1、新型路面材料研究与应用前景新型路面材料研究与应用前景 专业专业: : 材料学材料学 研究方向研究方向: :无机非金属基复无机非金属基复合材料合材料主讲人主讲人: : 李强李强时间时间: 2009: 2009年年4 4月月 近年来，随着我国道路建设事业的飞速发近年来，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设业的普遍关注，也得到了有关生产研发单位的高度重视。的高度重视。 目前，用于交通路面材料的主要有水泥混目前，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凝土和沥
2、青混凝土两种，水泥混凝土路面脆性大、容易脆断、难以修复大、容易脆断、难以修复,而沥青混凝土路面强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路面材料，作为对传统路面材料的一个创新改进进, 已经取得了很好的研究成果。已经取得了很好的研究成果。 概论：概论：一、一、环氧树脂混凝土环氧树脂混凝土路面材料路面材料 环氧树脂混凝土是指以环氧树脂为主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、稀释料，掺入适量的固化剂
3、、增塑剂、稀释剂及填料作为胶粘剂，以砂、石作为骨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合材料，是聚合物混凝土中纯聚合物混凝土的一种。凝土的一种。1.1.环氧树脂环氧树脂2.2.固化剂固化剂3.3.增塑剂及增韧剂增塑剂及增韧剂4.4.稀释剂稀释剂5.5.填充料填充料环氧树脂混凝土复合材料的主要成分环氧树脂混凝土复合材料的主要成分: :抗冲击强度大抗冲击强度大耐化学腐蚀，耐化学腐蚀，1 1、国外研究：、国外研究： 国外对环氧树脂混凝土的研究和应用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
4、用成果。较早。已经取得了广泛的应用成果。19731973年英国伦敦曾铺筑环氧沥青碎石抗滑层，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，均收到良好的用于公共汽车站和停车站，均收到良好的应用效果。应用效果。环氧树脂混凝土的研究状况环氧树脂混凝土的研究状况 1980年卡塔尔多哈机场，也曾在道年卡塔尔多哈机场，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定所有的铁路轨枕都必须采用环氧砂浆或树脂混凝土或树脂混凝土;美国和德国现已广泛应美国和德国现已广
5、泛应用环氧树脂混凝土于公路路面。特别是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，取用研究，在钢桥桥面铺装应用方面，取得了显著性的成果。得了显著性的成果。2 2、国内研究：、国内研究： 在国内，纯聚合物混凝土结构件尚在国内，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：究主要体现在以下几个方面： (1)(1)环氧树脂混凝土的级配研究。环氧树脂混凝土的级配研究。 (2)(
6、2)环氧树脂混凝土性能的研究。环氧树脂混凝土性能的研究。 (3)(3)环氧树脂混凝土应用于结构加环氧树脂混凝土应用于结构加固研究。固研究。 (4)(4)环氧树脂混凝土经济性研究等。环氧树脂混凝土经济性研究等。 环氧树脂混凝土环氧树脂混凝土应用前景分析：应用前景分析： 目前来说，环氧树脂混凝土常用于目前来说，环氧树脂混凝土常用于路面和桥面的维修和桥梁墩柱加固。路面和桥面的维修和桥梁墩柱加固。比比如说环氧砂浆应用于路面缺陷和裂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，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环氧树脂混凝土优异的路用性能也得到越来越多的
7、重视。到越来越多的重视。例如在西例如在西(安安)临临(潼潼)高速公路灞河大桥高速公路灞河大桥伸缩缝施工中，环氧树脂混凝土用来伸缩缝施工中，环氧树脂混凝土用来解决了车辆在通过桥梁伸缩缝时的解决了车辆在通过桥梁伸缩缝时的“跳车跳车”现象。环氧沥青混凝土也首现象。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长江第二大桥南汉桥钢桥桥面,就采用就采用环氧沥青材料铺装环氧沥青材料铺装,自自2000年建成至今，年建成至今，使用状况良好。长沙理工大学钢桥铺使用状况良好。长沙理工大学钢桥铺装课题组最近提出一种厚度仅为装课题组最近提出一种厚度仅为2c
8、m的环氧树脂混凝土新型钢桥面铺装结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构，这于对推广环氧树脂混凝土的应用有很好的价值。用有很好的价值。 另外，本人的课题也致力于研究环另外，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。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凝土。近年来流行的做法是掺水性环氧树脂改性砂浆。树脂改性砂浆。 其突出优势表现在该体系可
9、在室温和其突出优势表现在该体系可在室温和潮湿条件下固化潮湿条件下固化,有合理的固化时间有合理的固化时间, 特别特别是能与水泥砂浆、混凝土等常用的水泥基是能与水泥砂浆、混凝土等常用的水泥基材料混合使用材料混合使用, 并能提高上述材料的早期强并能提高上述材料的早期强度、韧性、抗冲击性能度、韧性、抗冲击性能, 增强防水性能。并增强防水性能。并保证很高的交联密度保证很高的交联密度,这是其它很多水性聚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。领域有广泛的应用前景。 改性前SEM图 改性后SEM图二、半刚性沥青混凝土路面二、半刚性沥青混
10、凝土路面 半刚性面层复合材料是一种新型刚柔相济的路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、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。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稳定性和耐久性，弥补沥青路面和水泥混凝土路面
