我國(guó)對(duì)環(huán)氧瀝青的研究起步較晚，最初研究主要用于修補(bǔ)路面裂縫。同濟(jì)大學(xué)呂偉民等人首先組織研究團(tuán)隊(duì)展開(kāi)環(huán)氧瀝青混合料的配制原理、配制方法、熱拌、冷拌環(huán)氧瀝青混合料的物理力學(xué)性質(zhì)等方面的研究;長(zhǎng)沙理工大學(xué)、東南大學(xué)等系統(tǒng)地開(kāi)展了鋼橋面鋪裝技術(shù)的研究工作，慢慢形成了環(huán)氧瀝青混合料鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工成套技術(shù);華南理工大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)、重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司等科研單位依托國(guó)內(nèi)一些大跨徑鋼橋面鋪裝工程案例，均開(kāi)展了鋼橋面鋪裝研究，主要研究?jī)?nèi)容包括鋪裝層的受力特點(diǎn)、環(huán)氧樹(shù)脂防水粘結(jié)層、環(huán)氧瀝青及混合料性能指標(biāo)及混合料配合比設(shè)計(jì)等內(nèi)容，已取得階段性研究成果。
環(huán)氧瀝青及混合料制備技術(shù)
制備原理與方法
溶解度參數(shù)相近的高分子材料，由相似相溶原則可知其相容性較好，石油瀝青的主要成分是脂肪烴類和芳香烴類的混合物，這些組分與環(huán)氧樹(shù)脂的溶解度參數(shù)分別為8.66和10.36，差別比較明顯。此外在極性方面，石油瀝青的介電常數(shù)一般為2.6～3.0，環(huán)氧樹(shù)脂介電常數(shù)為3.9，兩者差別同樣較大。在分子結(jié)構(gòu)方面，環(huán)氧樹(shù)脂主要是由環(huán)氧基、羥基、酚酯基構(gòu)成，而瀝青主要是由烴類物質(zhì)構(gòu)成，主要官能團(tuán)結(jié)構(gòu)相差甚遠(yuǎn)，因此簡(jiǎn)單物理混合條件下二者相容性很差。為此國(guó)內(nèi)外研究者通過(guò)不斷研究，形成了以下幾種方法：(1)溶劑法;(2)改性瀝青法;(3)改性固化劑法;(4)改性環(huán)氧樹(shù)脂法。通過(guò)這些方法均能一定程度上改善瀝青相與環(huán)氧樹(shù)脂相的相容性，從而制備性能均一、儲(chǔ)存穩(wěn)定的環(huán)氧瀝青材料。
影響因素
(1)環(huán)氧樹(shù)脂的性質(zhì)與種類。環(huán)氧樹(shù)脂有多種類型，各有不同的性質(zhì)，我國(guó)主要生產(chǎn)的是雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂，然而就這種樹(shù)脂而言，又分成幾種型號(hào)。根據(jù)固化物的性能劃分時(shí)，分子量低的環(huán)氧樹(shù)脂，一般其色澤透明，粘度較小，其固化之后形成的物質(zhì)強(qiáng)度較高，但是此類環(huán)氧樹(shù)脂價(jià)格比較高昂。分子量大的環(huán)氧樹(shù)脂最終固化物強(qiáng)度雖然較低，但其韌性較好，而且價(jià)格相對(duì)較低。因此，選取何種類型環(huán)氧樹(shù)脂，其經(jīng)濟(jì)性是重要因素之一。
(2)環(huán)氧樹(shù)脂與石油瀝青的相容性。環(huán)氧樹(shù)脂與石油瀝青不相容，即使加入固化劑，由于瀝青起著阻隔作用，影響環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，故而不能形成足夠高的強(qiáng)度。改善環(huán)氧樹(shù)脂與瀝青相容性的辦法是在瀝青中摻加溶解度參數(shù)介于它們之間的介質(zhì)。
(3)固化劑的性質(zhì)與選擇。環(huán)氧樹(shù)脂性質(zhì)屬熱塑性，通過(guò)添加固化劑，將環(huán)氧樹(shù)脂中的環(huán)氧基打開(kāi)，二者發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)后生成既不會(huì)不溶于水，又不會(huì)遇熱熔化的固化物質(zhì)，從而改變了其熱塑性質(zhì)。固化劑的性質(zhì)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂固化物的粘結(jié)強(qiáng)度和物理性質(zhì)有著極大的影響。
固化劑的選擇以下幾個(gè)方面是主要考慮因素：①具有較高的力學(xué)強(qiáng)度;②固化反應(yīng)時(shí)間應(yīng)能滿足完成瀝青混合料拌和、攤鋪、碾壓等施工工藝;③來(lái)源方便;④有無(wú)毒性。
環(huán)氧瀝青及混合料性能
