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    環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油性能室內(nèi)試驗(yàn)研究

    2022-03-22 03:12:22萬曉敏
    公路交通技術(shù) 2022年1期
    關(guān)鍵詞:粘層環(huán)氧樹脂乳化

    萬曉敏

    (上海成基市政建設(shè)發(fā)展有限公司, 上海 200336)

    近年來,隨著我國(guó)運(yùn)營(yíng)道路規(guī)模的不斷攀升,道路交通量的不斷增大,運(yùn)營(yíng)2年以上的路面均出現(xiàn)了不同程度的破壞,尤其是一些瀝青路面因車輛輪胎的磨耗及瀝青材料的老化等原因,出現(xiàn)了如坑槽、剝落、開裂等病害,這既影響道路的正常使用,又增大了路面的運(yùn)營(yíng)維修成本[1-2]。因此,為解決這種病況,加鋪超薄瀝青功能磨耗層成為了目前路面養(yǎng)護(hù)的方案之一,而粘層油則是新老路面穩(wěn)固粘結(jié)的核心問題。超薄瀝青磨耗層更需要粘結(jié)性能、耐久性能等強(qiáng)勁的粘層油,才能高效、充分發(fā)揮其作用,改善原有路面面層的功能及行駛質(zhì)量[3-5]。

    目前,粘層油一般采用乳化瀝青或改性乳化瀝青等材料,但使用效果僅勉強(qiáng)符合標(biāo)準(zhǔn),尤其是在高溫條件下,其性能往往較差[6-10]。而環(huán)氧樹脂乳化瀝青在鋼橋面鋪裝中已被廣泛使用,該種材料不僅韌性好、強(qiáng)度高、粘結(jié)性強(qiáng),還具有耐高溫性能。在理論上,存在替換普通乳化瀝青,作為新型粘層油用于路面養(yǎng)護(hù)工程的可能性[11-12]。

    因此,本文主要通過對(duì)比在瀝青板間灑布環(huán)氧樹脂乳化瀝青和普通乳化瀝青2種粘層油后,在不同溫度、灑布量等條件下試件的剪切強(qiáng)度與拉拔強(qiáng)度,研究環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油的性能影響因素及優(yōu)勢(shì),以利于其在后續(xù)實(shí)際工程中的應(yīng)用。

    1 材料與試驗(yàn)方法

    1.1 乳化瀝青

    采用水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青進(jìn)行試驗(yàn),加水混合水性環(huán)氧樹脂固體含量50%,親水性較好[13-14]。為了對(duì)比環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青性能,本文選用普通乳化瀝青作為對(duì)照組進(jìn)行試驗(yàn),2種改性乳化瀝青的性能指標(biāo)如表1所示。

    1.2 試驗(yàn)方案

    1.2.1 試驗(yàn)?zāi)P?/p>

    為研究乳化瀝青粘層油的性能,需模擬路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘層試驗(yàn),選用瀝青+瀝青的路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)構(gòu)模型如圖1所示,其中上層材料為AC-13,下層為AC-20。

    圖1 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)模型

    1.2.2 制模

    試驗(yàn)前,需要制備結(jié)構(gòu)模型試件。首先采用輪碾法制備AC-13與AC-20瀝青車轍板,板尺寸均為30 cm×30 cm×5 cm,車轍板制備完成后,在下層AC-20板面均勻?yàn)⒉颊硨佑?,灑布量根?jù)后續(xù)強(qiáng)度試驗(yàn)需求確定。然后將下層板在常溫下養(yǎng)生12 h~24 h后采取靜壓成型方法加鋪上層板,并在冷卻后脫模。雙層板試件制備完成后,需對(duì)試件進(jìn)行鉆芯,鉆芯直徑與高度均為10 cm。

    1.2.3 強(qiáng)度試驗(yàn)

    1) 直剪試驗(yàn)

    為了研究溫度、粘層油灑布量對(duì)剪切強(qiáng)度的影響,進(jìn)行了直剪試驗(yàn)。試驗(yàn)儀器為HTZJ-1型直剪試驗(yàn)儀。試驗(yàn)前需控制試件溫度,采用溫控箱控制試驗(yàn)溫度,恒溫1 h以上即可開始,試驗(yàn)需迅速完成。試驗(yàn)溫度主要選擇20 ℃、40 ℃、60 ℃三個(gè)溫度檔位,灑布量分為0.4 L/m2、0.6 L/m2、0.8 L/m2和1 L/m2。試驗(yàn)時(shí),主要控制豎向應(yīng)力。

    2) 浸水剪切試驗(yàn)

    為了研究材料的耐水性,進(jìn)行了浸水后的剪切試驗(yàn)。在豎向應(yīng)力為0.2 MPa時(shí),將試件置于不同溫度的水中浸泡48 h后進(jìn)行試驗(yàn),對(duì)照組為在空氣中靜置48 h后進(jìn)行試驗(yàn)。試件粘層油灑布量均為0.8 L/m2。浸水殘留強(qiáng)度比η計(jì)算公式如下:

