合料的成型機(jī)理可知，該混合料具備較高的高溫穩(wěn)定性是基 于含量甚多的粗集料之間的嵌擠作用。集料嵌擠作用的好壞在很大程度上取決于 集料石質(zhì)的堅(jiān)韌性、集料的顆粒形狀和棱角性。可以說(shuō)，粗集料的這些性質(zhì)是排 水性瀝青混合料成敗與否的關(guān)鍵。因此，與普通的瀝青混凝土相比，排水性瀝青 混合料對(duì)粗集料的質(zhì)量要求較高，粗集料必須使用堅(jiān)韌的、有棱角的優(yōu)質(zhì)材料， 必須嚴(yán)格限制集料扁平顆粒的含量?；◢弾r、石英巖、砂巖等酸性巖石往往具有 這些性質(zhì)，但是它們與瀝青的粘附性很差，必須采用摻加石灰、水泥即抗剝離劑 等措施。相比較而言偏堿性巖石玄武巖即能滿足這些性質(zhì)與瀝青的粘附性能也不 錯(cuò)，建議采用破碎較好的玄武巖作為排水性瀝青混合料的粗集料。 美國(guó)的試驗(yàn)證明，洛杉磯磨耗損失是粗集料的堅(jiān)韌性的重要指標(biāo)，與集料抗 破碎性能有良好的關(guān)系，如果洛杉磯磨耗損失小于2 0 符合最小的V M A 的要求就 不困難。參考美國(guó)的規(guī)范，要滿足洛杉磯磨耗損失不大于3 0 的要求。 粗集料的針片狀顆粒含量是個(gè)重要指標(biāo)。有研究表明，集料的破損情況與粗 集料的針片狀顆粒含量關(guān)系密切。我國(guó)采石場(chǎng)集料破碎機(jī)械比較落后，針片狀顆 粒含量超標(biāo)比較的問(wèn)題非常突出。參考美國(guó)對(duì)于針片狀含量的要求與我國(guó)S M A 對(duì) 針片狀含量要求，規(guī)定要求針片狀含量不大于1 5 。為了達(dá)到這一要求，必須改 變顎板式破碎為錘擊式才有可能。 第二章原材料選擇及混合料強(qiáng)度形成機(jī)理 考慮到排水性瀝青混合料是大孔隙混合物，建議要增加說(shuō)石料的壓碎值的要 求，我國(guó)在公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范( J T J 0 3 2 9 4 ) 規(guī)定的抗滑表層的基 礎(chǔ)上對(duì)抗壓碎性能適當(dāng)提高。因?yàn)榕潘詾r青混合料要達(dá)到很好石一石接觸狀態(tài)， 形成嵌擠結(jié)構(gòu)與S M A 在這方面的要求是一致的，參照我國(guó)對(duì)S M A 的規(guī)定，要求壓 碎值不能超過(guò)2 5 j 吸水率要求不大于2 。由于排水性瀝青混合料的粗集料在與 S M A 的粗集料在形成最終混合料的機(jī)理上是一致的，所以排水性瀝青混合料對(duì)粗 集料要求可以參照S M A 對(duì)粗集料要求。 細(xì)集料 細(xì)集料最好使用堅(jiān)硬的人工砂，是因?yàn)槿斯ど坝邢喈?dāng)好的粗糙度，混合料抗 車轍能力強(qiáng)。人工砂是利用堅(jiān)硬的石料反復(fù)破碎而制成的，它具有一定的粗細(xì)級(jí) 配，不同于從石屑中篩分出來(lái)的細(xì)顆粒碎屑，但比石屑的石粉數(shù)量要少，在采用 人工砂確實(shí)有困難時(shí)，細(xì)集料必須摻加一部分石質(zhì)堅(jiān)硬的石屑和粗砂，不宜全部 使用天然砂。美國(guó)規(guī)范要求細(xì)集料應(yīng)該滿足堅(jiān)固性、棱角含量的要求。我國(guó)的S M A 對(duì)細(xì)集料有堅(jiān)固性、表面粗糙度、棱角性、砂當(dāng)量的要求。通過(guò)分析可以看出， 細(xì)集料的堅(jiān)固性越大則耐久性就越好：細(xì)集料的表面粗糙度和棱角性對(duì)提高馬歇 爾穩(wěn)定度和車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度效果明顯，對(duì)排水性瀝青混合料就非常重要。