新型路桥面材料—环氧沥青实现国产化

由东南大学研发的新型铺装材料——环氧沥青，通过有关专家团队的多年不懈努力，刻苦钻研，终于获得成功。打破了由国外长期垄断这一产品的局面，拥有了自主知识产权。

“大跨径桥梁钢桥面铺装成套关键技术及工程应用”获2011年国家科技进步二等奖。

《大跨径桥梁钢桥面铺装设计理论与方法》一书的问世，为环氧沥青的应用提供了指导依据，获得了业内专业人士的好评。

沙庆林（中国工程院院士）：《大跨径桥梁钢桥面铺装设计理论与方法》一书作者黄卫院士借鉴美国的经验，利用环氧沥青做粘结层，用环氧沥青混凝土做层面，成功应用于南京长江二桥、润扬大桥等多座大跨径钢桥面上，并创造性地提出了钢桥面沥青混凝土铺筑的成套关键技术，创造了很大的经济与社会效益。

　　该书全面、深入地总结了该类大桥沥青混凝土的设计理论与方法。它包括沥青混凝土的技术指标，轴载换算方法，静力、动力、疲劳特性和高低温性能与钢桥面防腐粘结层的设计和控制标准等，这在国内还是首次。全书逻辑清楚，文笔流畅，理论结合实际，是一部不可多得的学术著作。

周海涛（中国工程院院士）：大跨径桥梁钢桥面铺装设计理论与方法》是我国第一部关于大跨径桥梁钢桥面铺装设计理论和方法的专著，各章节编排合理、文字通顺、内容丰富、题材新颖。

该书通过全面介绍大跨径桥梁钢桥面铺装的关键技术，系统地建立大跨径桥梁钢桥面铺装设计理论和方法，特别是作者在南京长江二桥、南京长江三桥和润扬大桥等国内多座大跨径桥梁钢桥面铺装的科研和工程实践中积累了大量的试验数据和力学分析结果，为本书的写作提供了丰富、翔实的资料。书中提出的复合梁疲劳试验方法、环氧沥青混凝土设计方法以及相关的设计控制指标等，均为国内首次提出；钢桥面铺装力学分析的简化计算公式、轴载换算方法以及铺装优化收集方法等在国内外均属首次提出。

　　最为可贵的是，本书的成果已经在我国多座大跨径桥梁钢桥面铺装上成功实施。

国产环氧沥青相对其他产品表现出的优势有：

<一>环氧沥青混凝土的优异特性：

1、强度高、刚度大：热拌环氧沥青混凝土有很高的强度,力学性能优良；其马歇尔稳定度可高达45 kN～80 kN ,而一般的沥青混凝土马歇尔稳定度仅为8 kN～12 kN，是普通沥青混凝土的5~8倍，而流值却大致相当。环氧沥青混凝土路面不仅有接近刚性路面的强度（抗压强度超过40Mpa），而且有柔性路面的行驶舒适性。

2、良好的温度稳定性：环氧沥青是一种热固性材料,在高温下会变软但不会流动。用环氧沥青混凝土摊铺的路桥面具有良好的高温稳定性,不会出现车辙、推挤、壅包等病害。而在低温下也不过分脆硬,抗裂性能较好。对环氧沥青混凝土进行三点弯曲试验,荷载频率10 Hz ,分别在不同温度求得试件的劲度模量,并与普通混凝土相比较,发现,在0 ℃时,环氧沥青混凝土与普通沥青混凝土的劲度模量相差不大,但在20 ℃常温时则要高出3 倍,而在40 ℃的夏季高温下则是普通沥青混凝土的8 倍,温度越高,劲度模量相差越大。这表明环氧沥青混凝土不仅有较高的强度,而且低温下并不比普通沥青混凝土显得更加脆硬,而在高温下却比普通沥青混凝土抗变形能力高得多,表现出非常好的稳定性。

3、良好的层间结合能力：使用环氧沥青摊铺的粘结层具有很好的粘结能力。在23 ℃温度下,以500 mm/ min 的延伸率对环氧沥青粘结层材料进行拉伸试验,其拉伸强度可达81 MPa ,断裂延伸率为230 %。

4、良好的耐腐蚀性：普通沥青混凝土桥面如有柴油等燃油渗入,将会使沥青失去粘结力而松散。环氧沥青混凝土却不怕燃油的侵蚀。将环氧沥青混凝土马歇尔试件浸泡在柴油中,观察试件状态的变化。经过两周的浸泡,试件棱角无任何脱粒、松散现象,试件仍然十分坚硬,测试其马歇尔稳定度仍达到30 kN ,是普通沥青混凝土的3倍。因此,用环氧沥青混凝土作为大跨径钢桥面、水泥桥面或高速公路路面的铺装材料可以避免因汽车用油的渗入而产生病害；同时能有效防止冬季除雪撒盐对道桥面造成的破坏。

