环氧沥青固化速度控制及其固化物显微相态结构研究

Epoxy asphalt is often used to pave the steel bridges deck surfacing for excellent mechanical performance and thermal properties. But the curing mechanism of epoxy asphalt is different with epoxy resin for asphalt with complex compound and structure. The researches showed that the curing rate of epoxy asphalt is too fast in application and the curing time is too long after pavement. It may be the reason that the performance of epoxy asphalt pavement cannot meet the design requirement and early damage occurs. It is important for the curing rate control and prolongs the asphalt pavement durability to study the curing rate control technical and the effect of curing condition on micromorphology of cured epoxy asphalt. Regarding curing agent of epoxy asphalt and the micromorphology of cured epoxy asphalt as the research subject, the molecular structure of curing agent is changed to control the curing rate of epoxy asphalt. The advanced equipments and test measures are selected to study the compound of epoxy asphalt, curing rate and micromorphology and the curing mechanism of epoxy asphalt was revealed. The method of modified curing agent for control curing rate of epoxy asphalt was propound and the relationship between the micromorphology and mechanics properties of epoxy asphalt was established. Epoxy asphalt with better properties is prepared in consideration of the characteristic of the hot-mix asphalt mixture.

环氧沥青具有优越的力学性能和高温性能，已成为钢桥面铺装常选的路面材料。但是，环氧沥青复杂的组成和结构导致其固化机理异同于一般环氧树脂，已有研究成果表明现有环氧沥青普遍存在初期固化反应过快而后期养生时间太长的问题，这是环氧沥青混凝土路面的性能达不到设计要求，出现早期破坏的主要原因。研究环氧沥青固化速率控制技术和不同固化条件对环氧沥青固化物显微结构与性能的影响，对控制和预测环氧沥青固化速率和性能，延长沥青路面的使用寿命具有重要意义。本项目以环氧沥青固化剂及其固化物的显微相态结构为研究对象，通过改变固化剂分子结构对环氧沥青固化速率进行控制。采用先进的表征手段和分析技术对环氧沥青的化学成分、固化速度和显微相态相结构进行测试与分析，揭示环氧沥青固化机理，提出控制环氧沥青固化反应速率的固化剂改性方法，建立环氧沥青显微相态结构与力学性能的关系，并结合热拌沥青混合料特性，设计制备性能优良的环氧沥青。

环氧沥青是一种热固性材料，其重要组分环氧树脂与固化剂的加入改变了沥青的热塑性，赋予了其强度高、刚性大；粘接性和耐久性好；耐磨、抗滑性优等优异性能。我国自21世纪开始，广泛使用环氧沥青作为桥面铺装材料。与进口环氧沥青相比，国产环氧沥青存在着性能较差、技术不成熟和性能不稳定等问题。除此以外，环氧沥青普遍存在着相容性差、韧性低的缺点。因此，研发和改进环氧沥青具有重要的意义。.制备了一种新型胺类固化剂，通过正交试验确定了环氧树脂、固化剂和基质沥青的最佳配比，提出了自制环氧沥青（EA）的制备工艺与养护条件，并将EA的性能与对照样品进行了对比；针对环氧沥青韧性差这一问题，制备出3种不同的超支化聚合物对其进行增韧改性，研究各增韧剂的改性效果；测定各改性环氧沥青粘度随时间的变化及粘度在不同温度下的变化特性，同时测其力学性能，并采用索氏提取、微观结构分析和DMA动态力学热分析三种方法研究了各改性环氧沥青的相容性及粘弹特性。.研究结果表明：EA在165℃条件下可保持低粘度状态180min以上，更利于运输与摊铺；与对照样相比，EA固化后的拉伸强度较高，相容性较好，且在低温下有较高的储能模量；EA成型的混合料容留3h后具有优异的力学性能；但不足之处是韧性略差于进口环氧沥青，因此需进一步改善。制备的三种增韧剂中H102-100C系列对环氧沥青的改性效果最好，可有效地控制固化反应速率，并且增韧后的环氧沥青粘度在高温条件下对温度的敏感性较小；H102-100C系列增韧剂的加入不仅提高了环氧沥青的韧性，还可改善环氧沥青的相容性，使环氧沥青整体以树脂为连续相，沥青为分散相，且分散较为均匀；除此以外，DMA模量分析结果显示其低温性能也为最佳。综合分析，不同环氧沥青的优劣排序为：EA+H102-100C18＞EA+H102-100C2＞EA＞EA+SBS＞EA+HBPB，其中EA+ H102-100C18与EA+H102-100C2这两种环氧沥青优于进口环氧沥青。研究结果对对控制和预测环氧沥青固化速率和性能，延长沥青路面的使用寿命具有重要意义。