在 這些要求上與S M A 是一致的，因此在排水性瀝青混合料中對(duì)細(xì)集料的要求可以采 用公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范( J T J 0 3 2 - 9 4 ) 中規(guī)定的指標(biāo)。 填料 礦粉在瀝青混合料中的作用至關(guān)重要，瀝青只有吸附在礦粉表面形成薄膜， 才能對(duì)其他粗細(xì)集料產(chǎn)生粘附作用，所以瀝青礦粉混合料才是真正的瀝青結(jié)合料。 因?yàn)榕潘詾r青混合料是一種孔隙很大的混合料，提高其排水抗滑的同時(shí)降低了 混合料的耐久性，要提高其耐久性粘結(jié)料的作用就非常重要，所以對(duì)礦粉的質(zhì)量 應(yīng)該嚴(yán)格要求。盡量采用磨細(xì)的石灰石粉。采用磨細(xì)石灰石粉、石灰石礦粉的親 水系數(shù)都小于1 ，與瀝青有良好的粘附性。同時(shí)礦粉的細(xì)度也應(yīng)滿足要求，小于 o 0 7 5 m m 的含量應(yīng)大于7 5 。礦粉必須存放在室內(nèi)干燥的地方，在使用時(shí)必須干 燥，不成團(tuán)。 本研究課題粗集料采用玄武巖碎石，規(guī)格為S I O 、S 1 2 、S 1 4 ；細(xì)集料為石灰 石，規(guī)格S 1 6 ，填料采用石灰石磨細(xì)礦粉。各種集料的顆粒組成見(jiàn)表2 1 ；根據(jù)選 用集料檢測(cè)其性能，實(shí)測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表2 2 第二章原材料選擇及混合料強(qiáng)度形成機(jī)理 表2 1各種集料的顆粒組成 通過(guò)下列篩孔的( 質(zhì)量) 百分率 ( ) 規(guī)格 1 6 01 3 29 54 7 52 3 6 1 1 80 6O 30 1 50 0 7 5 S I O1 0 0 07 6 84 10 10 1O 10 1O 1 0 10 1 S 1 21 0 0 0 9 7 62 3OOOO00 S 1 41 0 0 08 9 35 10 3 00O0 S 1 61 0 0 08 2 95 3 62 6 61 1 O 5 61 9 礦粉 1 0 0 09 9 19 2 4 表2 2 各種集料的實(shí)測(cè)性能指標(biāo) 措 石料壓洛杉磯磨 毛體積相表觀相對(duì) 針片狀含量( ) 吸水率 癬薪 碎值耗值損失 粒徑 粒徑 對(duì)密度密度 ( ) 轡( )( ) 9 5 m m9 5 m m 、 S 1 01 2 46 42 7 6 02 8 9 57 8O 5 9 S 1 2 | 2 8 3 62 9 2 3 | 1 1 6O 8 0 S 1 5 tl 2 8 1 52 9 2 9 |l| S 1 6 | 2 6 9 32 7 6 4 ll| 礦粉tl| 2 7 1 2 l| 技術(shù)要求 2 52 8 | 2 6 0 01 21 82 O 2 1 2 結(jié)合料 瀝青具有黏性和彈性，其表現(xiàn)為流動(dòng)性和抗流動(dòng)性。高溫下，黏性占主導(dǎo)地 位，瀝青易流動(dòng)；低溫下，彈性占主導(dǎo)地位，瀝青表現(xiàn)出抗流動(dòng)性。這些特性表 現(xiàn)為用瀝青鋪設(shè)的路面，在夏天高溫季節(jié)，重載荷作用下易出現(xiàn)車轍，在冬天寒 冷季節(jié)，易出現(xiàn)溫縮裂縫，這主要是由于瀝青在高溫條件下抗拉強(qiáng)度較低，而低 溫條件下脆性大、柔韌性差。排水性瀝青混合料少油大空隙率的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)路 面材料的強(qiáng)度、變形穩(wěn)定性和疲勞耐久性等提出了較高的要求，同時(shí)在使用性能 上又提出了高黏結(jié)性和強(qiáng)透水等特殊要求。顯然，如此高的性能要求是普通瀝青 所無(wú)法勝任的，必須使用改性瀝青。 