新型路面材料研究与应用前景
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
新型路面材料研究与应用前景
专业: 材料学 研究方向:无机非金属基复 合材料 主讲人: 李强 时间: 2009年4月
概论：
近年来，随着我国道路建设事业的飞速发 展，新型路面材料的应用与技术推广引起了建 设业的普遍关注，也得到了有关生产研发单位 的高度重视。 目前，用于交通路面材料的主要有水泥混 凝土和沥青混凝土两种，水泥混凝土路面脆性 大、容易脆断、难以修复,而沥青混凝土路面强 度低、材料稳定性差、设计寿命低，这些缺点 历来都是公路建设中面临的共同问题。而新型 路面材料，作为对传统路面材料的一个创新改 进, 已经取得了很好的研究成果。
早在1954年，法国研制成功了“灌水泥 浆开级配沥青混凝土路面施工法”，并在科 涅克航空港喷气式飞机的跑道上进行试验铺 装，作为耐热用的道面，并以此申请了专利。 70年代初，英国、美国、前苏联等国家， 也相继对这一课题进行了研究。英国是在摊 铺后的开级配沥青碎石路面空隙中灌入树 脂—水泥砂浆，前苏联则把水泥砂浆作为第 二结合料加入沥青混凝土中进行了拌和压实， 结果证明能提高混脂混凝土常用于 路面和桥面的维修和桥梁墩柱加固。 比如说环氧砂浆应用于路面缺陷和裂 缝修补。当然，随着研究的逐步深入， 环氧树脂混凝土优异的路用性能也得 到越来越多的重视。
例如在西(安)临(潼)高速公路灞河大桥 伸缩缝施工中，环氧树脂混凝土用来 解决了车辆在通过桥梁伸缩缝时的 “跳车”现象。环氧沥青混凝土也首 次运用于大跨径钢桥桥面铺装。南京 长江第二大桥南汉桥钢桥桥面,就采用 环氧沥青材料铺装,自2000年建成至今， 使用状况良好。长沙理工大学钢桥铺 装课题组最近提出一种厚度仅为2cm 的环氧树脂混凝土新型钢桥面铺装结 构，这于对推广环氧树脂混凝土的应 用有很好的价值。
5.填充料
环氧树脂混凝土的优越性：
1.具有较高的早期抗折、抗 压强度；
2.其韧性得到了较明显改善， 抗冲击强度大； 3.提高路面的耐化学腐蚀， 耐磨性能，延长混凝土使用寿命。
环氧树脂混凝土的研究状况
1、国外研究： 国外对环氧树脂混凝土的研究和应用 较早。已经取得了广泛的应用成果。1973 年英国伦敦曾铺筑环氧沥青碎石抗滑层， 同年又用于伦敦机场道面。随后又将其应 用于公共汽车站和停车站，均收到良好的 应用效果。
另外，本人的课题也致力于研究环 氧树脂改性水泥混凝土的性能。 考虑到环氧树脂价格昂贵，在实际 应用中不可能大量掺用，因此，工程应 用中，只是掺加少量树脂来改性水泥混 凝土。近年来流行的做法是掺水性环氧 树脂改性砂浆。
其突出优势表现在该体系可在室温和 潮湿条件下固化,有合理的固化时间, 特别 是能与水泥砂浆、混凝土等常用的水泥基 材料混合使用, 并能提高上述材料的早期强 度、韧性、抗冲击性能, 增强防水性能。并 保证很高的交联密度,这是其它很多水性聚 合物体系所无法比拟的，因此在路面材料 领域有广泛的应用前景。
一、环氧树脂混凝土路面材料
环氧树脂混凝土是指以环氧树脂为主 料，掺入适量的固化剂、增塑剂、稀释 剂及填料作为胶粘剂，以砂、石作为骨 料，经混合、成型、固化而成的一种复 合材料，是聚合物混凝土中纯聚合物混 凝土的一种。
环氧树脂混凝土复合材料的主要成分:
1.环氧树脂 2.固化剂 3.增塑剂及增韧剂
4.稀释剂
树脂改性半刚性面层复合材料根据施工工艺 和材料可分为三种类型： (1)水泥灌浆沥青混凝土 (2)水泥沥青混凝土 (3)水泥—乳化沥青混凝土 以上三种类型的半刚性面层复合材料，虽然 其施工工艺和组成材料有着很大的不同，但其 均是遵循一个原则，即取沥青路面和水泥混凝 土路面之长，补其之短，刚柔并济。
国外的一些研究概况 ：
