水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土性能及施工工藝研究

摘要 為探索冷拌水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土與熱拌瀝青混凝土相比，所具備的優(yōu)異路用性能及施工技術要點，文章首先對其原材料性能進行了分析，并展開配合比設計和最佳油石比確定；然后進行馬歇爾穩(wěn)定性、水穩(wěn)性、高低溫穩(wěn)定性的檢測；最后從施工準備、施工工藝等方面對技術應用要點進行了分析研究。結果表明，按照30%比例摻加水性環(huán)氧樹脂的改性乳化瀝青混凝土的力學性能、水穩(wěn)性、高低溫穩(wěn)定性均滿足路用要求；按照設計要求采取路面加熱養(yǎng)護方式后可快速開放交通，保證公路路面經(jīng)濟效益和社會效益的提前發(fā)揮。

關鍵詞 水性環(huán)氧樹脂；改性乳化瀝青；混凝土；性能；施工工藝

中圖分類號 U416.2 文獻標識碼 B 文章編號 2096-8949（2024）22-0087-03

0 引言

冷拌瀝青路面施工技術具有能耗低、排放小、污染少等優(yōu)勢，但在應用過程中，無論采用普通乳化瀝青還是改性乳化瀝青，其路用性能均達不到熱拌瀝青混合料的水平。近年來，隨著高分子材料科學的不斷進步，通過水性環(huán)氧樹脂改善冷拌瀝青性能更加可行。水性環(huán)氧樹脂自身網(wǎng)狀結構穩(wěn)定，分散進入乳化瀝青中后可形成兩相貫穿性結構，使整體性能得到顯著提升。此外，水性環(huán)氧樹脂和乳化瀝青均以水為載體，兩者能較好地相溶。基于此，該文立足公路工程實際，對水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土展開設計，并對其工程應用要點進行分析探究，以期為此類冷拌瀝青混凝土在公路工程中的推廣應用提供借鑒參考。

1 水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土設計

1.1 原材料性能

（1）瀝青。使用自制慢裂型陰離子乳化瀝青，1.18 mm篩的剩余量在0.05%以下，蒸發(fā)殘留物含量在63.0%以上，25℃針入度取60.3（0.1 mm），軟化點在50.6℃以上，15℃延展不小于40.1 cm；24 h儲存穩(wěn)定性在0.55%以下，其性能全部滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（以下簡稱施工技術規(guī)范，JTG F40—2017）要求。

（2）集料。選取工程附近石料場生產的玄武巖粗集料和石灰?guī)r細集料，其性能檢測結果分別見表1和表2所示。從表中可知，粗、細集料性能均符合技術要求。

（3）礦粉。為增強對混合料空隙的填充效果，提高混合料的強度與穩(wěn)定性[1]，選用表觀密度為2.731 t/m3、親水系數(shù)為0.6%的石灰?guī)r磨細礦粉，其粒徑小于0.075 mm、

0.15 mm、0.6 mm的占比分別為84.5%、93.6%和100%。

（4）水性環(huán)氧樹脂。選用的水性環(huán)氧樹脂H及其固化劑外觀為淺色黏狀液體和淺黃色黏稠狀液體，固含量分別在95%～98%及50%～52%之間；pH值在7～8和8～9之間，均無明顯氣味。水性環(huán)氧樹脂屬多相體系，其與固化劑均能分散于水相，并隨水分蒸發(fā)與固化劑發(fā)生互相滲透和擴散反應[2]。

（5）水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青。通過流淌性較好的水性環(huán)氧樹脂對乳化瀝青進行改性，考慮先乳化后改性的方法得到的乳化瀝青的均勻性不良，故該文采用同時進行乳化和改性的方法。按照設計用量摻加水性環(huán)氧樹脂后，制備出水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土[3]，其高溫穩(wěn)定性、延度、低溫性能均優(yōu)于普通乳化瀝青。

