1.黄明 2.王仲侃 1.黄卫东
1.同济大学交通运输工程学院(上海201804)
2.同济大学土木工程学院(上海201804)
摘要：环载沥青固化剂的种类多种多样，但效果各异。为了保证环衷沥青混合料的性能及施工能满足各种工况，在凝胶之前必须完成奔料、摊铺、旅压等一系列工艺，本研究对市面上使用较多的几种固化剂进行了研究和对比，分析了时间、温度和拌和工艺时固化效果的影响，可以有效的指导实际施工。
关键词：环衷沥青固化剂固化条件
环氧沥青混合料具有优异的路用性能，当前在大型钢桥面铺装上的应用方兴未艾。如南京长江二桥、润扬大桥、南京长江三桥等都使用了环氧沥青混凝土进行桥面铺装。环氧材料的性能不仅取决于沥青、环氧树脂、集料的结构与性能，以 及它们之间的配比与集料结合机理等，还有很关键的一点就是环氧树脂发挥其高强粘结力性能的“催化剂”—固化剂以及它的估计机理和固化过程。相同配方在不同固化工艺条件和程序下得到的固化物的结构和性能是相差很大的，所以有必要对其固化性能进行深入的了解和研究，对生产工艺的过程和固化剂的选择的监控也就显得尤为重要。
为研究固化效果对最终形成的环氧沥青混凝土的影响，进行了多种固化剂、拌和工艺和固化时间的探索性研究。
1.环氧沥青混合料强度形成机理
双酚A环氧树脂由环氧氯丙烷及二酚基丙烷缩聚而成。其结构通式见图1。
环氧树脂是一种含有环氧基团以脂肪族、脂环族或芳香族有机化合物为骨架的低聚物。通常在室温下为粘稠性液体或固体，在相应温度下与固化剂混和可发生固化反应形成空间立体结构的网状高聚物，固化后的产物具有粘接强度大、收缩率小、耐热性、耐化学药品性以及机械性能和电气性能优良的特点。
其固化机理可以简单叙述为：首先是顺配化的沥青和其他的酸醉固化剂在路易斯碱(叔胺类化合物)的催化下，酸配键打开形成梭酸负离子；而后环氧基被该负离子打开，形成氧负离子；氧负离子继续同环氧基反应；最终因为这两种反应几乎同时发生，产物相互叠加、纠缠，所以最终形成的实际上是一种立体互穿的聚合物网络。从以上的分析可以看出，不仅形成了三维的互穿网络结构，而且最终固化物的分子主链上含有较多的芳环，所以可以提供较大的强度；可以通过改变顺配化的程度和配方调节来控制交联程度，以形成强度和弹性都满足要求的环氧沥青。
2.环氧沥青混合料的性能评价
本次试验采用的是马歇尔试验，它是沥青混 合料的常规试验，也是我国沥青路面设计中沥青 混合料的主要设计指标。尽管马歇尔法是一种经 验法，但所模拟的受力图式仍能在一定程度上反 映沥青混合料在路面结构中的受力条件。马歇尔 稳定度数值也是沥青材料刚度的一种表现，在对 比两种材料的性能时，马歇尔试验结果与劲度试 验结果得到了一致的结论。
选择马歇尔试验的目的有两个:
a)利用马歇尔试验来初步确定环氧沥青结 合料(甲料、乙料)中各个组成部分的比例及初 步确定用油量。
b)用马歇尔试验来测定沥青混合料的热稳 性和抗塑性变形的能力，即稳定度和流值。本试验用到的是后者。
3.环氧沥青混合料设计
我国目前大部分生产和应用的环氧树脂都是双酚A环氧树脂，所以这种树脂就成为本课题研究选择的对象。为使本研究更具普遍代表性，研究的整个过程采用的是市面上使用的较为广泛的加德士70号沥青。试验采用SMA一13与AC一10 两种级配(见表1、表2)，对两种级配与环氧树脂搭配效果进行了对比。
可以看出，SMA的效果明显不如AC类混合料，原因在于SMA混合料设计孔隙率明显高于AC类混合料，由于环氧沥青的高性能，不会出现泛油等常见病害，故不用马歇尔方法设计油石比， 而是根据其施工和易性决定的。试验中八C一1。油石比为6.8%，孔隙率为3.5%，油石比一样，SMA一13的孔隙率为5.3%。原因是环氧沥青的粘度随着时间而增大，其压实必须在规定的有限 的时间内完成。工程实践表明，环氧沥青混合料对孔隙率要求很高，混合料的压实过程就是固态颗粒在弹性介质中的填实定位，形成更密实和有效的固态颗粒排列形式。本试验只研究了这两类混合料设计，并不是说环氧沥青只适合于AC类级配。
4.固化剂的选择
4.1固化剂的分类
按分子结构环氧树脂固化剂分为3类:
a)碱性固化剂，如多元胺、改性脂肪胺、胺 类加成物;
b)酸性固化剂，如酸配类;
c)合成树脂类，如含活性基因的聚酞胺、聚 酉旨树脂、酚醛树脂等。
4.2影响固化剂选择的因素
影响固化剂选择的因素很多，但以满足以下 要求为原则:
a)固化剂与环氧树脂发生化学反应后，改性 沥青混凝土能够满足力学强度的要求;
b)固化反应条件能够适应冷拌沥青混合料 拌和、摊铺、碾压的工艺过程，要求在常温下能 固化，且初步完成固化的时间不超过3一4天。假 如在高温下拌和至少有两个小时的可操作时间;
c)固化剂应无毒，或者毒性很低，不能影响操作人员的健康;
d)固化剂来源方便，在就近地区能够采购到。
由于当前胺类固化剂在市场上最方便购买， 在环氧涂料等其他方面的应用也较多，根据以上原则从中选取了7种固化剂(见表4)，研究各种胺类的固化剂对E51的固化效果。
胺类固化剂用量=EM.na
式中：E环氧树脂环氧值;
M–胺的相对分子量;
n–胺的活泼氢原子数;
a–胺的纯度。
常温固化剂马歇尔试件毛体积密度集中在 2.3一2.5gcnl之间，而高温固化的毛体积密度 集中在2.sgcm、以上
5.拌和及固化的时间和温度效应
5.1时间控制
整个试验过程时间控制如下:
a)搅拌时间;
b)固化时间;
c)拌和温度;
d)环氧树脂的温度;
e)固化温度。
5.2试验方法
试验方法先后进行了4种，4种方法里对以 上7种情况进行了全面的考虑，并研究对A、B料中固化剂与环氧树脂的加入搅拌与拌和的顺序也进行了调整。
方法Ⅰ
a)沥青与介质混合(介质选取轻脂油)，温度控制在80一90U，搅拌时间为1.sh;
b)环氧树脂放置在80℃烘箱保温，固化剂放置在6oC烘箱保温，集料在90一100℃烘箱保温;
c)步骤b中的三种物质加入温度为100℃的拌和锅内拌和，拌和时间为2705;
d)高温试件放置120C烘箱保温4h，再放置于常温(20C左右)后脱模再进行马歇尔试验，常温试件放置室温(20OC左右)12h后脱模再进行马歇尔指标测试。
方法Ⅱ
a)沥青、固化剂与介质混合(介质选取轻脂 油)，温度控制在80一90C，搅拌时间为1.sh;
b)环氧树脂放置在80C烘箱保温，集料在 90一100℃烘箱保温;
c)步骤b中的两种物质加入温度为100’C的 拌和锅内拌和，拌和时间为2705;
d)高温试件放置120℃烘箱保温4h，再放置 于常温(20C左右)后脱模再进行马歇尔试验，常温试件放置室温(20℃左右)12h后脱模再进行 马歇尔指标测试。
方法Ⅲ
a)沥青、固化剂与介质混合(介质选取轻脂 油)，温度控制在80一90℃，搅拌时间为1.sh;
b)环氧树脂放置在80℃烘箱保温，集料在130～140℃烘箱保温;
c)步骤b中的两种物质加入温度为120℃的拌和锅内拌和，拌和时间为2705;
d)高温试件放置120℃烘箱保温4h，再放置于常温(20℃左右)后脱模再进行马歇尔试验，常温试件放置室温(20℃左右)12h后脱模再进行马歇尔指标测试。
方法Ⅳ
a)沥青、固化剂与介质混合(介质选取轻脂油)，温度控制在80～90℃，搅拌时间为1.sh;
b)环氧树脂放置在80℃烘箱保温，集料在130～140℃烘箱保温;
c)步骤b中的两种物质加入温度为120℃的 拌和锅内拌和，拌和时间为2705，保证出料温度 为110~121℃之间;
d)击实前将拌好的混合料放置在120C烘箱 保温70min;
e)击实成型，并将高温试件放置在120℃烘 箱保温4h，再放置于常温(20C左右)后脱模再 进行马歇尔试验，常温试件放置室温(20C左 右)12h后脱模再进行马歇尔指标测试。
4种方法下7种固化剂混合料的稳定度见表 5，7种固化后混合料的流值见表6。
从试验结果可以看出，方法W的固化效果最好，高温固化剂效果普遍优于常温固化剂。高温固化剂的马歇尔稳定度一般都在20一40kN(甚至大于40kN)，其对于环氧沥青的固化效果明显优于常温固化剂。故高温固化剂可用于对铺面要 求较高，交通量较大的重点工程，并推荐采用方法W拌和过程;而常温固化剂则可用于经济型的高强路面铺筑。
6.结论
a)本研究推荐使用连续级配，虽研究尚未找到适合环氧沥青的专用级配，就目前常用的级配， AC级配优于SMA级配;
b)要获取高强度则推荐高温固化剂，高温固 化剂较之低温固化剂更能形成高强度;
c)拌和过程应该注意温度的严格控制和拌和 顺序的严格控制;
d)成型试件之前建议进行60一70min的保温过程，一方面模拟现场运输的过程，二方面可以使混合料粘度达到最佳压实粘度。
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