1980年卡塔尔多哈机场，也曾在道 面上加铺环氧沥青作为抗滑层。瑞士规 定所有的铁路轨枕都必须采用环氧砂浆 或树脂混凝土;美国和德国现已广泛应 用环氧树脂混凝土于公路路面。特别是 以美国为代表的环氧树脂沥青混凝土路 用研究，在钢桥桥面铺装应用方面，取 得了显著性的成果。
2、国内研究： 在国内，纯聚合物混凝土结构件尚 未被系统开发，但也开始了这方面的工 作，目前环氧树脂混凝土复合材料的研 究主要体现在以下几个方面： (1)环氧树脂混凝土的级配研究。 (2)环氧树脂混凝土性能的研究。 (3)环氧树脂混凝土应用于结构加固 研究。 (4)环氧树脂混凝土经济性研究等。
改性前SEM图
改性后SEM图
二、半刚性沥青混凝土路面
半刚性面层复合材料是一种新型刚柔相济的路 面材料，其可以充分发挥柔性路面和刚性路面材 料的特点，既具有柔性路面的行车舒适性，又具 有刚性路面的抗车辙能力，并改善低温抗裂性、 耐久性和抗水损坏能力，同时可减薄加铺层厚度。 该种面层复合材料可以大大提高沥青路面的高温 稳定性和耐久性，弥补沥青路面和水泥混凝土路 面的不足，延长路面使用寿命，节约投资，对于 我国公路路面的发展具有重要的现实意义和经济 效益。
科威特也对此做了研究，结果表明，用水泥处 治后的集料铺筑的沥青路面的强度和稳定性大 大提高，路面泛油和抗水性能也有相当大的改 善。美国切夫隆研究公司为提高乳化沥青的早 期强度，在混合料中加入1.3%的波特兰水泥， 结果发现，在空气中养生1d后，材料的回弹 模量比未加水泥的增加了大约五倍，养生60d 后，回弹模量仍比未加水泥的试件提高两倍。 但掺加水泥后材料的疲劳性能有所降低。对冷 拌沥青混凝土的研究表明，当加入1%的水泥 时，混合料的马歇尔稳定度能提高2.5~3.0倍。
国内的一些研究概况：
目前，国内对半刚性面层复合材料的研究 还处于起步阶段，很少在高等级公路的路面中 应用。从80年代中期开始，国内才有些单位将 含高分子聚合物的特种水泥砂砾作为第二结合 料掺加到普通沥青混合料中，使用拌和法和灌 浆法两种工艺制成特殊路面材料进行各种物理 力学试验，对不同温度条件下的力学性质进行 比较，并初步探讨了该种路面材料的使用性能 与强度形成理论。
专业: 材料学 研究方向:无机非金属基复 合材料 主讲人: 李强 时间: 2009年4月
概论：
近年来，随着我国道路建设事业的飞速发 展，新型路面材料的应用与技术推广引起了建 设业的普遍关注，也得到了有关生产研发单位 的高度重视。 目前，用于交通路面材料的主要有水泥混 凝土和沥青混凝土两种，水泥混凝土路面脆性 大、容易脆断、难以修复,而沥青混凝土路面强 度低、材料稳定性差、设计寿命低，这些缺点 历来都是公路建设中面临的共同问题。而新型 路面材料，作为对传统路面材料的一个创新改 进, 已经取得了很好的研究成果。
早在1954年，法国研制成功了“灌水泥 浆开级配沥青混凝土路面施工法”，并在科 涅克航空港喷气式飞机的跑道上进行试验铺 装，作为耐热用的道面，并以此申请了专利。 70年代初，英国、美国、前苏联等国家， 也相继对这一课题进行了研究。英国是在摊 铺后的开级配沥青碎石路面空隙中灌入树 脂—水泥砂浆，前苏联则把水泥砂浆作为第 二结合料加入沥青混凝土中进行了拌和压实， 结果证明能提高混脂混凝土常用于 路面和桥面的维修和桥梁墩柱加固。 比如说环氧砂浆应用于路面缺陷和裂 缝修补。当然，随着研究的逐步深入， 环氧树脂混凝土优异的路用性能也得 到越来越多的重视。
例如在西(安)临(潼)高速公路灞河大桥 伸缩缝施工中，环氧树脂混凝土用来 解决了车辆在通过桥梁伸缩缝时的 “跳车”现象。环氧沥青混凝土也首 次运用于大跨径钢桥桥面铺装。南京 长江第二大桥南汉桥钢桥桥面,就采用 环氧沥青材料铺装,自2000年建成至今， 使用状况良好。长沙理工大学钢桥铺 装课题组最近提出一种厚度仅为2cm 的环氧树脂混凝土新型钢桥面铺装结 构，这于对推广环氧树脂混凝土的应 用有很好的价值。
5.填充料
环氧树脂混凝土的优越性：
1.具有较高的早期抗折、抗 压强度；
