水性環氧樹脂乳化瀝青混合料在高速公路中的應用

（張石高速公路張家口管理處，河北 張家口 075000）

一、引言

乳化瀝青是一種制備工序簡便的公路路面修補膠結材料，具備低碳節能、對環境污染小等優點，但一般的乳化瀝青粘結力和彈性較差，經研究發現，環氧樹脂可以彌補普通乳化瀝青存在的缺點。本文為了進一步探索水性環氧樹脂乳化瀝青混合料在高速公路中的應用，分析了其制備工藝及改性機理，依托某公路補修工程，對不同環氧樹脂摻量的乳化瀝青混合料路用性能進行對比分析并得出結論，以期為水性環氧樹脂乳化瀝青混合料在高速公路工程中的應用提供參考。

二、水性環氧樹脂改性乳化瀝青的制備與改性

水性環氧樹脂乳液是一種不含揮發性有機溶劑（VOC）的環保低毒型水分散乳液，以環氧樹脂微粒為分散相、以水為連續相的液相材料，可以與多種材料粘結。

本次研究采用的水性環氧樹脂乳化瀝青是由乳化瀝青和環氧樹脂、固化劑、環氧樹脂改性劑的混合乳液按一定比例配置而成。

（一）制備工藝

1.先改性后乳化

這種方法應用范圍較為廣泛，但在制備過程中，改性乳化瀝青的粘度會隨著改性劑用量的增加而增加，容易產生改性乳化瀝青的制備工序復雜、制造成本較高、生產過程危險等問題。

2.先乳化后改性

采用這種方法制備改性乳化瀝青需要添加改性劑，一般常用的改性劑有丁苯（SBR）膠乳、氯丁（CR）膠乳等，該方法雖然對生產設備的要求較低且操作過程簡單，但要求改性劑必須為液態，成品穩定性也較差。

3.同時乳化和改性

采用這種方法制備改性乳化瀝青需要先將水、乳化劑、穩定劑和聚合物改性劑等材料均勻地混合成乳液，隨后將熱瀝青加入乳化機內制成改性乳化瀝青，此方法制成的改性乳化瀝青具有穩定性好、固含量高、粘度大等優點。

在生產過程中，可以根據實際情況綜合分析上述三種改性乳化瀝青制備方法，以選取最佳的改性工藝。水性環氧樹脂乳化瀝青膠結料的配置流程如圖1所示。

圖1. 水性環氧樹脂乳化瀝青膠結料制備流程

（二）改性機理

水性環氧樹脂乳化瀝青與普通的乳化瀝青相比，高溫穩定性、粘結性和低溫抗裂性能更好，當乳化瀝青與環氧乳液混合時，會發生以下幾種情況：

1.環氧樹脂固化反應

以環氧樹脂和固化劑為主要成分，經設計而組成的未固化體系稱為環氧樹脂固化體系，在體系中可以摻加其他添加劑。在環氧樹脂固化反應過程中，環氧樹脂分子中的環氧基和羥基是固化反應的活性中心，環氧樹脂固化體系會相互交聯生成三維網絡結構的固化物，繼而與多種官能團進行反應，最終完成改性。

2.環氧樹脂網絡的形成

環氧樹脂中分子量較大的高分子化合物在固化劑的作用下，沖破瀝青分子之間的束縛，進而均勻地分布于薄膜中，通過縱向交織、橫向交織、橫縱交織等不規則的交織方式形成空間網絡結構。經過固化后的環氧樹脂在增大抗拉強度，減小伸長率的同時，也將失去可溶性，溶脹有限。

乳化瀝青在改性過程中，對水性環氧樹脂的摻量有一定要求。若環氧樹脂摻量過大將提高改性成本，同時也會導致改性瀝青某些性能下降，若環氧樹脂摻量不足，將會影響乳化瀝青的改性效果。

三、工程實踐

（一）工程概況

某高速公路全長36.56km，采用雙向四車道高速公路標準設計，路基全寬24.5m，路面采用三層式瀝青混凝土，本文選取其中200m作為試驗段，上面層采用水性環氧樹脂乳化瀝青混合料，現對不同環氧樹脂摻量的改性乳化瀝青混合料性能進行評價。

（二）樣品制備

將水性環氧樹脂與水性環氧固化劑按1：1.5的比例進行混合，將混合后的水性環氧分別按0%、8%、15%、30%的比例摻加到乳化瀝青中，并選用公稱最大粒徑為13.2mm玄武巖作為集料，石灰石礦粉作為填料。

（三）混合料路用性能

本文通過摻加固含量分別為0%、8%、15%和30%比例的水性環氧樹脂進行馬歇爾試驗、車轍試驗和低溫性能試驗，試驗結果如表1所示。

表1. 不同比例水性環氧樹脂乳化瀝青混合料性能試驗結果

由下述試驗結果分析可知：

1.水性環氧樹脂乳化瀝青混合料的馬歇爾穩定度隨水性環氧樹脂摻量的增加而逐漸增大，與基質乳化瀝青混合料相比，摻加水性環氧樹脂后的乳化瀝青混合料馬歇爾穩定度有大幅度提升，均高于4.5kN，性能也明顯增強，當摻量為30%時，水性環氧樹脂乳化瀝青混合料比普通乳化瀝青的馬歇爾穩定度提高了約12.83倍。

2.隨著水性環氧樹脂的摻加，水性環氧樹脂乳化瀝青混合料的動穩定度也逐漸增大，當環氧樹脂摻量為8%時，水性環氧樹脂乳化瀝青混合料的動穩定度比普通乳化瀝青混合料的動穩定度提高了約15倍，當環氧樹脂摻量繼續增加時，雖然混合料的動穩定度增長速率變得緩慢，但還會持續增長。

3.由低溫小梁彎曲試驗結果發現，當水性環氧樹脂摻量達到8%時，水性環氧樹脂乳化瀝青混合料的最大彎拉應變就已經滿足普通熱拌瀝青混合料在冬季寒冷地區的規定值2000。當摻量持續增加時，混合料試件的最大彎拉應變在逐漸減小，這是由于摻入水性環氧樹脂后，混合料的固化程度很高，導致制備的小梁彎曲試件強度、剛度較大，進而表現出一定的脆性斷裂。因此，在冬季施工或寒冷地區使用這種材料時，水性環氧樹脂摻量不宜過大。

四、結語

水性環氧樹脂改性乳化瀝青可以提高其粘結力和彈性性能，且不同摻量的水性環氧樹脂對乳化瀝青改性效果有一定的影響；隨著水性環氧樹脂摻量的增加，瀝青混合料的馬歇爾穩定度和高溫抗車轍能力明顯增強，但低溫性能有所下降，因此，建議水性環氧的摻量低于30%。