11、的不足，延长路面使用寿命，节约投资，对于面的不足，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我国公路路面的发展具有重要的现实意义和经济效益。效益。 树脂改性半刚性面层复合材料根据施工工艺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：和材料可分为三种类型： (1)(1)水泥灌浆沥青混凝土水泥灌浆沥青混凝土 (2)水泥沥青混凝土水泥沥青混凝土 (3)水泥水泥乳化沥青混凝土乳化沥青混凝土 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
12、原则，即取沥青路面和水泥混凝均是遵循一个原则，即取沥青路面和水泥混凝土路面之长，补其之短，刚柔并济。土路面之长，补其之短，刚柔并济。国外的一些研究概况国外的一些研究概况 ： 早在早在1954年，法国研制成功了年，法国研制成功了“灌水泥灌水泥浆开级配沥青混凝土路面施工法浆开级配沥青混凝土路面施工法”，并在科，并在科涅克航空港喷气式飞机的跑道上进行试验铺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。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，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。英国是在摊也相继对这一课题进行
13、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铺后的开级配沥青碎石路面空隙中灌入树脂脂水泥砂浆，前苏联则把水泥砂浆作为第水泥砂浆，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，二结合料加入沥青混凝土中进行了拌和压实，结果证明能提高混合料的温度稳定性。结果证明能提高混合料的温度稳定性。科威特也对此做了研究，结果表明，用水泥处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善。美国切
14、夫隆研究公司为提高乳化沥青的早期强度，在混合料中加入期强度，在混合料中加入1.3%的波特兰水泥，的波特兰水泥，结果发现，在空气中养生结果发现，在空气中养生1d后，材料的回弹后，材料的回弹模量比未加水泥的增加了大约五倍，养生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。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，当加入拌沥青混凝土的研究表明，当加入1%的水泥的水泥时，混合料的马歇尔稳定度能提高时，混合料的马歇尔稳定度能提高2.53.0倍。倍。国内的一些研究概况：
15、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还处于起步阶段，很少在高等级公路的路面中应用。从应用。从80年代中期开始，国内才有些单位将年代中期开始，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
16、材料的使用性能比较，并初步探讨了该种路面材料的使用性能与强度形成理论。与强度形成理论。 1986年，同济大学道路与交通工程研究所年，同济大学道路与交通工程研究所对国产普通沥青混合料使用拌和法和灌浆法加对国产普通沥青混合料使用拌和法和灌浆法加注水泥砂浆，制成特种沥青混凝土，进行了各注水泥砂浆，制成特种沥青混凝土，进行了各种物理力学试验，比较了高低温条件下的力学种物理力学试验，比较了高低温条件下的力学性质，并于性质，并于1986年底，在广东省惠深线上修建年底，在广东省惠深线上修建了试验路，经过两年的行车作用，使用效果良了试验路，经过两年的行车作用，使用效果良好。随后又对灌注水泥胶浆的半刚性材料进行
17、好。随后又对灌注水泥胶浆的半刚性材料进行研究，并在吉林省营抚公路靖宇县境内铺筑了研究，并在吉林省营抚公路靖宇县境内铺筑了试验路，根据已铺筑的试验路观测表明，该路试验路，根据已铺筑的试验路观测表明，该路面具有良好的路用性能。面具有良好的路用性能。 长安大学对灌注式半刚性面层复合材料的高、长安大学对灌注式半刚性面层复合材料的高、低温性能、水稳定性进行研究，结果表明该材低温性能、水稳定性进行研究，结果表明该材料具有优良的高温稳定性、低温性能、水稳定料具有优良的高温稳定性、低温性能、水稳定性能。并对应力比小于性能。并对应力比小于0.5条件下不同空隙率沥条件下不同空隙率沥青混合料母体的复合材料疲劳性能进
18、行研究，青混合料母体的复合材料疲劳性能进行研究，研究认为，由于有水泥材料的存在因而应用时研究认为，由于有水泥材料的存在因而应用时要注意养生期温度的影响。该路面材料具有较要注意养生期温度的影响。该路面材料具有较低的温度敏感性和良好的耐久性并通过对比分低的温度敏感性和良好的耐久性并通过对比分析得出，在应力值为析得出，在应力值为0.3MPa时复合材料的疲劳时复合材料的疲劳寿命是沥青混凝土的寿命是沥青混凝土的3.2倍，表明灌注式半刚性倍，表明灌注式半刚性面层复合材料可以有效地提高路面的耐久性。面层复合材料可以有效地提高路面的耐久性。 长沙理工大学的查旭东博士对树脂改性长沙理工大学的查旭东博士对树脂改性
19、半刚性面层复合材料的配比及其性能进行半刚性面层复合材料的配比及其性能进行了研究，通过对比分析证明半刚性面层复了研究，通过对比分析证明半刚性面层复合材料具有优良的力学性能与路用性能。合材料具有优良的力学性能与路用性能。 除此之外，河南、四川等省的公路管理除此之外，河南、四川等省的公路管理部门也结合当地的实际情况，对这种材料部门也结合当地的实际情况，对这种材料进行了尝试性的研究。进行了尝试性的研究。树脂改性半刚性面层复合材料的关键树脂改性半刚性面层复合材料的关键: :1.确定沥青混合料配合比确定沥青混合料配合比 ，使沥青混凝土，使沥青混凝土的空隙率的空隙率 达到达到30%左右。左右。2.砂浆配方设计砂浆配方设计,要求如下要求如下: 抹平树脂改性水泥砂浆抹平树脂改性水泥砂浆 树脂改性半刚性面层表面树脂改性半刚性面层表面 树脂改性半刚性面层试验路段树脂改性半刚性面层试验路段 谢谢！谢谢！ 李强李强.2009.4.2009.4