1.2 配合比設計

根據(jù)施工技術規(guī)范相關要求，水性環(huán)氧改性乳化瀝青混合料使用實驗室常用的AC-13級配進行配合比設計，級配范圍見表3所示：

按照施工技術規(guī)范并通過馬歇爾試驗，確定最佳油石比。結合施工技術規(guī)范，AC-13級配水氧比應取1∶1，故該文按照水性環(huán)氧樹脂：固化劑∶拌和用水=1∶1.5∶1確定水性環(huán)氧改性乳化瀝青的配比，并按改性乳化瀝青的30%摻加水性環(huán)氧樹脂，最終得到的油石比為6.9%。

2 水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土性能

2.1 馬歇爾穩(wěn)定度

對不同級配的水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土展開馬歇爾穩(wěn)定度試驗，結果見表4所示。由此看出，兩種養(yǎng)護模式下的混凝土孔隙率和馬歇爾穩(wěn)定度均增大。分析原因得知，混凝土失水速度隨孔隙率的增大而增大，乳化瀝青的破乳速度及水性環(huán)氧固化速度相應加快[4]。60℃恒溫養(yǎng)護下的混凝土馬歇爾穩(wěn)定度在初期大于自然養(yǎng)護，但兩者差值越來越小。

2.2 水穩(wěn)性

水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土的水穩(wěn)性，通過浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗進行驗證。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（以下簡稱試驗規(guī)程，JTG E20—2011）展開浸水馬歇爾試驗，試驗結果見表5所示。由此看出，水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土的殘留穩(wěn)定度遠高出85%的規(guī)范值。然而，JP3級配的馬歇爾強度形成時間較短，在養(yǎng)護后的固化反應速度已經(jīng)較低，即使繼續(xù)養(yǎng)護其強度也不會增大?？梢姡h(huán)氧材料具備熱固性特征，殘留穩(wěn)定度試驗無法對其水穩(wěn)性進行合理評價[6]。

根據(jù)試驗規(guī)程制備2組凍融劈裂試件，第二組試件在?18±2℃的環(huán)境下持續(xù)冷凍16±1 h；此后在60±0.5℃的環(huán)境下持續(xù)融化24 h。按照不同方式養(yǎng)護后進行劈裂試驗，結果見表6所示。據(jù)此可知，兩種級配的水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土的凍融劈裂強度均滿足要求；凍融劈裂強度和孔隙率直接相關，且呈反向變動趨勢，這是因為自然養(yǎng)護7 d后的水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土失水率比60℃恒溫養(yǎng)護24 h低、孔隙率小，故其混凝土凍融劈裂強度較高[7]。

2.3 高低溫穩(wěn)定性

通過車轍試驗，進行水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土的高溫性能試驗。具體而言，按照馬歇爾試驗方法制備試件并擊實，標準養(yǎng)護后展開車轍試驗。根據(jù)試驗結果，AC-13試件在60℃恒溫養(yǎng)護24 h及自然養(yǎng)護7 d的動穩(wěn)定度分別為35 000次和32 500次；JP3試件在60℃恒溫養(yǎng)護24 h及自然養(yǎng)護7 d的動穩(wěn)定度分別為48 470次和35 800次，取值均超出1 500次的規(guī)范值，表明水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土具有優(yōu)異的高溫性能。通過分析原因看出，環(huán)氧類材料固化后會形成剛度大、耐久性好且性能穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結構，同時屬于熱固性材料[5]。

通過低溫彎曲試驗，檢驗水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土的低溫抗裂性能。按照0%、30%、50%、70%、100%的比例摻加水性環(huán)氧材料，按照AC-13級配制備試件，在60℃烘箱內恒溫養(yǎng)護24 h后展開低溫彎曲試驗，結果見表7所示。據(jù)此看出，在0%的用量下，純乳化瀝青混凝土強度較小，難以切割出滿足試驗要求的試件，無法展開試驗。隨著水性環(huán)氧材料摻量的增大，撓度遞減；混凝土剛度增強，彎拉應變持續(xù)減小。為取得較好的撓度和彎拉應變性能，水性環(huán)氧材料摻量不宜過大。

