水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青道路性能研究綜述

封 磊 劉俊杰 陸志鵬 張業(yè)茂 姜志煒 晏鳳元

（南京工程學院建筑工程學院，江蘇 南京 211167）

水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青與普通乳化瀝青成分相似，其含有瀝青、乳化劑、水和環(huán)氧樹脂改性劑。瀝青具有乳化性，在機械力情況下形成液滴，與穩(wěn)定劑、乳化劑均勻分布在水中；乳化劑分子具有 “兩親性”，一部分具有親水性，另一部分具有親油性。環(huán)氧樹脂改性劑主要由環(huán)氧樹脂聚合物組成，可以有效區(qū)分環(huán)氧樹脂瀝青。穩(wěn)定劑使瀝青乳液具有良好的儲藏和施工穩(wěn)定性，保證其在施工時能發(fā)揮原有的性能。乳化瀝青所摻入的水為純凈水，防止過早分裂和影響乳化瀝青的形成。由于環(huán)境情況不同，水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青的性能有所差異，在定量上無法更準確。同時，國內(nèi)外在其細微摻數(shù)變化上研究較少，其性能還需進一步探究。本文主要分析水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青的道路性能。

1 路用技術(shù)指標

1.1 粘附性

瀝青的粘附性指標反應瀝青在骨料上裹附后抵抗受水侵蝕而造成剝落的能力。

雷蕾［1］通過研究發(fā)現(xiàn)，隨著環(huán)氧樹脂含量的增加，改性瀝青的粘附性逐漸增加，環(huán)氧樹脂有助于提高瀝青乳液與骨料的粘附性，從而增強瀝青混合料的路用性能和耐久性。

用環(huán)氧樹脂與固化劑按比例制備水性環(huán)氧樹脂乳液時，以之前實驗中最佳環(huán)氧樹脂摻量為準。當環(huán)氧樹脂與固化劑之比小于1.1時，粘附性隨著比值的增加而增加；當比值達到1.1之后，粘附性反而隨著比值的增加而降低。張慶［2］認為，環(huán)氧樹脂中有大量屬于剛性基因的苯環(huán)，使環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)屬于剛性鏈；而固化劑屬于柔性鏈。制備開始時，隨著環(huán)氧樹脂用量的增加，粘度增大；當比值達到一定數(shù)值之后，繼續(xù)增大環(huán)氧樹脂的用量將導致水性環(huán)氧樹脂與骨料之間的氫鍵密度降低，從而粘附性降低。

乳化瀝青破乳黏結(jié)和水性環(huán)氧樹脂交聯(lián)固結(jié)同時發(fā)生，兩者可產(chǎn)生協(xié)同效應，增強體系與集料的粘附性。當自制的環(huán)氧樹脂摻量為30%時，兩者協(xié)同效應更好，粘附性也相應提高。

1.2 黏度

在現(xiàn)場施工中，人們需要重視黏度。若粘度較低，會導致乳化瀝青乳液流失，不易于施工；若過高，將不利于瀝青攪拌與比例摻重時的稱重等步驟。而水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青與熱拌瀝青并不相同，水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青的黏度是依據(jù)改性劑的摻量而決定的。

當摻入較少量環(huán)氧樹脂乳液時，環(huán)氧樹脂分子中的鏈容易依附在任何瀝青的表面，瀝青粒子產(chǎn)生絮凝團聚，使穩(wěn)定度數(shù)值則增大；當加大水性環(huán)氧樹脂摻量時，環(huán)氧樹脂在此基礎上會出現(xiàn)絮凝、離析上浮的現(xiàn)象。

當摻入環(huán)氧樹脂為10%、20%、30%、40%、50%時，王進勇［3］等人研究發(fā)現(xiàn)，隨著環(huán)氧樹脂含量的增多，瀝青的黏度也隨之增大，當摻入20%至40%時，黏度增加迅速，可能由于環(huán)氧樹脂與固化劑形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的環(huán)氧高聚物，與乳化瀝青體系交織于一起，約束瀝青，降低改性乳化瀝青的流動性，提高乳化瀝青的粘聚力及稠度，從而提高乳化瀝青的黏度，環(huán)氧樹脂越多，乳化瀝青與環(huán)氧高聚物交聯(lián)作用越強。當環(huán)氧樹脂含量小于20%，環(huán)氧與瀝青相互作用較弱，黏度幅度較小。

水性環(huán)氧樹脂會與水性固化劑緩慢地發(fā)生交聯(lián)固化反應，黏度處于動態(tài)變化中，隨著水性環(huán)氧樹脂摻量增多時，恩格爾黏度增大，說明環(huán)氧樹脂可以提高體系的黏度。同時隨著時間的增長，黏度逐漸增大，這是由于環(huán)氧樹脂與固化劑在常溫下共混后，會產(chǎn)生環(huán)氧基開環(huán)并形成環(huán)氧樹脂凝膠體，使黏度增大。

