水性環(huán)氧樹脂/丁苯膠乳復合改性乳化瀝青微表處路用性能研究

朱曉斌

（山西省交通新技術發(fā)展有限公司，山西太原 030012）

0 引言

我國瀝青路面由“建養(yǎng)并舉”逐漸過渡到現(xiàn)在的“以養(yǎng)為主”時期，微表處作為一種預養(yǎng)護方式得到了廣泛應用[1-3]。微表處的工作原理是用具有一定級配的集料、填料（水泥、石灰、粉煤灰、石粉等）與乳化瀝青和外加水，按一定配比拌和成具有流動性的稀漿混合料，再將其均勻攤鋪在路面上，待其成型后便可開放交通[4]。微表處具有填補輕微車轍、提高路面平整度、提高路面抗滑性能等功能，但由于微表處用乳化瀝青存在黏結力低、成型時間長、耐久性差等缺陷，一些微表處工程在使用1～3 年后各項性能迅速衰減，出現(xiàn)不同程度的松散掉粒以及抗滑能力下降等現(xiàn)象[5]。為此，研究者們將水性環(huán)氧樹脂或各種聚合物摻入到乳化瀝青中，并以此來制備新型微表處，以期提高微表處路用性能[6-10]。

基于此，為提高普通乳化瀝青微表處的路用性能，該研究使用水性環(huán)氧樹脂（WER）與丁苯膠乳（SBR）為改性劑制備WER/SBR 復合改性乳化瀝青微表處混合料，通過稀漿混合料濕輪磨耗試驗、稀漿混合料車轍變形試驗與低溫彎曲試驗評價WER/SBR 微表處的耐磨耗性能、抗水損害性能、抗車轍變形性能與低溫抗裂性。

1 試驗部分

1.1 原材料

乳化瀝青選用陽離子慢裂快凝型，固含量為62%；水性環(huán)氧乳液與水性固化劑均為實驗室自制，其技術指標如表1 所示；SBR 膠乳為改性乳化瀝青專用陽離子SBR 膠乳（PC-1468），固含量65%；細集料選用石灰?guī)r，粗集料選用玄武巖，集料的技術指標見表2；水泥為普通硅酸鹽水泥P·O 42.5。

表1 水性環(huán)氧樹脂與固化劑的技術指標

表2 集料的技術指標

1.2 WER/SBR復合改性乳化瀝青的制備

首先，以2∶1 的比例（質量比）將水性環(huán)氧乳液與固化劑混合均勻，制得水性環(huán)氧體系；再在燒杯中盛入一定量的乳化瀝青，按比例（與乳化瀝青質量比）將SBR 膠乳與水性環(huán)氧體系分別摻入到乳化瀝青中，開啟高速攪拌器，以1 200 r/min 的速率攪拌20 min，即可得到該研究使用的WER/SBR 復合改性乳化瀝青。

1.3 WER/SBR微表處混合料配合比設計

1.3.1 級配

該研究中WER/SBE 微表處混合料試驗級配采用MS-3 型中值級配，試驗級配見表3。

表3 試驗級配 單位：%

1.3.2 WER/SBR微表處混合料試驗組成設計

根據(jù)微表處混合料拌和結果，確定WER/SBR 復合改性乳化瀝青微表處混合料配合比，礦料∶WER/SBR復合改性乳化瀝青∶外加水∶水泥=100∶11∶5∶1.5（質量比），其中，SBR 摻量分別為乳化瀝青質量的3%、4%、5%，WER 摻量分別為乳化瀝青質量的2.5%、5%、7.5%、10%。

1.4 試驗方法

參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）中稀漿混合料濕輪磨耗試驗與稀漿混合料車轍變形試驗，以1 d 濕輪磨耗值、6 d 濕輪磨耗值及寬度變形率評價WER/SBR 微表處耐磨耗性能、抗水損害性能及抗車轍變形性能，試件高度均為8 mm；利用瀝青混合料彎曲試驗評價微表處混合料低溫性能，將WER/SBR 微表處混合料成型車轍板后，切割成尺寸為250 mm×40 mm×40 mm 的試件進行試驗，試驗溫度-10 ℃，加載速率50 mm/min。

2 試驗結果及分析

2.1 耐磨性能

微表處混合料浸水1 h 濕輪磨耗試驗是模擬在最不利環(huán)境下，測定微表處混合料在單位時間內的掉粒量，以濕輪磨耗值表示。濕輪磨耗值越大，微表處混合料耐磨性能越差。WER/SBR 微表處混合料浸水1 h 濕輪磨耗試驗結果如圖1 所示。

圖1 WER/SBR微表處浸水1 h濕輪磨耗試驗結果

由圖1 可知，在SBR 摻量為4%時，隨著WER 摻量從2.5%增至10%的過程中，WER/SBR 微表處混合料濕輪磨耗值由268 g/m2降至165 g/m2，耐磨性能逐漸提升，究其原因，一方面是因為WER 在乳化瀝青破乳后固化，形成具有一定強度的交聯(lián)網狀結構；另一方面是WER 增加了乳化瀝青的黏附性，從而提高微表處耐磨性能。另外，當WER 摻量一定時，WER/SBR 微表處混合料濕輪磨耗值隨著SBR 摻量的增加呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢，耐磨性能先提升后降低，這是因為適量的SBR 也會為WER 形成的網狀結構提供強度，并且增加乳化瀝青的黏結力，但過多的SBR 摻量會使微表處混合料變軟，表面集料會出現(xiàn)松散狀態(tài)，在外界條件磨損作用下極易剝離。

