水泥-沥青-环氧树脂复合胶结硬化机理及其微结构与性能研究

This research based on the excellent properties in weatherability of cement, Temperature stability and bond strength of Epoxy resin, toughness of asphalt to emulsified and modified on asphalt and Epoxy resin. Using the physical adsorption and chemical bonding of emulsified asphalt and waterborne epoxy resin with cement to form the interpenetrating network structure by bitumen network and epoxy networks rely on cement connected. By studying cement mineral composition, particle size, type of emulsified asphalt and water-based epoxy, charge type, particle size, and other factors to get the influence law of emulsified asphalt, waterborne epoxy resin emulsion breaking speed and cement hydration process. To ascertain the hardening mechanism, interface features, structure formation and evolution of cement-emulsified asphalt-waterborne epoxy resin bonding system. And establish the interrelation between the microstructures and mechanical properties and durability. Research the effects of CAE glue proportion, aggregate type and grading on the performance, mechanical properties, volume stability and durability of CAE concrete.?The design method of CAE concrete will be put forward, and high bonding strength with steel plates, water stability, high temperature stability and resistance to fatigue performance of pavement materials will be prepared. The research results can provide technical support for the bridge construction.

结合水泥耐候性好，环氧树脂温度稳定好、粘接强度高，沥青粘韧性好的优点，将环氧树脂和沥青进行乳化改性制备成乳化沥青和水性环氧树脂，利用水泥与乳化沥青、水性环氧树脂间的物理吸附与化学键合，使其形成一种沥青网络与环氧树脂网络依靠水泥连接的互穿网络结构。通过研究水泥矿物组成、粒径，乳化沥青和水性环氧种类、电荷类型、颗粒尺寸等因素对乳化沥青、水性环氧树脂破乳速度，水泥水化进程的影响规律，探明水泥-乳化沥青-水性环氧树脂（CAE）复合胶结体系的胶结硬化机理、界面特征及结构形成与演变规律，探讨其微结构与力学、耐久性能的相互关系；研究CAE胶浆比例，集料种类与级配对复合材料工作性能、力学性能、体积稳定性能及耐久性的影响规律，提出CAE复合材料的设计方法，制备出具有与钢板粘结强度高、水稳定性、高温稳定性和耐疲劳性能优良的钢桥面铺装材料，研究成果可为桥梁建设提供关键材料和技术支撑。

本项目针对普通SMA和AC沥青混凝土用于钢桥面铺装易产生车辙、推移、拥包等病害等问题，开展了水泥-乳化沥青-水性环氧树脂（CAE）复合材料的组成、结构与性能研究，取得了如下成果：. 1、通过研究水泥种类、粒径，乳化沥青和水性环氧种类、电荷类型、颗粒尺寸等因素对乳化沥青、水性环氧树脂破乳速度，水泥水化进程的影响规律，探明CAE复合材料的水化硬化机理、界面特征及微结构形成与演变规律，探讨其微结构与力学、耐久性能的相互关系，结果表明：水泥颗粒既吸附乳化沥青形成结构沥青，又与水性环氧树脂发生化学键合，可起连接介质作用，调控水泥、乳化沥青、水性环氧树脂的种类、颗粒尺寸及掺配比例，使之硬化后形成以水泥为连接介质的沥青与环氧树脂互穿网络结构。该结构以沥青为连续相，使材料具良好的柔韧性，可与钢板协调变形；环氧树脂为改性相，形成网络穿插于沥青中，提高了材料的高温稳定性和与钢板的粘结强度；水泥作为连接介质提高了材料的匀质性及水稳定性能，克服了环氧树脂（极性）与沥青（非极性）相容性差而分层离析的问题。. 2、提出CAE复合材料的设计方法，制备出具有与钢板粘结强度高、水稳定性、高温稳定性和耐疲劳性能优良的钢桥面铺装材料和高流态、高粘结强度、低收缩的道路快速修补材料，其组成为A/C=2、A/E=5/3时，60℃动稳定度达到22600次/mm，-10℃低温弯曲应变达到2873με，冻融劈裂强度比大于90%，25℃界面抗剪强度达到1.122MPa，其水稳定性能、高温性能以及与钢板的粘结强度优于SMA和AC以及浇筑式沥青混凝土，并可常温下施工，施工可操作时间达2h以上。. 3、开发了以CAE为胶结料，碾压嵌入9.5~13.2mm的玄武岩碎石（碎石覆盖率75~85%）的山区长大纵坡路面抗滑磨耗层材料，其60℃动稳定度≥34000次/mm，-10℃弯拉应变≥3200με，浸水残留稳定度≥90%，冻融劈裂强度比≥90%，表面构造深度≥0.8mm，25℃与沥青混凝土界面的粘结强度≥1.1MPa。. 项目研究成果可为提升钢箱梁桥面铺装材料耐久性和以及山区长大纵坡路面抗滑性能提供了关键材料，具有广阔的应用前景。