1.3 路面指標

李興富［4］由實驗分析認為，選擇微表處級配MS-3形級配較好，相對于MS-2形級配較粗，因此抗滑效果更好，并且混合料的用水量在8%-9%之間和易性最佳。

抗水損害實驗中表明，微表處混合料浸水6d濕論磨損值變化與微表處混合料浸水1h濕輪磨耗值變化規(guī)律大致相同，表明水性環(huán)氧樹脂可以提高混合料的抗水損害能力?？管囖H性能實驗表明當水性環(huán)氧樹脂摻入量持續(xù)增加，車輪車轍寬度變形率逐漸降低，具有一定的抗車轍能力。馬歇爾試驗表面水性環(huán)氧樹脂摻入量的增加使穩(wěn)定度提高，流值降低，提高了混合料的強度與剛度，馬歇爾穩(wěn)定度也隨之增加。環(huán)氧樹脂與乳化瀝青的摻配比例為2∶8時，平整度、壓實度、穩(wěn)定度均可符合要求。

當環(huán)氧樹脂用于道路微表面處理時，李秀君［5］認為，其能發(fā)揮粘結(jié)性和熱固性，從而提高抗車轍變形能力和耐水損磨耗性能。水性環(huán)氧樹脂發(fā)揮作用的前提是要有適宜的集料級配、乳液油石比以及固化養(yǎng)生時間。在MS-ⅢZ型級配中，水性環(huán)氧樹脂有助于提升混合料耐久性，水性環(huán)氧樹脂在MS-Ⅲ多級嵌擠型微表處中最佳摻量為5.0%～7.0%。

2 常規(guī)性能

2.1 高溫性能

隨著乳化瀝青與環(huán)氧樹脂比值越小時，動穩(wěn)定度越大；說明環(huán)氧樹脂在一定程度上可以增大乳化瀝青混合料的動穩(wěn)定度。相對于總變形量而言，隨著環(huán)氧樹脂含量越多，總變形量變小。因而，環(huán)氧樹脂的摻入有助于提高高溫穩(wěn)定性。

水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青混合料的動穩(wěn)定度相對于熱拌瀝青混合料要大，因為瀝青被嵌固在環(huán)氧樹脂的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，熱塑性減弱，熱固性增強。60℃有助于促進環(huán)氧樹脂的固化，高了混合料抗車轍能力，同時混合料中的水泥發(fā)生進一步的水化反應，提升混合料的模量以及抵抗變形的能力，因而高溫性能較強。

房增耀［6］實驗表明環(huán)氧樹脂屬于熱固性材料，在高溫或重載條件下不易產(chǎn)生變形，而熱拌瀝青混合料則需要在高溫條件下，受到重載作用下容易發(fā)生變形，從而產(chǎn)生車轍。

2.2 低溫彎曲性能

通過對比實驗，乳化瀝青與環(huán)氧樹脂比值為8：2時，最大彎拉應變和彎曲勁度模量達到最大，因此在一定的摻配下，水性環(huán)氧樹脂的增加提高了改性乳化瀝青的低溫強度，當環(huán)氧樹脂含量超過其一定值時，最大彎拉應變降低，低溫性能也降低。

對比熱拌料與冷補料的各項性能，冷補料的抗彎拉強度、彎曲勁度模量均大于熱拌料，但其抗彎拉應變較小，其固化后的環(huán)氧改性乳化瀝青具有低溫脆性，混合料中水泥水化作用對環(huán)氧乳化瀝青的硬度和剛度有所增強，所以導致了低溫條件下環(huán)氧乳化瀝青混合料在具有較小的抗彎拉應變及較高的抗彎拉強度。

試驗表明，雖然環(huán)氧樹脂瀝青混合料的低溫抗裂性能略低于普通瀝青混合料，但仍然能滿足規(guī)范中的技術(shù)要求，因此環(huán)氧樹脂瀝青混合料滿足路面低溫抗裂的要求。

2.3 流變性

溫度對環(huán)氧乳化瀝青影響不大，但隨著環(huán)氧樹脂含量越多，環(huán)氧乳化瀝青的相位角越小，膠結(jié)料黏性特征越不明顯。同時當溫度升高時，瀝青塑性流變性能增大，黏結(jié)性能降低，但環(huán)氧樹脂具有熱固性且溫度敏感性較低，溫度升高，環(huán)氧乳化瀝青的車轍因子降低；當環(huán)氧樹脂越多，乳化瀝青可塑性降低，彈塑性增強，呈現(xiàn)樹脂特性，車轍因子越大，乳化瀝青的抗疲勞和高溫性能增強。當環(huán)氧樹脂摻量為20%，乳化瀝青的各項性能均可以得到有效增強。

