水性环氧树脂改性乳化沥青道路性能研究综述

封 磊 刘俊杰 陆志鹏 张业茂 姜志炜 晏凤元

（南京工程学院建筑工程学院，江苏 南京 211167）

水性环氧树脂改性乳化沥青与普通乳化沥青成分相似，其含有沥青、乳化剂、水和环氧树脂改性剂。沥青具有乳化性，在机械力情况下形成液滴，与稳定剂、乳化剂均匀分布在水中；乳化剂分子具有 “两亲性”，一部分具有亲水性，另一部分具有亲油性。环氧树脂改性剂主要由环氧树脂聚合物组成，可以有效区分环氧树脂沥青。稳定剂使沥青乳液具有良好的储藏和施工稳定性，保证其在施工时能发挥原有的性能。乳化沥青所掺入的水为纯净水，防止过早分裂和影响乳化沥青的形成。由于环境情况不同，水性环氧树脂改性乳化沥青的性能有所差异，在定量上无法更准确。同时，国内外在其细微掺数变化上研究较少，其性能还需进一步探究。本文主要分析水性环氧树脂改性乳化沥青的道路性能。

1 路用技术指标

1.1 粘附性

沥青的粘附性指标反应沥青在骨料上裹附后抵抗受水侵蚀而造成剥落的能力。

雷蕾［1］通过研究发现，随着环氧树脂含量的增加，改性沥青的粘附性逐渐增加，环氧树脂有助于提高沥青乳液与骨料的粘附性，从而增强沥青混合料的路用性能和耐久性。

用环氧树脂与固化剂按比例制备水性环氧树脂乳液时，以之前实验中最佳环氧树脂掺量为准。当环氧树脂与固化剂之比小于1.1时，粘附性随着比值的增加而增加；当比值达到1.1之后，粘附性反而随着比值的增加而降低。张庆［2］认为，环氧树脂中有大量属于刚性基因的苯环，使环氧树脂分子结构属于刚性链；而固化剂属于柔性链。制备开始时，随着环氧树脂用量的增加，粘度增大；当比值达到一定数值之后，继续增大环氧树脂的用量将导致水性环氧树脂与骨料之间的氢键密度降低，从而粘附性降低。

乳化沥青破乳黏结和水性环氧树脂交联固结同时发生，两者可产生协同效应，增强体系与集料的粘附性。当自制的环氧树脂掺量为30%时，两者协同效应更好，粘附性也相应提高。

1.2 黏度

在现场施工中，人们需要重视黏度。若粘度较低，会导致乳化沥青乳液流失，不易于施工；若过高，将不利于沥青搅拌与比例掺重时的称重等步骤。而水性环氧树脂乳化沥青与热拌沥青并不相同，水性环氧树脂乳化沥青的黏度是依据改性剂的掺量而决定的。

当掺入较少量环氧树脂乳液时，环氧树脂分子中的链容易依附在任何沥青的表面，沥青粒子产生絮凝团聚，使稳定度数值则增大；当加大水性环氧树脂掺量时，环氧树脂在此基础上会出现絮凝、离析上浮的现象。

当掺入环氧树脂为10%、20%、30%、40%、50%时，王进勇［3］等人研究发现，随着环氧树脂含量的增多，沥青的黏度也随之增大，当掺入20%至40%时，黏度增加迅速，可能由于环氧树脂与固化剂形成空间网状结构的环氧高聚物，与乳化沥青体系交织于一起，约束沥青，降低改性乳化沥青的流动性，提高乳化沥青的粘聚力及稠度，从而提高乳化沥青的黏度，环氧树脂越多，乳化沥青与环氧高聚物交联作用越强。当环氧树脂含量小于20%，环氧与沥青相互作用较弱，黏度幅度较小。

水性环氧树脂会与水性固化剂缓慢地发生交联固化反应，黏度处于动态变化中，随着水性环氧树脂掺量增多时，恩格尔黏度增大，说明环氧树脂可以提高体系的黏度。同时随着时间的增长，黏度逐渐增大，这是由于环氧树脂与固化剂在常温下共混后，会产生环氧基开环并形成环氧树脂凝胶体，使黏度增大。

