环氧乳化沥青混合料路用性能研究与养护应用

闫功亮

(广西交通投资集团南宁高速公路运营有限公司，广西 南宁 530022)

0 引言

随着我国交通运输业的迅猛发展，剧增的交通量及轴载降低了路面的使用寿命，采用预防性养护技术对路面进行维修与养护是延长道路使用寿命的重要手段。预防性养护技术指在路面未出现破坏或者出现较小的破坏时进行路面养护维修，相对于路面加铺技术具有成本低、效益高、维修简单等优势，现阶段在我国各级公路上均有试用。在预防性养护技术中，罩面材料的选取将直接影响罩面层的养护性能。随着科技的进步，国内外学者发现了多种优异的罩面材料，其中水性环氧树脂是一种较好的选择[1]。水性环氧树脂体系具有在潮湿或室温的条件下固化、固化时间合理、固化产物具有较高交联密度、化学稳定性好和高黏性等优点，可用其来改性乳化沥青，从而改善乳化沥青混合料的路用性能。本文将以环氧乳化沥青作为薄层罩面并对其进行性能测试。

1 原材料

1.1 原材料技术指标

采用韩国GS90#基质沥青，其技术指标见表1；乳化剂采用北京生产的阳离子乳化剂，其物理指标见表2；水性环氧树脂采用天津生产的水性环氧树脂HY-R，由双酚A型环氧树脂自乳化而得，其性能指标见表3；固化剂为水溶性改性聚酰胺，其性能指标如表4所示。

表1 GS90#基质沥青技术指标表

表2 阴离子乳化剂技术指标表

表3 环氧树脂的性能指标表

表4 固化剂性能指标表

1.2 环氧乳化沥青的制备

环氧乳化沥青的制备方法按乳化、改性的顺序不同有三种制备方法：先改性后乳化、先乳化后改性、边改性边乳化[2]。基于前人研究成果可知三种制备方法制备成品差异不大。基于简单原则本文采用先乳化后改性的方法制备。开始制备前先将乳化剂溶解为液态，环氧树脂改性剂也必须溶解为液态。制备工艺程序如图1所示。

图1 环氧乳化沥青的制备工序示意图

1.3 环氧乳化沥青固化剂掺比

固化剂掺比是环氧乳化沥青的重要影响因素之一，本文依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)三大指标试验方法，针对10%掺量下环氧树脂改性剂的不同固化剂配合比混合料进行研究。试验结果如表5所示。

表5 不同固化剂掺比下的乳化沥青蒸发残留物三大指标试验结果表

由表5可知：固化剂掺比增大，其针入度、延度均呈下降趋势，软化点呈上升趋势，但当掺比达到为10∶1.5时其变化趋势趋于平稳，这是由于随着固化剂掺比上升，沥青中形成了致密的网状空间结构，增强了沥青的高温性能，但会造成低温性能损伤，因此基于表5试验结果选择环氧树脂与固化剂掺比10∶1.5作为试验参数。

2 环氧乳化沥青混合料路用性能

环氧乳化沥青混合料作为一种薄层罩面预防性养护材料，其路用性能必须满足要求，需具有良好的抗车辙、抗剥落性能。本节针对环氧沥青混合料进行抗车辙试验、飞散试验、磨耗试验来考察其路用性能。

2.1 抗车辙性能

为了研究不同环氧树脂掺量对乳化沥青混合料的抗车辙性能的影响，进行了抗车辙试验。采用环氧树脂掺量为0、10%、20%、30%、40%的改性乳化沥青制备车辙试件进行车辙试验，级配如表6所示。

表6 混合料级配表

通过动稳定度来评价其抵抗变形的能力，表7为5个试件的平均动稳定度统计指标。

表7 不同环氧树脂掺量下的乳化沥青混合料车辙试验结果表

从表7和图2可以看出：

图2 不同环氧树脂掺量乳化沥青混合料动稳定度变化曲线图

(1)环氧树脂的掺入能够增强沥青的抗车辙能力，随着环氧树脂的掺量由0增加到40%，混合料的动稳定度从3 145次/mm增加到3 481次/mm，这是由于环氧树脂能够使沥青混合料之间的粘结更加紧密，粘聚力变强从而抵抗变形的能力大幅度提高[3]。

(2)由图2所示，环氧树脂掺量由20%增长至30%及由30%增长至40%两个阶段，动稳定度分别增长0.64%、0.09%，高温抗车辙能力改善不明显。这是因为随着环氧树脂逐渐增加到一定量时，混合料内部已经形成比较致密的结构，抵抗变形的能力已达到峰值。