改性瀝青一般是指聚合物改性瀝青，用于改性的聚合物種類很多，一般常用 的有天然橡膠( N R ) 、丁苯橡膠( S B R ) 、苯乙烯丁二烯嵌段共聚物( S B S ) 、聚乙烯( P E ) 、 乙烯醋酸乙烯共聚物( E V A ) 及環(huán)氧樹脂( E P ) 等n 刳。國(guó)內(nèi)主要通過(guò)填料和交聯(lián)材料改 第二章原材料選擇及混合料強(qiáng)度形成機(jī)理 性瀝青剛鍆。國(guó)外既有采用橡膠n 司又有采用環(huán)氧樹脂n 5 1 8 1 來(lái)改性瀝青的?？v觀國(guó)內(nèi) 外采用的改性方法，除采用環(huán)氧樹脂改性方法外很難做到能同時(shí)提高瀝青材料的 黏附力、拉伸強(qiáng)度及斷裂延伸率。因此本課題利用具有優(yōu)異性能的環(huán)氧改性瀝青 來(lái)作為結(jié)合料。 在國(guó)內(nèi)環(huán)氧改性瀝青研究沒(méi)有成熟的情況下，本課題直接以美國(guó)進(jìn)口的環(huán)氧 改性瀝青材料。該體系分為A 、B 組分，使用時(shí)直接按一定的比例( A ：B = I ：5 8 5 ) 混和。各組分及混和后的技術(shù)指標(biāo)如表2 3 2 5 。 表2 3 組分A 技術(shù)指標(biāo) 技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)值 試驗(yàn)方法 粘度( 2 3 C ，泊) 1 1 0 1 5 0A S T MD 4 4 5 環(huán)氧當(dāng)量( 含1 克環(huán)氧當(dāng)量的材料克數(shù)) 1 8 5 1 9 2 A S T MD 1 6 5 2 顏色、加德納( G a r d n e r ) 4A S T M9 1 5 5 4 含水量( )O 0 5 A S T M9 1 7 4 4 閃點(diǎn)( 克立夫蘭敞口杯，) 2 0 0A S T MD 9 2 比重( 2 3 ) 1 1 6 1 1 7A S T MD 1 4 7 5 外觀透明琥珀?duì)钅恳?表2 4 組分B 技術(shù)指標(biāo) 試驗(yàn)值 項(xiàng)目試驗(yàn)方法 I d 型V 型 粘度( P 1 0 0 ，厘泊) 8 0 0 1 4 0布氏粘度計(jì) 比重( 2 3 )0 9 8 1 0 20 9 8 1 0 2A S T MD1 4 7 5 顏色黑黑 目視 酸值( m g ，氫氧化鉀克) 6 0 8 04 0 6 0A S T MD6 6 4 閃點(diǎn)( 克立夫蘭敞口杯) 2 5 0 2 0 0A S T MD9 2 表2 5組分A 和組分B 混合并固化后技術(shù)指標(biāo) 試驗(yàn)值 技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)方法 類型I d類型V 重量比( A ：B )1 0 0 4 4 51 0 0 5 8 5 抗拉強(qiáng)度( 2 3 C ，M p a ，最小值) 6 91 5A S T M D 6 3 8 斷裂時(shí)的延長(zhǎng)率( 2 3 ，最小百分比)1 9 02 0 0A S T M D 6 3 8 熱固性( 3 0 0 ，)不熔化不熔化小試件放置在熱板上 在1 2 1 C 下粘度增加至1 P a S 的時(shí)間( 分鐘) 2 0 5 0參見(jiàn)試驗(yàn) 第二章原材料選擇及混合料強(qiáng)度形成機(jī)理 由于排水性瀝青混合料是骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，粗集料用料高達(dá)7 0 以上，采用普 通瀝青難以實(shí)現(xiàn)骨料之間的相互約束限制作用，現(xiàn)有排水性瀝青混合料一般采用 高粘度改性瀝青，其中6 0 C 動(dòng)力粘度是關(guān)鍵性指標(biāo)。