1.3 路面指标

李兴富［4］由实验分析认为，选择微表处级配MS-3形级配较好，相对于MS-2形级配较粗，因此抗滑效果更好，并且混合料的用水量在8%-9%之间和易性最佳。

抗水损害实验中表明，微表处混合料浸水6d湿论磨损值变化与微表处混合料浸水1h湿轮磨耗值变化规律大致相同，表明水性环氧树脂可以提高混合料的抗水损害能力。抗车辙性能实验表明当水性环氧树脂掺入量持续增加，车轮车辙宽度变形率逐渐降低，具有一定的抗车辙能力。马歇尔试验表面水性环氧树脂掺入量的增加使稳定度提高，流值降低，提高了混合料的强度与刚度，马歇尔稳定度也随之增加。环氧树脂与乳化沥青的掺配比例为2∶8时，平整度、压实度、稳定度均可符合要求。

当环氧树脂用于道路微表面处理时，李秀君［5］认为，其能发挥粘结性和热固性，从而提高抗车辙变形能力和耐水损磨耗性能。水性环氧树脂发挥作用的前提是要有适宜的集料级配、乳液油石比以及固化养生时间。在MS-ⅢZ型级配中，水性环氧树脂有助于提升混合料耐久性，水性环氧树脂在MS-Ⅲ多级嵌挤型微表处中最佳掺量为5.0%～7.0%。

2 常规性能

2.1 高温性能

随着乳化沥青与环氧树脂比值越小时，动稳定度越大；说明环氧树脂在一定程度上可以增大乳化沥青混合料的动稳定度。相对于总变形量而言，随着环氧树脂含量越多，总变形量变小。因而，环氧树脂的掺入有助于提高高温稳定性。

水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的动稳定度相对于热拌沥青混合料要大，因为沥青被嵌固在环氧树脂的网状结构中，热塑性减弱，热固性增强。60℃有助于促进环氧树脂的固化，高了混合料抗车辙能力，同时混合料中的水泥发生进一步的水化反应，提升混合料的模量以及抵抗变形的能力，因而高温性能较强。

房增耀［6］实验表明环氧树脂属于热固性材料，在高温或重载条件下不易产生变形，而热拌沥青混合料则需要在高温条件下，受到重载作用下容易发生变形，从而产生车辙。

2.2 低温弯曲性能

通过对比实验，乳化沥青与环氧树脂比值为8：2时，最大弯拉应变和弯曲劲度模量达到最大，因此在一定的掺配下，水性环氧树脂的增加提高了改性乳化沥青的低温强度，当环氧树脂含量超过其一定值时，最大弯拉应变降低，低温性能也降低。

对比热拌料与冷补料的各项性能，冷补料的抗弯拉强度、弯曲劲度模量均大于热拌料，但其抗弯拉应变较小，其固化后的环氧改性乳化沥青具有低温脆性，混合料中水泥水化作用对环氧乳化沥青的硬度和刚度有所增强，所以导致了低温条件下环氧乳化沥青混合料在具有较小的抗弯拉应变及较高的抗弯拉强度。

试验表明，虽然环氧树脂沥青混合料的低温抗裂性能略低于普通沥青混合料，但仍然能满足规范中的技术要求，因此环氧树脂沥青混合料满足路面低温抗裂的要求。

2.3 流变性

温度对环氧乳化沥青影响不大，但随着环氧树脂含量越多，环氧乳化沥青的相位角越小，胶结料黏性特征越不明显。同时当温度升高时，沥青塑性流变性能增大，黏结性能降低，但环氧树脂具有热固性且温度敏感性较低，温度升高，环氧乳化沥青的车辙因子降低；当环氧树脂越多，乳化沥青可塑性降低，弹塑性增强，呈现树脂特性，车辙因子越大，乳化沥青的抗疲劳和高温性能增强。当环氧树脂掺量为20%，乳化沥青的各项性能均可以得到有效增强。