5、优良的疲劳性能：环氧沥青混凝土由于强度高,故在同样的荷载作用下,表现出极其优良的耐疲劳性能。是普通沥青混凝土疲劳寿命的10~30倍。试验表明，环氧沥青铺装层经过相当于15年荷载作用的试验后，任具有良好的抗裂性能。因此采用环氧沥青作钢桥面或高速公路路面常规铺装,能够大大延长路面的使用寿命，同时有效的降低病害维护成本，在15年内基本不用大修。南京长江二桥环氧沥青路面已使用12年了，经过了高温、雨雪冰冻灾害等恶劣环境的考验，目前桥面状况良好。

6、适宜的线性收缩性能：桥面铺装层的温度变化幅度和速度远大于普通路面,铺装层与底部桥面钢板热变形会相互影响和制约,如果铺装层和钢板的热收缩系数相差数值过大,温度应力可能导致铺装开裂或层间滑移。由于收缩病害主要发生在低温区域,因此试验的温度范围为 —15 ℃～+5 ℃内的环氧沥青混凝土的线收缩性,无论在何种温度区间内,试验结果表明,环氧沥青混凝土的线收缩系数都在(1. 3～2. 5) ×10 - 5/ ℃内变化。钢的线性收缩系数大约为(1. 1～1. 4) ×10 - 5/ ℃,环氧沥青混凝土的线收缩系数与其相比,相差不大。尤其在低温情况下,两者几乎相等。因此,由温度引起的铺装层和桥面钢板之间收缩不协调引起开裂的可能性较小。

7、防水性能好：环氧沥青混合料沥青含量高,粘结性好,集料较细属于密集型混合料,能阻止水分渗入到桥面板。

8、高性价比：以前我国使用的环氧沥青主要还是由美国进口,显然环氧沥青铺装层单价较高。目前我国在这方面的研究和应用取得了突破,开发出了具有自主知识产权的多组分环氧沥青产品系列,产品性能优越、稳定，价格相对进口的已经大幅度下降。

环氧沥青铺装层相对较薄,只需3~150px厚度即可达到铺装层对强度和耐久性的要求（普通沥青铺装层厚度要求不小于225px）,因厚度薄，降低了桥面的静荷载，间接延长了桥梁的寿命。

<二> 环氧沥青防水粘结层优异特性

1、超强的粘结性能：环氧沥青防水粘结层材料与混凝土的拉拔强度超过水泥混凝土材料自身的拉拔强度，是一般防水材料的5~10倍，即使在温度达到50℃，环氧沥青防水粘结材料与钢板的粘结强度仍可超过1.0MPa，可满足高温恶劣环境的要求。常温下钢桥面与水泥桥面用的环氧沥青防水粘结材料抗剪强度可达到2.5MPa和1.0MPa.

2、可靠的防水性能：环氧沥青A、B两组分在高温下混合和洒布后，初始粘度低，具有很强的渗透性，可以迅速沿桥面水泥混凝土微小空隙进入桥面板内部，在面层摊铺高温下发生固化反应形成极高的结合度，并且可以修复桥面水泥混凝土的微缺陷，堵塞渗水通道，保证有效防水效果。

3、优良的高温稳定性、低温抗裂性能：在300℃高温下，仍然呈现固态形式而不流淌；在-40℃低温下，还具有5%的断裂伸长率和高达20MPa的拉伸强度。

4、优异的耐老化特性：环氧沥青防水粘结材料在模拟老化条件下拉伸强度和断裂延伸率基本不降低。

<三> 环氧沥青的绿色环保特性

环氧沥青是一种新型绿色、节能、环保材料，与普通沥青相比具有以下几个方面环保优势：

1、节能——环氧沥青混合料的拌和温度一般在115℃左右，而传统沥青混合料的拌和温度通常在160℃~180℃。据测算，沥青混合料生产温度下降40℃~50℃时，可以节省30%的燃油。

2、降耗——环氧沥青混凝土具有强度高、耐疲劳性能等优越特性，只需3~150px厚度就可达到铺装层对强度和耐久性的要求，而普通沥青的铺装层设计厚度通常要求不小于225px。这样因铺装厚度减薄，对沥青混凝土集料（石子、砂、矿粉等）材料的用量将减少约50%，对国土资源的开采保护将起到积极的作用。

3、温拌技术——环氧沥青的拌和温度一般在115℃左右，属于典型的温拌材料，非常适合应用于城市道路和长大隧道的铺装工程应用。

4、环保——环氧沥青混合料在拌和、运输、施工过程中，能显著减少沥青烟及其它挥发物对周边环境的影响，实现人与自然的和谐。据测算，环氧沥青在实际工程应用时，CO2、烟尘和可悬浮物的排放能降低50%左右，氮氧化物（Nox）、SO2的排放能减少65%以上。

国产环氧沥青目前已开发出了系列产品，广泛应用于：钢桥面，水泥桥面、长大隧道、机场跑道、重载交通路面，高速公路、普通道路等。