為了本課題的研究，在性能 測(cè)試時(shí)要進(jìn)行排水性環(huán)氧改性瀝青混合料與現(xiàn)有排水性高粘度改性瀝青混合料的 比較，現(xiàn)給出高粘度改性瀝青混合料的技術(shù)要求如下表2 6 ，方便理解。 表2 6 高粘度改性瀝青技術(shù)要求 二父 我國(guó)技術(shù)規(guī)范 日本技術(shù)要求 檢測(cè)項(xiàng)目、 針入度( 2 5 C ，l O O g ，5 s ) ( 0 1 m m ) 4 04 0 軟化點(diǎn)( ) 8 08 0 延度( 1 5 ) ( c m ) 5 07 0 閃點(diǎn)( )2 6 02 8 0 粘韌性( 2 5 ) ( N m ) 2 02 0 韌性( 2 5 ) ( N m ) 1 51 5 6 0 C 粘度( P a s ) 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0 質(zhì)量變化( ) 0 3 殘留針入度比( )7 5 2 2 混合料強(qiáng)度形成原理 2 2 1 瀝青混合料的強(qiáng)度原理 瀝青混合料作為一種重要的建筑材料，已被廣泛用于公路路面的修筑。然而， 這種材料在荷載( 大氣環(huán)境荷載和行車荷載) 的作用下，常常會(huì)發(fā)生軟化、推移、 擁包、車轍、疲勞裂縫和溫度裂縫等破壞現(xiàn)象，直接影響到路面的使用品質(zhì)。這 些破壞現(xiàn)象的發(fā)生，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，是由于某種強(qiáng)度的不足所致心們乜1 3 m 1 。瀝青 混合料是由礦質(zhì)骨料和瀝青膠結(jié)料所組成的復(fù)合材料，它是一種具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)的多相分散體系3 。具有這種空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的瀝青混合料，其強(qiáng)度構(gòu)成源于兩 個(gè)方面：是由于瀝青的存在而產(chǎn)生的粘結(jié)力；是由于骨料的存在而產(chǎn)生的摩 阻力2 4 一囂3 。 瀝青與礦質(zhì)集料之間相互作用是瀝青混合料結(jié)構(gòu)變形特性的決定性因素。瀝 青與礦質(zhì)集料相互作用后，瀝青在礦料表面產(chǎn)生化學(xué)組分的重新排列，在礦料表 面形成一層厚度為6 。的擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜，如圖2 1 所示，在此膜厚度以內(nèi)的瀝青稱為 結(jié)構(gòu)瀝青，此膜以外的瀝青稱為自由瀝青。結(jié)構(gòu)瀝青與礦料之間發(fā)生相互作用， 第二章原材料選擇及混合料強(qiáng)度形成機(jī)理 1 4 ，_ 一 同時(shí)結(jié)構(gòu)瀝青的性質(zhì)有所改變，而自由瀝青與礦料距離較遠(yuǎn)，沒(méi)有與礦料發(fā)生相 互作用，僅將分散的礦料粘結(jié)起來(lái)，并保持原來(lái)的性質(zhì)。 ( 鳶醪至 y N 圖2 1瀝青與礦粉交互作用結(jié)構(gòu)圖 如果顆粒之間接觸處由擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜所聯(lián)結(jié)( 2 I b ) ，則促成瀝青具有更高的 粘滯度和更大的擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜的接觸面積，從而可以獲得更大的顆粒粘結(jié)力，從而 增加了礦料之間的剪切力。反之，如顆粒之間接觸處為自由瀝青所聯(lián)結(jié)( 如圖 2 1 c ) ，則具有較小的粘結(jié)力，顆粒之間的剪切應(yīng)力相應(yīng)也較小。 