(1)強(qiáng)度高、剛度大、韌性好。熱拌環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度高，其馬歇爾穩(wěn)定度一般高達(dá)40kN以上，要遠(yuǎn)大于一般瀝青混合料的8～12kN.其流值雖然與一般普通瀝青混合料相差不大，憑借其強(qiáng)度高的特點(diǎn)，環(huán)氧瀝青混合料剛度、韌性也較高。
(2)優(yōu)良的抗疲勞性能。與普通瀝青混合料鋪裝結(jié)構(gòu)相比，環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)的疲勞性能一般至少要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。
(3)良好的層間結(jié)合能力。采用環(huán)氧瀝青作為粘結(jié)層材料，其粘結(jié)能力非常優(yōu)異。室內(nèi)拉拔試驗(yàn)表明，在23℃試驗(yàn)溫度下，當(dāng)拉伸速率為500mm/min時(shí)，其極限抗拉強(qiáng)度可達(dá)8.1MPa,而且其斷裂時(shí)延伸率達(dá)230%，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通粘結(jié)層材料。
(4)良好的溫度穩(wěn)定性。環(huán)氧瀝青屬于熱固性材料，在高溫下其會(huì)變硬，因此將其用于橋面鋪裝結(jié)構(gòu)時(shí)，高溫穩(wěn)定性十分優(yōu)異，一般不會(huì)出現(xiàn)推移、擁包等病害。同時(shí)，由于環(huán)氧瀝青韌性好，在低溫下一般也不會(huì)發(fā)生開(kāi)裂。
(5)良好的耐腐蝕性。一般的粘結(jié)層材料易溶于柴油等有機(jī)溶劑，但是環(huán)氧樹(shù)脂混合料試件料在汽油、機(jī)油和柴油等介質(zhì)中，無(wú)太多試件形態(tài)變化，耐腐蝕性較好。
(6)線收縮性能。橋面鋪裝層低溫開(kāi)裂主要發(fā)生在鋪裝結(jié)構(gòu)的低溫區(qū)域，但是在15～－5℃內(nèi)的低溫區(qū)間內(nèi)，環(huán)氧瀝青混凝土的線收縮系數(shù)變化不大，而且實(shí)測(cè)線收縮系數(shù)與鋼材料的線性收縮系數(shù)相差不大，尤其在較低的溫度區(qū)間下，兩者幾乎相等，所以由溫度變化引起的收縮開(kāi)裂在環(huán)氧瀝青混合料材料中發(fā)生的可能性較小。
工程應(yīng)用
環(huán)氧瀝青混合料憑借其優(yōu)異的路用性能在國(guó)內(nèi)外許多工程中都有應(yīng)用。主要應(yīng)用范圍包括：(1)大型橋梁的橋面鋪裝;(2)公路與城市干路的路面和公共汽車停車站;(3)公路與城市道路、機(jī)場(chǎng)路面的防滑面層;(4)廣場(chǎng)鋪面。下文分別對(duì)這幾個(gè)應(yīng)用范圍進(jìn)行介紹。
(1)大型橋梁的橋面鋪裝。環(huán)氧瀝青混合料能夠適應(yīng)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)變形不協(xié)調(diào)，荷載作用強(qiáng)、受力復(fù)雜，密封性要求高等要求，具備其他橋面鋪裝層材料所不具備的性質(zhì)。而且其溫度穩(wěn)定性好，層間粘結(jié)性能優(yōu)異，耐久性以及抗疲勞性能均較好，此外由于其密封性好，防水性能也較佳。再考慮到環(huán)氧瀝青混合料施工工藝與質(zhì)量易于控制性，工程造價(jià)低等特點(diǎn)，在我國(guó)大型橋梁的橋面鋪裝中廣泛應(yīng)用。
(2)公路與城市干路的路面和公共汽車停車站。1974年法國(guó)在Blois公路，1975年英國(guó)倫敦在Filner公路的鋪面材料均采用環(huán)氧瀝青混合料。而公共汽車停車站由于汽車剎車和啟動(dòng)的情況頻繁發(fā)生，因此在這類路面中高溫病害發(fā)生的頻率要明顯增多。為減少此類病害發(fā)生，英國(guó)曼徹斯特Ｒccadiely的一些公共汽車站就采用過(guò)環(huán)氧瀝青混合料鋪筑，收到了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。
(3)公路與城市道路、機(jī)場(chǎng)路面的防滑面層。由于環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度高、剛度大、韌性好，因此采用環(huán)氧瀝青混合料鋪筑的路面高溫性能較好，一般不會(huì)出現(xiàn)泛油等病害，用于鋪筑抗滑表層時(shí)其抗滑性能較佳。1973年英國(guó)倫敦的大西橋抗滑表層修筑材料以及1973年倫敦機(jī)場(chǎng)、1980年卡塔爾首都多哈機(jī)場(chǎng)的道面修筑材料均采用的是高性能環(huán)氧瀝青混合料。
