热拌环氧浇注式沥青混合料开发及路用性能研究

作     者：李铭乾 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王民

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：钢桥面铺装 环氧沥青 浇注式沥青混合料 路用性能 施工工艺 

摘      要：近年来,国家路桥建设事业迎来了高速发展时期,大跨径钢桥建设数量逐年攀升,钢桥面铺装是钢桥梁整体结构中重要组成部分,不同的沥青材料与铺装结构都影响着大桥的建设质量及运营品质。钢桥梁自身结构和桥面材料相较于其他类型桥梁的桥面铺装存在明显差异,要求钢桥面板上所使用的铺装材料应与桥面板保持稳定强劲的粘合力,且能够协调随从于钢桥面板变形,具备良好的防水性、耐腐性和耐疲劳性能等。目前钢桥面铺装较多,使用性能及应用效果参差不齐,部分材料仍存在性能缺陷,因此开发满足钢桥面铺装特殊要求的新型铺装材料,评价铺装材料的路用性能,提出有效的生产控制要求,显得十分迫切和必要。可将性能优异的环氧沥青混合料与传统的浇注式沥青铺装材料相结合,得到环氧浇注式沥青混合料,对提升钢桥面的铺装性能具有重要作用。 首先,在确定出环氧沥青配比的基础之上,对制备出的环氧沥青胶结料进行力学性能、固化条件参数试验,得到五种环氧沥青胶结料的拉伸强度及断裂伸长率、筛选出胶结料性能表现较优秀的三种环氧沥青胶结料,测定其不同温度下的黏度变化规律,并通过黏温指数来初步确定热拌环氧沥青混合料的拌合温度,以及通过黏时曲线评估环氧沥青的黏度增长程度。采用DSC对自制的环氧树脂及其胶结料的固化反应动力学进行分析,利用模型法计算活化能、频率因子和反应阶数这三个关键参数,进而推导出固化反应的动力学模型,从理论上对工程相关参数进行指导和预判。 通过热拌环氧浇注式沥青混合料的配合比设计,确定混合料最佳拌合条件和加速养生条件。基于此,开展包括抗压强度、马歇尔稳定度、抗车辙性能、低温弯曲性能、水稳性能和疲劳性能等试验。分析三种热拌环氧浇注式沥青混合料高低温及强度性能、耐久性能等路用性能差异。 最后,针对生产工艺关键技术,测定并分析各拌合及养生时间、养生温度下的混合料性能,确立拌合时间与养生温度等参数,客观评价热拌环氧浇注式沥青混合料的经济性以及社会效益,为材料在实际工程中推广应用提供具有理论支撑及技术指导。 研究结果表明:制备的环氧沥青力学性能及流变性较好,基质沥青与环氧树脂质量比在60:40条件下环氧沥青力学性能已发挥出足够的强度及韧性,环氧沥青拉伸强度1.5MPa,断裂延伸率200%,环氧沥青在170℃～180℃温度内VTS绝对值最小且大于1,具有足够长时间的流动性和可施工性能。环氧浇注式沥青混合料在45min的拌合时长下混合料流动性较好,170℃温度条件下的容留时间应控制在45～120 min。其中自制环氧沥青胶结料制备的浇注式沥青混合料的抗裂性能及冲击韧性最优,混合料高温稳定性、水稳性与其他混合料基本持平。 本研究所开发的热拌环氧浇注式沥青混合料相较于一般沥青铺装材料可发挥出更加全面的优良性能,适用于钢桥面铺装新建工程或养护工程。研究成果对提升钢桥面铺装使用质量,推动桥面铺装材料的创新发展,促进我国钢桥面铺装技术进步具有重要意义。