2.其韧性得到了较明显改善， 抗冲击强度大； 3.提高路面的耐化学腐蚀， 耐磨性能，延长混凝土使用寿命。
环氧树脂混凝土的研究状况
1、国外研究： 国外对环氧树脂混凝土的研究和应用 较早。已经取得了广泛的应用成果。1973 年英国伦敦曾铺筑环氧沥青碎石抗滑层， 同年又用于伦敦机场道面。随后又将其应 用于公共汽车站和停车站，均收到良好的 应用效果。
另外，本人的课题也致力于研究环 氧树脂改性水泥混凝土的性能。 考虑到环氧树脂价格昂贵，在实际 应用中不可能大量掺用，因此，工程应 用中，只是掺加少量树脂来改性水泥混 凝土。近年来流行的做法是掺水性环氧 树脂改性砂浆。
其突出优势表现在该体系可在室温和 潮湿条件下固化,有合理的固化时间, 特别 是能与水泥砂浆、混凝土等常用的水泥基 材料混合使用, 并能提高上述材料的早期强 度、韧性、抗冲击性能, 增强防水性能。并 保证很高的交联密度,这是其它很多水性聚 合物体系所无法比拟的，因此在路面材料 领域有广泛的应用前景。
一、环氧树脂混凝土路面材料
环氧树脂混凝土是指以环氧树脂为主 料，掺入适量的固化剂、增塑剂、稀释 剂及填料作为胶粘剂，以砂、石作为骨 料，经混合、成型、固化而成的一种复 合材料，是聚合物混凝土中纯聚合物混 凝土的一种。
环氧树脂混凝土复合材料的主要成分:
1.环氧树脂 2.固化剂 3.增塑剂及增韧剂
4.稀释剂
树脂改性半刚性面层复合材料根据施工工艺 和材料可分为三种类型： (1)水泥灌浆沥青混凝土 (2)水泥沥青混凝土 (3)水泥—乳化沥青混凝土 以上三种类型的半刚性面层复合材料，虽然 其施工工艺和组成材料有着很大的不同，但其 均是遵循一个原则，即取沥青路面和水泥混凝 土路面之长，补其之短，刚柔并济。
国外的一些研究概况 ：
1980年卡塔尔多哈机场，也曾在道 面上加铺环氧沥青作为抗滑层。瑞士规 定所有的铁路轨枕都必须采用环氧砂浆 或树脂混凝土;美国和德国现已广泛应 用环氧树脂混凝土于公路路面。特别是 以美国为代表的环氧树脂沥青混凝土路 用研究，在钢桥桥面铺装应用方面，取 得了显著性的成果。
2、国内研究： 在国内，纯聚合物混凝土结构件尚 未被系统开发，但也开始了这方面的工 作，目前环氧树脂混凝土复合材料的研 究主要体现在以下几个方面： (1)环氧树脂混凝土的级配研究。 (2)环氧树脂混凝土性能的研究。 (3)环氧树脂混凝土应用于结构加固 研究。 (4)环氧树脂混凝土经济性研究等。
改性前SEM图
改性后SEM图
二、半刚性沥青混凝土路面
半刚性面层复合材料是一种新型刚柔相济的路 面材料，其可以充分发挥柔性路面和刚性路面材 料的特点，既具有柔性路面的行车舒适性，又具 有刚性路面的抗车辙能力，并改善低温抗裂性、 耐久性和抗水损坏能力，同时可减薄加铺层厚度。 该种面层复合材料可以大大提高沥青路面的高温 稳定性和耐久性，弥补沥青路面和水泥混凝土路 面的不足，延长路面使用寿命，节约投资，对于 我国公路路面的发展具有重要的现实意义和经济 效益。
科威特也对此做了研究，结果表明，用水泥处 治后的集料铺筑的沥青路面的强度和稳定性大 大提高，路面泛油和抗水性能也有相当大的改 善。美国切夫隆研究公司为提高乳化沥青的早 期强度，在混合料中加入1.3%的波特兰水泥， 结果发现，在空气中养生1d后，材料的回弹 模量比未加水泥的增加了大约五倍，养生60d 后，回弹模量仍比未加水泥的试件提高两倍。 但掺加水泥后材料的疲劳性能有所降低。对冷 拌沥青混凝土的研究表明，当加入1%的水泥 时，混合料的马歇尔稳定度能提高2.5~3.0倍。
国内的一些研究概况：
目前，国内对半刚性面层复合材料的研究 还处于起步阶段，很少在高等级公路的路面中 应用。从80年代中期开始，国内才有些单位将 含高分子聚合物的特种水泥砂砾作为第二结合 料掺加到普通沥青混合料中，使用拌和法和灌 浆法两种工艺制成特殊路面材料进行各种物理 力学试验，对不同温度条件下的力学性质进行 比较，并初步探讨了该种路面材料的使用性能 与强度形成理论。