(4)廣場(chǎng)鋪面。在一些停車廣場(chǎng)，尤其是重載車輛比較多的轉(zhuǎn)運(yùn)站、車庫(kù)等場(chǎng)地，若鋪面材料采用環(huán)氧瀝青混合料，則路面對(duì)重載適應(yīng)性較好，鋪面經(jīng)久耐用，而且鋪面對(duì)泄露的燃油具有良好的耐腐蝕能力。1977年，英國(guó)的ＲoyalSeaforthDock集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)站、Tilbury轉(zhuǎn)運(yùn)站、Enfield市郊的商業(yè)中心區(qū)均采用環(huán)氧瀝青混合料修筑地坪，取得不過(guò)的應(yīng)用效果。
研究中存在的問(wèn)題及建議
(1)環(huán)氧樹(shù)脂與瀝青相容性較差。環(huán)氧樹(shù)脂與瀝青是兩種不同極性的物質(zhì)，簡(jiǎn)單的物理混溶下兩者相容性較差。為了制備技術(shù)性質(zhì)均一且儲(chǔ)存穩(wěn)定性好的瀝青混合料，需要改善環(huán)氧樹(shù)脂與瀝青材料的兩相分散性，在分散性提升的過(guò)程中改善二者的相容性能。
(2)普通環(huán)氧樹(shù)脂制備的環(huán)氧瀝青柔韌性較差。環(huán)氧樹(shù)脂種類繁多，性能一般的環(huán)氧樹(shù)脂固化后堅(jiān)硬且脆性大，造成環(huán)氧瀝青延展性能較差的不利后果，導(dǎo)致其不能達(dá)到鋼橋面鋪裝層對(duì)瀝青混合料性能的要求。這類問(wèn)題采用中和環(huán)氧瀝青中的游離順酐的方式可以得到有效解決，而高分子脂肪族多元醇材料是普遍采用的中和物質(zhì)之一。中和后的環(huán)氧瀝青提其粘附力、拉伸強(qiáng)度及斷裂延伸率均得到有效的提高，對(duì)環(huán)氧瀝青的韌性有顯著的改善效果。
(3)環(huán)氧瀝青混合料配比設(shè)計(jì)復(fù)雜且抗滑性較差。猒蓯餩穋瀇環(huán)氧瀝青作為一種新型的結(jié)合料材料，其性能比較特殊，目前尚無(wú)統(tǒng)一的配合比設(shè)計(jì)方法。此外，普通__路面對(duì)滲水性能要求較高，為了達(dá)到防水效果，一般采用密級(jí)配瀝青混合料，空隙率需要控制在3%左右，這就導(dǎo)致環(huán)氧瀝青混合料鋪面表面紋理深度較小，因此鋪裝層反而抗滑性能下降，抑制了環(huán)氧路面的優(yōu)異性能的發(fā)揮。這類問(wèn)題需要調(diào)整瀝青混合料的級(jí)配，通過(guò)改變各檔料的配比，使之有利于發(fā)揮環(huán)氧瀝青混合料的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到改善鋪裝層抗滑性能的目的。
(4)室內(nèi)性能評(píng)價(jià)時(shí)養(yǎng)護(hù)工藝與實(shí)際應(yīng)用存在差異。環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度形成需要一系列的固化反應(yīng)，這就要求環(huán)氧瀝青混合料在攤鋪之后，需要一定時(shí)間來(lái)保證固化反應(yīng)充分完成，因此對(duì)鋪裝后的環(huán)境要求較高，而且也需要足夠的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。一般開(kāi)展室內(nèi)試驗(yàn)研究時(shí)，為了盡量凸顯環(huán)氧瀝青混合料的優(yōu)異性能，一般會(huì)采用升高環(huán)境溫度或催化劑的方式，使環(huán)氧瀝青混合料在短時(shí)間內(nèi)充分完成固化反應(yīng)。但是這類養(yǎng)護(hù)環(huán)境或工藝與實(shí)際施工時(shí)的真實(shí)情況相差較大，如果現(xiàn)場(chǎng)施工條件不能達(dá)到與室內(nèi)研究相同或相似的情形，則對(duì)環(huán)氧瀝青混合料的路用性能有極大的削弱。
(5)施工工藝難度大。室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，可以采用合適的加工設(shè)備或加工設(shè)備制備環(huán)氧瀝青混合料，但是現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，由于固化反應(yīng)緊隨環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑混合后發(fā)生，環(huán)氧樹(shù)脂體系的黏度隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)迅速增大，逐步生成一種凝膠體。因此環(huán)氧瀝青混合料的和易性和壓實(shí)度受固化反應(yīng)的影響較大，溫度或濕度變化時(shí)，均對(duì)施工工藝有較大的影響。因此在進(jìn)行環(huán)氧瀝青混合料施工時(shí)，應(yīng)非常嚴(yán)格的對(duì)施工溫度和時(shí)間進(jìn)行控制。