按照物理化學(xué)觀點(diǎn)，瀝青與礦料之間的相互作用過(guò)程是一個(gè)比較復(fù)雜的、多 種多樣的吸附過(guò)程，它們包括瀝青層被礦物表面的物理吸附過(guò)程、瀝青一礦料接 觸面上進(jìn)行的化學(xué)吸附過(guò)程、以及瀝青組分對(duì)礦料的選擇性吸附過(guò)程。 固體或液體的表面和它進(jìn)行接觸的液態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)分子的粘結(jié)性質(zhì)，以及對(duì) 氣體或液體的吸著現(xiàn)象稱為吸附。吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種形態(tài)，當(dāng)吸 附物質(zhì)( 吸附劑) 與被吸附物質(zhì)之間僅有分子作用力( 即范德化力) 存在時(shí)，則 產(chǎn)生物理吸附；當(dāng)接觸的兩相( 瀝青和礦料) 形成化合物時(shí)，則產(chǎn)生化學(xué)吸附。 在引力作用下發(fā)生的物理吸附作用，會(huì)在礦料表面形成瀝青的定向?qū)樱藭r(shí)， 被吸附的瀝青不發(fā)生任何化學(xué)變化。在化學(xué)吸附的情況下，被吸附的瀝青發(fā)生化 學(xué)變化。但是，化學(xué)吸附僅觸及被吸附物質(zhì)的一層分子，而物理吸附時(shí)，實(shí)際上 可能形成幾個(gè)分子厚度的吸附層。 所謂瀝青組分向礦料的選擇性吸附，就是一相物質(zhì)中的某一特定組分由于擴(kuò) 散作用沿著另一相的微孔滲入其內(nèi)部。當(dāng)瀝青與礦料相互作用時(shí)，選擇性擴(kuò)散吸 附性能主要取決于礦料的表面性質(zhì)、空隙狀況以及瀝青的組分與活性。 第二章原材料選擇及混合料強(qiáng)度形成機(jī)理 2 2 2 排水性環(huán)氧改性瀝青混合料強(qiáng)度分析 排水性環(huán)氧改性瀝青混合料屬于開級(jí)配瀝青混凝土，其混合料結(jié)構(gòu)為骨架一 空隙結(jié)構(gòu)。排水性環(huán)氧改性瀝青混合料的強(qiáng)度雖然也是由兩部分組成，但是兩部 分提供的強(qiáng)度都很大，而不像傳統(tǒng)的瀝青混合料，要不就主要由結(jié)合料的粘結(jié)力 提供強(qiáng)度，要不就主要由粗集料的嵌擠提供強(qiáng)度，真是魚和熊掌不可兼得。排水 性環(huán)氧改性瀝青混合料，既具有粗集料“石一石”的高嵌擠力，又有細(xì)集料、瀝 青及礦粉組成的混合物經(jīng)固化的固化物整體，形成高強(qiáng)的粘結(jié)力，故不僅結(jié)構(gòu)強(qiáng) 度非常高，而且混合料溫度穩(wěn)定性能也很好。而其他類型的排水性瀝青混合料， 是以嵌擠力為主，瀝青的內(nèi)聚力為輔形成結(jié)果強(qiáng)度，一般其耐久性能都不理想。 下面分別分析結(jié)合料和集料級(jí)配提供強(qiáng)度的形成機(jī)理。 結(jié)合料 環(huán)氧改性瀝青結(jié)合料對(duì)混合料提供的強(qiáng)度由環(huán)氧樹脂固化物和環(huán)氧改性瀝青 固化物及環(huán)氧改性瀝青與集料之間的粘結(jié)力所構(gòu)成。 1 ) 環(huán)氧樹脂固化物 根據(jù)環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)機(jī)理可知，環(huán)氧樹脂發(fā)生固化反應(yīng)所需要的固化劑 的量是一定的，也就是說(shuō)，按一定比例混合的環(huán)氧樹脂和固化劑能夠完全固化。 而且，根據(jù)環(huán)氧樹脂的性質(zhì)及其性能可以知道，環(huán)氧樹脂固化物的強(qiáng)度是可靠的。 2 ) 環(huán)氧改性瀝青固化物 7 在介質(zhì)存在的情況下，環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大的環(huán)氧瀝青混合體系加入固化 劑后可以形成熱固性的固化物，環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí)則仍然是熱塑性的。 