3 水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土工程應用

3.1 工程概況

某二級公路于2010年建成運行，起初交通量小，此后隨著地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展速度的加快，重型重載車輛持續(xù)增多，路面先后出現(xiàn)磨光、掉粒等病害。為恢復路用性能，延長路面使用壽命，公路段采取加鋪冷拌水性環(huán)氧改性乳化瀝青罩面的預養(yǎng)護處治技術。

3.2 施工準備

在施工開始前，應合理選用攪拌機、運料車、加熱設備及壓實機械。滾筒式拌和機出料速度低，故該公路試驗段選用大型冷拌設備。水性環(huán)氧改性乳化瀝青運輸車選用運載噸數(shù)在10 t以內的小型車輛，瀝青混凝土則通過水泥混凝土罐車進行運輸。因膠輪壓路機碾壓期間容易出現(xiàn)輕微車轍，故試驗段選取重型鋼輪壓路機，以保證水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土路面的壓實效果，避免乳化瀝青上浮[8]。

3.3 施工工藝

選擇環(huán)境溫度在15～30°C之間、空氣濕度在80%以下時展開施工，施工前應使用高壓水槍和空壓機徹底清除待施工路面的浮渣、粉塵、雜物，并按0.5～1.2 kg/m2的設計用量均勻噴灑黏層油。黏層油應根據(jù)工程實際在環(huán)氧樹脂、熱瀝青、改性乳化瀝青中進行選用。

在施工過程中，應先生產水性環(huán)氧改性乳化瀝青混合料，確保集料干燥、清潔，拌和設備性能良好。按照用量將集料和礦粉投進拌和機后展開1～3 min的干拌和，避免改性乳化瀝青、細集料與礦粉混合后結塊。此后，分4次投加改性乳化瀝青，以減少拌和時間，提升混合料拌和的均勻程度[9]。

水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土通過常規(guī)自卸車運輸，車輛內壁應鋪設雙層塑料薄膜，不用涂刷防黏油。裝車后應及時覆蓋篷布保溫防塵，盡快拉運，運輸時間不得超出30 min。

為防止碾壓初期的振動碾壓造成水性環(huán)氧改性乳化瀝青的上浮，造成黏輪；同時，為保證碾壓后期因水性環(huán)氧固化，振壓后引發(fā)路面開裂，必須使用重型鋼輪壓路機進行全過程的靜壓施工。碾壓期間如遇冒漿、黏輪，必須暫停碾壓，預留出一定間歇時間后灑水淋濕鋼輪表面，并將水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土養(yǎng)護至表層變色后再恢復碾壓。

碾壓后必須通過輕型路面加熱車進行往返加熱養(yǎng)護，并注意加熱深度控制，避免引發(fā)路面車轍。此后采取鉆孔取芯等方式進行路面施工的質量檢測，達標后方可開放交通，并通過水性環(huán)氧比例略高的乳化瀝青混凝土填補取芯孔，確保路面平整[10]。

4 結論

綜上所述，水性環(huán)氧改性乳化瀝青強度隨水性環(huán)氧摻量的增大而增強，基于馬歇爾穩(wěn)定度、抗拉強度及經(jīng)濟性方面的綜合考慮，按30%摻加水性環(huán)氧樹脂。水性環(huán)氧改性乳化瀝青固化時間約為3.0～3.5 h，固化后干縮嚴重，無法進行瀝青三大指標檢測。使用水泥代替50%礦粉后，水性環(huán)氧改性乳化瀝青混凝土路面在施工完成4 d后即可開放交通；使用水泥完全代替礦粉后，施工后3 d即可開放交通，縮短了施工時間。該公路試驗段施工工藝在公路全線得到了推廣應用，取得了較好的施工效果。

參考文獻

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