2.4 水稳定性

环氧改性乳化沥青混合料的残留稳定度比热拌沥青混合料高，而冻融劈裂强度则比热伴沥青混合料要小。环氧乳化沥青具有较高的黏附性和黏结性，位于集料表面沥青薄膜不易剥落，因此混合料抗水损能力，同时混合料中的水泥水化物可以减小水的腐蚀。因此，环氧乳化沥青混合料拥有较高残留稳定度，但因混合料表现低温脆性，空隙率较大，使得混合料抗拉能力降低，冻融劈裂强度较弱。

环氧树脂沥青混合料的水稳定性理论上应大于普通沥青的水稳定性。因为环氧树脂沥青混合料的热固性体系较为稳定，可以牢牢地吸附在集料表面。

2.5 储存稳定性

裴强［7］对冷再生乳化沥青研究发现，通过机械剪切制取环氧乳化沥青时，两种乳液分子相互吸附包裹达到稳定状态。当水性环氧树脂的掺量增多时，体系的稳定性降低，通过自制的环氧改性乳化沥青掺量若在25%以下的5d储存稳定性即可达到要求。

水性环氧树脂需要相对久的储存时间用以满足工程条件。实验分析得水性环氧树脂乳液最佳的储存温度应在20℃～25℃左右，并且通过定期搅拌可在一定程度上延长储存期，长时间振动运输会降低环氧树脂乳液的储存稳定性。

3 力学性能

3.1 劈裂强度

当掺入30%的环氧树脂时，改性沥青的劈裂强度增加，沥青混合料被水损害的影响较小。

在改善实验方法的基础上，水性环氧树脂沥青比普通乳化沥青的粘附性能更好，提高了水性环氧树脂沥青的劈裂强度。并且劈裂强度与水性环氧树脂沥青的撒布量大小有关，劈裂强度随着水性环氧树脂沥青的撒布量的增大而增大，当撒布量增大到一定数值后，劈裂强度增强开始变的缓慢。

3.2 抗变形性能

随着水性环氧树脂含量增加，改性沥青的拉拔和抗剪强度均增大，呈线性增长，这是由于已固化的环氧沥青体系形成稳定的三维网状的结构，沥青被包裹在网状结构中，降低了改性乳化沥青的柔韧度，但抵抗变形能力及黏结性能有了明显提高。环氧树脂含量的增加，提高了抗重力、剪力及抗弯沉性能，避免车辙、滑移现象的发生。

当水性环氧树脂逐渐增加时，体系由沥青为主热固性材料变为以环氧树脂为主的热塑性材料，最终变为空间三维网状结构。拉伸强度增大，断裂伸长率则相应降低。

3.3 疲劳性能

水性环氧树脂乳化沥青混合料的疲劳寿命相比于普通沥青的疲劳寿命要短的多。季节［8］等人认为其主要原因是受试件制作条件的限制，导致环氧沥青混合料的刚性增强，弹性恢复能力减弱，进而使疲劳寿命降低。

4 结语

1）水性环氧树脂改性乳化沥青的粘度、粘附性与其他路面指标需科学控制环氧树脂与固化剂的添加比例或环氧树脂的掺入量，使其粘附性、粘度与其他路面指标达到最佳。2）水性环氧树脂改性乳化沥青具有良好的水稳定性、高温性能、低温弯曲性能、流变性。环氧改性乳化沥青可应用在高温炎热、多雨潮湿地区。3）水性环氧树脂的掺入量不宜超过25%，储存温度应控制在20℃～25℃左右，通过定期搅拌可延长储存期，运输过程中长时间的振动会降低储存稳定性。4）水性环氧树脂改性乳化沥青具有良好的抗变形性能与劈裂强度，而抗疲劳性能较弱，所以需要管理人员定期维护路面。5）水性环氧树脂沥青价格较为昂贵，一般用于道路补修。其细微掺量的变化可判断最佳掺配，节约经济，因此其性能还需不断挖掘。