    (1)

    式中:ρa(bǔ)為靜置空氣中試件的剪切強(qiáng)度,MPa;ρw為浸泡在水中的試件的剪切強(qiáng)度,MPa。

    3) 拉拔試驗(yàn)

    為了研究溫度、灑布量對(duì)粘層油拉拔強(qiáng)度的影響,進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)。試驗(yàn)主要采用層間粘結(jié)拉拔儀進(jìn)行,試驗(yàn)溫度主要選擇20 ℃、40 ℃、60 ℃三個(gè)溫度檔位,灑布量分為0.4 L/m2、0.6 L/m2、0.8 L/m2和1 L/m2。

    2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

    2.1 剪切試驗(yàn)

    在不同試驗(yàn)溫度下,對(duì)粘層油用量為0.6 L/m2的試件進(jìn)行了直剪試驗(yàn),結(jié)果如圖2所示。

    從圖2中可知,在不同豎向應(yīng)力條件下,2種粘層油試件隨溫度的變化趨勢(shì)相同,即溫度越低,剪切強(qiáng)度越大,在同一溫度條件下,灑布環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油試件的剪切強(qiáng)度明顯優(yōu)于灑布普通乳化瀝青粘層油的試件,大約高出12%,這表明環(huán)氧乳化瀝青粘層油具有更好的粘結(jié)強(qiáng)度。

    當(dāng)試驗(yàn)溫度為20 ℃時(shí),研究了灑布不同用量粘層油試件的剪切強(qiáng)度,結(jié)果如圖3所示。

    (a) 環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油

    (b) 普通乳化瀝青粘層油

    (a) 環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油

    (b) 普通乳化瀝青粘層油

    從圖3可見,當(dāng)環(huán)氧樹脂瀝青粘層油灑布量為0.8 L/m2時(shí),試件在各豎向應(yīng)力條件下均基本達(dá)到剪切強(qiáng)度的最大值,這表明在兩瀝青層間灑布粘層油時(shí),存在最佳灑布量。環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油的最佳灑布量約為0.8 L/m2,普通乳化瀝青粘層油的最佳灑布量為0.8 L/m2~1 L/m2。

    2.2 浸水剪切試驗(yàn)

    為了研究粘層油的層間耐水粘結(jié)性能,進(jìn)行了浸水后的剪切試驗(yàn),結(jié)果如表2和圖4所示。

    表2 浸水剪切強(qiáng)度

    圖4 浸水殘留強(qiáng)度比

    從表2和圖4可知:1) 浸水后的剪切強(qiáng)度均小于不浸水的,但溫度越高其浸水殘留強(qiáng)度比越大,這表明溫度越高浸水后的剪切強(qiáng)度流失越小,或不浸水時(shí)溫度越高其剪切強(qiáng)度下降越快;2) 當(dāng)溫度較低時(shí),普通乳化瀝青粘層油浸水后的剪切強(qiáng)度流失程度與環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油相差無幾,但當(dāng)溫度升高后,普通乳化瀝青粘層油的浸水殘留強(qiáng)度比在上升,但上升幅度小于環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油的。以上分析表明,環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油在耐高溫性能、耐水粘結(jié)性能方面較優(yōu),可在高溫、浸水情況下,有效減少層間粘結(jié)性能的流失,更好地保持粘層功能。

    2.3 拉拔試驗(yàn)

    在不同溫度下對(duì)灑布2種粘層油的試件進(jìn)行拉拔試驗(yàn),結(jié)果如表3所示。

    從表3中可知:1) 當(dāng)溫度較低時(shí),在各種灑布量下試件的拉拔強(qiáng)度均較高;2) 在不同溫度條件下,灑布量為0.8 L/m2時(shí),試件的拉拔強(qiáng)度值最大;

    表3 不同溫度下試件的拉拔強(qiáng)度

    3) 在其他試驗(yàn)條件相同時(shí),灑布不同粘層油的2組試件,其拉拔強(qiáng)度值相近,當(dāng)環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油的試件在最佳灑布量(0.8 L/m2)時(shí),其拉拔強(qiáng)度較普通乳化瀝青的高約5%。

    3 結(jié)論

    1) 試驗(yàn)溫度越低時(shí),不同粘層油的剪切強(qiáng)度和拉拔強(qiáng)度均越高。

    2) 剪切強(qiáng)度和拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)表明,環(huán)氧乳化瀝青粘層油均有最佳灑布量,約為0.8 L/m2。

    3) 環(huán)氧乳化瀝青粘層油試件直剪強(qiáng)度明顯優(yōu)于普通乳化瀝青粘層油試件,而拉拔強(qiáng)度差距較小,前者較后者的剪切強(qiáng)度和拉拔強(qiáng)度分別約高出12%和5%。

    4) 環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘層油的耐高溫及耐水粘結(jié)性能更優(yōu)于普通乳化瀝青,可在溫度較高的水中浸泡下,保持較高的粘結(jié)性能。

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