(3)整体分析最佳水性环氧树脂掺量为25%～35%，此时的乳化沥青混合料抵抗车辙能力较好，且持续提高环氧树脂掺量，混合料高温稳定性不再继续增长，该掺量下混合料的性能与经济性均最佳。

2.2 抗剥落性能

抗剥落性能是评价沥青混合料路用性能的一个重要指标，也是其作为养护性罩面层的一个重要功能，高抗剥落性能够有效防止路面产生一些病害。本小节分别对不同环氧树脂掺量的乳化沥青混合料进行肯塔堡飞散试验。

本次飞散试验共设有两个试验环境，即20 ℃的标准飞散和60 ℃下的浸水飞散。试验结果如图3所示。

(a)标准飞散损失率

(1)混合料抗剥落能力随环氧树脂掺量提高而增强。由图3可知，混合料飞散损失率曲线呈现持续下降趋势，当环氧树脂的掺量为20%时标准飞散损失率达到最小值，为6.33%，掺量为30%时浸水飞散损失率达到最小值，为8.73%。这是因为环氧树脂的加入能够使得沥青的黏度增加，沥青混合料整体的粘结性增强。

(2)由图3可知，当环氧树脂掺量超过20%或30%时，标准飞散损失率与浸水飞散损失率均出现略微增大趋势，这是由于当环氧树脂的掺量过多时使得沥青变软、流动性变大，从而使沥青混合料的整体粘结性相对减弱[4]。

(3)综合浸水与标准飞散试验结果分析水性环氧树脂的最佳掺量，结果表明掺量在25%～35%时飞散试验损失率最低。

2.3 抗水损性能

在很多路面损害中，主要是由于抵抗水损失能力差，在长时间的水浸泡下，部分水分会渗入路面内部，导致碎石集料与沥青之间的粘结力下降而进一步使得沥青碎石集料出现剥落，路面出现破坏。现对环氧树脂改性乳化沥青混合料进行磨耗试验检测其抗水损能力。表8和图4为不同环氧树脂掺量的乳化沥青混合料湿轮磨耗值测试结果。

表8 不同环氧树脂掺量下的乳化沥青混合料磨耗值测试结果表

图4 不同环氧树脂掺量下的乳化沥青混合料磨耗值变化曲线图

从试验结果可知：

(1)由表8可以看出，随着环氧树脂的掺入，混合料磨耗值呈现先减小后增大的趋势。0～20%的掺量范围内1 h的湿轮磨耗值从590 g/m2减小至179 g/m2；6 d的湿轮磨耗值从1 100 g/m2减小至543 g/m2。20%～40%的掺量范围内1 h的湿轮磨耗值从179 g/m2增大至276 g/m2；6 d的湿轮磨耗值从543 g/m2增大至612 g/m2。这是因为适量的环氧树脂能够增强沥青膜粘结强度，使其形成更好的骨架密实结构，但是环氧树脂掺量较高时，其不能完全发生固化反应，从而减弱沥青与集料粘结力，集料更易从混合料中剥落。

(2)由图4可以看出随着环氧树脂掺量增加，混合料的抗水损害能力增强。当掺量增加至40%时磨耗值增量由510 g/m2减小至336 g/m2，这是因为环氧树脂沥青耐久性强，随着掺量的增加更能表现出环氧树脂的致密性特点。

(3)从整体上分析，当环氧树脂的掺量为20%～30%时，沥青混合料的抗水损害性能达到最好。

3 工程应用

为研究环氧乳化沥青混合料路用性能应用效果，在出现剥落松散、泛油推移等病害的路面设置试验路段，并加铺环氧乳化沥青混合料罩面进行路用性能研究，采用材料掺比与前文研究环氧树脂乳化沥青一致。为检验病害路面处治后的应用效果，针对路面的渗水性能、抗滑性能进行施工前后对比，具体结果如表9所示。

表9 施工前后对比检验结果表

按照规范要求进行现场试验检测发现，罩面层摊铺均匀且平整，渗水性能得到极大提升，抗滑性能有所下降但仍满足规范值。说明采用环氧乳化沥青混合料进行病害处治应用效果良好。

4 结语

经过室内试验及工程实际应用效果可知：环氧乳化沥青混合料在环氧树脂掺量为25%～35%时路用性能提升较大，其抗车辙、抗剥落能力及抗水损能力均有大幅提高。采用环氧乳化沥青混合料作为沥青罩面对原路面抗渗水性能提升较大，并且抗滑性能仍能满足要求。因此该材料具有良好的沥青路面养护处治研究应用价值。