從理論上講，環(huán)氧瀝青混合溶液中，只要環(huán)氧樹脂、固化劑所組成的這一相作為 連續(xù)相，而瀝青作為分散相的時(shí)候，環(huán)氧樹脂和固化劑才能形成一個(gè)熱固性的連 續(xù)整體將瀝青顆粒固定。如果瀝青是連續(xù)相，環(huán)氧樹脂和固化劑作為分散相即便 是發(fā)生了固化反應(yīng)，也只能以小顆粒的形式分散在瀝青中，這種情況下，瀝青仍 然是熱塑性的洶】。 黃坤等嚙1 曾對(duì)環(huán)氧瀝青固化物做過(guò)提取實(shí)驗(yàn)和紅外光譜分析，實(shí)驗(yàn)使用的殼 牌9 0 # 瀝青的成分主要是飽和烷烴，可能含有少量的芳香烴和硝基化合物，基本 沒(méi)有活性的官能團(tuán)。環(huán)氧瀝青固化物的提取實(shí)驗(yàn)中，固化物的正己烷一丙酮提取物 的質(zhì)量占固化物總量的5 1 1 0 ，結(jié)果表明：提取物的質(zhì)量與加入的瀝青質(zhì)量相當(dāng)。 提取物的紅外光譜和瀝青的紅外光譜吻合，表明其中絕大部分是瀝青，少部分可 能是非活性的增容劑或者未聚合的單體。因此被提取出來(lái)的黑色物質(zhì)就是瀝青。 這證明瀝青沒(méi)有參與環(huán)氧樹脂和固化劑的交聯(lián)聚合反應(yīng)，而是以顆粒的形式被環(huán) 氧樹脂和固化劑固定住。將環(huán)氧瀝青的固化物加熱，固化物不會(huì)熔化，瀝青也不 第二章原材料選擇及混合料強(qiáng)度形成機(jī)理 會(huì)析出。環(huán)氧瀝青固化物的熱固性是環(huán)氧樹脂和固化劑賦予的，是環(huán)氧樹脂和固 化劑作為連續(xù)相并且發(fā)生了熱固性反應(yīng)的結(jié)果。 3 ) 環(huán)氧改性瀝青與集料之間的粘結(jié)力 對(duì)于結(jié)合料而言，它是由瀝青、環(huán)氧樹脂、固化劑和介質(zhì)組成的混合物。環(huán) 氧樹脂固化后，具有較好的穩(wěn)定性，收縮性小，在熱固性樹脂中是最好的一種。 其粘結(jié)性能優(yōu)良，既可以在常溫下固化，也可以在高溫下固化。固化物具有較高 的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)其抗拉強(qiáng)度可達(dá)4 6 7 0 M P a ，抗彎拉強(qiáng)度可達(dá)9 0 - 1 2 0M p a 瑚。 通過(guò)加入介質(zhì)，理論上，經(jīng)過(guò)足夠時(shí)間固化反應(yīng)后的固化產(chǎn)物是一種不可逆的物 質(zhì)，這種物質(zhì)具有足夠的強(qiáng)度，具有高溫( 3 0 0 ) 不熔、低溫( 一1 5 C ) 不脆的 特點(diǎn)，單純依靠這種固化產(chǎn)物本身的強(qiáng)度足以承受路面上的行車荷載。而我們知 道，石料本身的強(qiáng)度用作路面材料也是沒(méi)有任何問(wèn)題的，在瀝青混凝土路面上出 現(xiàn)的種種破壞現(xiàn)象，無(wú)不是由于瀝青本身的不良性能引起的，包括瀝青的材料性 能和它與石料的粘結(jié)能力等。 東南大學(xué)的閔召輝等人口門通過(guò)剪切黏附試驗(yàn)方法，分別采用環(huán)氧瀝青和普通 瀝青作為結(jié)合料，采用花崗巖和石灰?guī)r兩種石料，在不同溫度下進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果 表明，環(huán)氧瀝青與石料之間的黏附剪切強(qiáng)度遠(yuǎn)大于普通瀝青與石料之間的黏附剪 切強(qiáng)度，且石料的酸堿性對(duì)環(huán)氧瀝青的黏附剪切強(qiáng)度影響較小。 從物理化學(xué)角度觀察，環(huán)氧瀝青與集料的相互作用為一種黏合作用，這種