2.4 水穩(wěn)定性

環(huán)氧改性乳化瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度比熱拌瀝青混合料高，而凍融劈裂強度則比熱伴瀝青混合料要小。環(huán)氧乳化瀝青具有較高的黏附性和黏結(jié)性，位于集料表面瀝青薄膜不易剝落，因此混合料抗水損能力，同時混合料中的水泥水化物可以減小水的腐蝕。因此，環(huán)氧乳化瀝青混合料擁有較高殘留穩(wěn)定度，但因混合料表現(xiàn)低溫脆性，空隙率較大，使得混合料抗拉能力降低，凍融劈裂強度較弱。

環(huán)氧樹脂瀝青混合料的水穩(wěn)定性理論上應大于普通瀝青的水穩(wěn)定性。因為環(huán)氧樹脂瀝青混合料的熱固性體系較為穩(wěn)定，可以牢牢地吸附在集料表面。

2.5 儲存穩(wěn)定性

裴強［7］對冷再生乳化瀝青研究發(fā)現(xiàn)，通過機械剪切制取環(huán)氧乳化瀝青時，兩種乳液分子相互吸附包裹達到穩(wěn)定狀態(tài)。當水性環(huán)氧樹脂的摻量增多時，體系的穩(wěn)定性降低，通過自制的環(huán)氧改性乳化瀝青摻量若在25%以下的5d儲存穩(wěn)定性即可達到要求。

水性環(huán)氧樹脂需要相對久的儲存時間用以滿足工程條件。實驗分析得水性環(huán)氧樹脂乳液最佳的儲存溫度應在20℃～25℃左右，并且通過定期攪拌可在一定程度上延長儲存期，長時間振動運輸會降低環(huán)氧樹脂乳液的儲存穩(wěn)定性。

3 力學性能

3.1 劈裂強度

當摻入30%的環(huán)氧樹脂時，改性瀝青的劈裂強度增加，瀝青混合料被水損害的影響較小。

在改善實驗方法的基礎上，水性環(huán)氧樹脂瀝青比普通乳化瀝青的粘附性能更好，提高了水性環(huán)氧樹脂瀝青的劈裂強度。并且劈裂強度與水性環(huán)氧樹脂瀝青的撒布量大小有關(guān)，劈裂強度隨著水性環(huán)氧樹脂瀝青的撒布量的增大而增大，當撒布量增大到一定數(shù)值后，劈裂強度增強開始變的緩慢。

3.2 抗變形性能

隨著水性環(huán)氧樹脂含量增加，改性瀝青的拉拔和抗剪強度均增大，呈線性增長，這是由于已固化的環(huán)氧瀝青體系形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，瀝青被包裹在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，降低了改性乳化瀝青的柔韌度，但抵抗變形能力及黏結(jié)性能有了明顯提高。環(huán)氧樹脂含量的增加，提高了抗重力、剪力及抗彎沉性能，避免車轍、滑移現(xiàn)象的發(fā)生。

當水性環(huán)氧樹脂逐漸增加時，體系由瀝青為主熱固性材料變?yōu)橐原h(huán)氧樹脂為主的熱塑性材料，最終變?yōu)榭臻g三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。拉伸強度增大，斷裂伸長率則相應降低。

3.3 疲勞性能

水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青混合料的疲勞壽命相比于普通瀝青的疲勞壽命要短的多。季節(jié)［8］等人認為其主要原因是受試件制作條件的限制，導致環(huán)氧瀝青混合料的剛性增強，彈性恢復能力減弱，進而使疲勞壽命降低。

4 結(jié)語

1）水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青的粘度、粘附性與其他路面指標需科學控制環(huán)氧樹脂與固化劑的添加比例或環(huán)氧樹脂的摻入量，使其粘附性、粘度與其他路面指標達到最佳。2）水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青具有良好的水穩(wěn)定性、高溫性能、低溫彎曲性能、流變性。環(huán)氧改性乳化瀝青可應用在高溫炎熱、多雨潮濕地區(qū)。3）水性環(huán)氧樹脂的摻入量不宜超過25%，儲存溫度應控制在20℃～25℃左右，通過定期攪拌可延長儲存期，運輸過程中長時間的振動會降低儲存穩(wěn)定性。4）水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青具有良好的抗變形性能與劈裂強度，而抗疲勞性能較弱，所以需要管理人員定期維護路面。5）水性環(huán)氧樹脂瀝青價格較為昂貴，一般用于道路補修。其細微摻量的變化可判斷最佳摻配，節(jié)約經(jīng)濟，因此其性能還需不斷挖掘。