2.2 抗車轍變形性能

通過微表處車轍變形試驗可以測出微表處混合料在車輪荷載碾壓后的寬度變形率，以此評價其抗車轍變形性能。圖2 為WER/SBR 復合改性乳化瀝青微表處混合料車轍變形試驗結果。

圖2 WER/SBR微表處車轍變形試驗結果

從圖2 可以看出，隨著WER 摻量的增加，WER/SBR 微表處混合料寬度變形率逐漸降低，抗車轍變形性能逐漸提高，這是因為WER 為熱固性樹脂，在乳化瀝青破乳后固化，形成環(huán)氧瀝青，而環(huán)氧樹脂剛度較大，可以有效抵抗行車荷載引起的變形。在水性環(huán)氧摻量一定時，微表處混合料寬度變形率隨著SBR 摻量的增加而減小，抗車轍變形性能逐漸降低，這是因為SBR 以內摻的形式加入到乳化瀝青中，變相降低了瀝青含量，導致微表處混合料強度下降；另外，SBR 會使微表處混合料變軟，降低了其抵抗外界荷載的能力。

2.3 低溫性能

目前國內外尚無評價微表處混合料低溫性能的方法，該研究參考熱拌瀝青混合料彎曲試驗，通過微表處混合料低溫彎曲試驗后的最大彎拉應變評價其低溫性能[11]。WER/SBR 復合改性乳化瀝青微表處混合料彎曲試驗結果如圖3 所示。

圖3 WER/SBR微表處低溫彎曲試驗結果

最大彎拉應變?yōu)闉r青混合料受到荷載作用下，直至沿截面高度方向破壞的單位變形量，可以表示微表處混合料在低溫環(huán)境下抵抗變形的能力，最大彎拉應變值越大，微表處混合料低溫性能越好[12]。從低溫彎曲試驗可以看出，隨著WER 摻量的增加，WER/SBR 微表處混合料最大彎拉應變逐漸降低，低溫性能逐漸變差。在SBR 摻量為3%，WER 摻量為10%時，微表處最大彎拉應變僅為9×10-4，產生這一現(xiàn)象的原因是WER為熱固性樹脂，固化后剛度較大、柔韌性較差，導致微表處混合料變脆，在低溫環(huán)境下極易發(fā)生斷裂。從圖3還可以看出，在WER 摻量一定時，微表處混合料最大彎拉應變與SBR 摻量呈正比關系，這說明SBR 的摻入賦予了水性環(huán)氧乳化瀝青柔韌性，提高了微表處混合料的低溫性能。

2.4 抗水損害性能

利用微表處混合料浸水6 d 濕輪磨耗試驗評價微表處混合料的抗水損害性能，其原理與浸水1 h 濕輪磨耗試驗相同。濕輪磨耗值越大，微表處混合料耐磨性能越差，其抗水損害性能就越差。WER/SBR 復合改性乳化瀝青微表處混合料浸水6 d 濕輪磨耗試驗結果如圖4 所示。

圖4 WER/SBR微表處浸水6 d濕輪磨耗試驗結果

從圖4 可以看出，WER/SBR 微表處浸水6 d 濕輪磨耗試驗結果與浸水1 h 濕輪磨耗試驗結果相近，隨著WER 摻量的增加，WER/SBR 微表處混合料濕輪磨耗值逐漸降低，在SBR 摻量為4%時，隨著WER 摻量從2.5%增至10%的過程中，WER/SBR 微表處混合料濕輪磨耗值由447 g/m2降至264 g/m2，抗水損害逐漸提升，這是因為WER 固化后提高了微表處混合料的交聯(lián)密度，從而有效抵抗水作用下集料之間的剝離[13]。當水性環(huán)氧摻量一定時，WER/SBR 微表處混合料濕輪磨耗值隨著SBR 摻量的增加呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢，抗水損害性能先提升后降低，在SBR 摻量為4%時，WER/SBR 微表處抗水損害性能最佳，這一結果與浸水1 h 濕輪磨耗試驗結果吻合，均表明了過多的SBR 摻量會使微表處混合料變軟，對其路用性能產生不利影響。

3 結論

a）以MS-3 為試驗級配，制備了WER/SBR 微表處混合料，通過拌和試驗確定了WER/SBR 微表處混合料最佳配合比，礦料∶WER/SBR 復合改性乳化瀝青∶外加水∶水泥=100∶11∶5∶1.5（質量比）。

b）隨著WER 摻量的增加，WER/SBR 復合改性乳化瀝青微表處混合料耐磨性能、抗水損害性能、與抗車轍變形性能逐漸提升，低溫抗裂性能逐漸下降。

c）隨著SBR 摻量的增加，WER/SBR 復合改性乳化瀝青微表處混合料低溫抗裂性能逐漸提升，抗車轍變形性能逐漸下降；耐磨性能與抗水損害性能先提升后下降，在SBR 摻量為4%時出現(xiàn)峰值。