水性環氧樹脂改性乳化瀝青道路性能研究綜述

封 磊 劉俊杰 陸志鵬 張業茂 姜志煒 晏鳳元

（南京工程學院建筑工程學院，江蘇 南京 211167）

水性環氧樹脂改性乳化瀝青與普通乳化瀝青成分相似，其含有瀝青、乳化劑、水和環氧樹脂改性劑。瀝青具有乳化性，在機械力情況下形成液滴，與穩定劑、乳化劑均勻分布在水中；乳化劑分子具有 “兩親性”，一部分具有親水性，另一部分具有親油性。環氧樹脂改性劑主要由環氧樹脂聚合物組成，可以有效區分環氧樹脂瀝青。穩定劑使瀝青乳液具有良好的儲藏和施工穩定性，保證其在施工時能發揮原有的性能。乳化瀝青所摻入的水為純凈水，防止過早分裂和影響乳化瀝青的形成。由于環境情況不同，水性環氧樹脂改性乳化瀝青的性能有所差異，在定量上無法更準確。同時，國內外在其細微摻數變化上研究較少，其性能還需進一步探究。本文主要分析水性環氧樹脂改性乳化瀝青的道路性能。

1 路用技術指標

1.1 粘附性

瀝青的粘附性指標反應瀝青在骨料上裹附后抵抗受水侵蝕而造成剝落的能力。

雷蕾［1］通過研究發現，隨著環氧樹脂含量的增加，改性瀝青的粘附性逐漸增加，環氧樹脂有助于提高瀝青乳液與骨料的粘附性，從而增強瀝青混合料的路用性能和耐久性。

用環氧樹脂與固化劑按比例制備水性環氧樹脂乳液時，以之前實驗中最佳環氧樹脂摻量為準。當環氧樹脂與固化劑之比小于1.1時，粘附性隨著比值的增加而增加；當比值達到1.1之后，粘附性反而隨著比值的增加而降低。張慶［2］認為，環氧樹脂中有大量屬于剛性基因的苯環，使環氧樹脂分子結構屬于剛性鏈；而固化劑屬于柔性鏈。制備開始時，隨著環氧樹脂用量的增加，粘度增大；當比值達到一定數值之后，繼續增大環氧樹脂的用量將導致水性環氧樹脂與骨料之間的氫鍵密度降低，從而粘附性降低。

乳化瀝青破乳黏結和水性環氧樹脂交聯固結同時發生，兩者可產生協同效應，增強體系與集料的粘附性。當自制的環氧樹脂摻量為30%時，兩者協同效應更好，粘附性也相應提高。

1.2 黏度

在現場施工中，人們需要重視黏度。若粘度較低，會導致乳化瀝青乳液流失，不易于施工；若過高，將不利于瀝青攪拌與比例摻重時的稱重等步驟。而水性環氧樹脂乳化瀝青與熱拌瀝青并不相同，水性環氧樹脂乳化瀝青的黏度是依據改性劑的摻量而決定的。

當摻入較少量環氧樹脂乳液時，環氧樹脂分子中的鏈容易依附在任何瀝青的表面，瀝青粒子產生絮凝團聚，使穩定度數值則增大；當加大水性環氧樹脂摻量時，環氧樹脂在此基礎上會出現絮凝、離析上浮的現象。

當摻入環氧樹脂為10%、20%、30%、40%、50%時，王進勇［3］等人研究發現，隨著環氧樹脂含量的增多，瀝青的黏度也隨之增大，當摻入20%至40%時，黏度增加迅速，可能由于環氧樹脂與固化劑形成空間網狀結構的環氧高聚物，與乳化瀝青體系交織于一起，約束瀝青，降低改性乳化瀝青的流動性，提高乳化瀝青的粘聚力及稠度，從而提高乳化瀝青的黏度，環氧樹脂越多，乳化瀝青與環氧高聚物交聯作用越強。當環氧樹脂含量小于20%，環氧與瀝青相互作用較弱，黏度幅度較小。

水性環氧樹脂會與水性固化劑緩慢地發生交聯固化反應，黏度處于動態變化中，隨著水性環氧樹脂摻量增多時，恩格爾黏度增大，說明環氧樹脂可以提高體系的黏度。同時隨著時間的增長，黏度逐漸增大，這是由于環氧樹脂與固化劑在常溫下共混后，會產生環氧基開環并形成環氧樹脂凝膠體，使黏度增大。

1.3 路面指標

李興富［4］由實驗分析認為，選擇微表處級配MS-3形級配較好，相對于MS-2形級配較粗，因此抗滑效果更好，并且混合料的用水量在8%-9%之間和易性最佳。

抗水損害實驗中表明，微表處混合料浸水6d濕論磨損值變化與微表處混合料浸水1h濕輪磨耗值變化規律大致相同，表明水性環氧樹脂可以提高混合料的抗水損害能力。抗車轍性能實驗表明當水性環氧樹脂摻入量持續增加，車輪車轍寬度變形率逐漸降低，具有一定的抗車轍能力。馬歇爾試驗表面水性環氧樹脂摻入量的增加使穩定度提高，流值降低，提高了混合料的強度與剛度，馬歇爾穩定度也隨之增加。環氧樹脂與乳化瀝青的摻配比例為2∶8時，平整度、壓實度、穩定度均可符合要求。

當環氧樹脂用于道路微表面處理時，李秀君［5］認為，其能發揮粘結性和熱固性，從而提高抗車轍變形能力和耐水損磨耗性能。水性環氧樹脂發揮作用的前提是要有適宜的集料級配、乳液油石比以及固化養生時間。在MS-ⅢZ型級配中，水性環氧樹脂有助于提升混合料耐久性，水性環氧樹脂在MS-Ⅲ多級嵌擠型微表處中最佳摻量為5.0%～7.0%。

2 常規性能

2.1 高溫性能

隨著乳化瀝青與環氧樹脂比值越小時，動穩定度越大；說明環氧樹脂在一定程度上可以增大乳化瀝青混合料的動穩定度。相對于總變形量而言，隨著環氧樹脂含量越多，總變形量變小。因而，環氧樹脂的摻入有助于提高高溫穩定性。

水性環氧樹脂改性乳化瀝青混合料的動穩定度相對于熱拌瀝青混合料要大，因為瀝青被嵌固在環氧樹脂的網狀結構中，熱塑性減弱，熱固性增強。60℃有助于促進環氧樹脂的固化，高了混合料抗車轍能力，同時混合料中的水泥發生進一步的水化反應，提升混合料的模量以及抵抗變形的能力，因而高溫性能較強。

房增耀［6］實驗表明環氧樹脂屬于熱固性材料，在高溫或重載條件下不易產生變形，而熱拌瀝青混合料則需要在高溫條件下，受到重載作用下容易發生變形，從而產生車轍。

2.2 低溫彎曲性能

通過對比實驗，乳化瀝青與環氧樹脂比值為8：2時，最大彎拉應變和彎曲勁度模量達到最大，因此在一定的摻配下，水性環氧樹脂的增加提高了改性乳化瀝青的低溫強度，當環氧樹脂含量超過其一定值時，最大彎拉應變降低，低溫性能也降低。

對比熱拌料與冷補料的各項性能，冷補料的抗彎拉強度、彎曲勁度模量均大于熱拌料，但其抗彎拉應變較小，其固化后的環氧改性乳化瀝青具有低溫脆性，混合料中水泥水化作用對環氧乳化瀝青的硬度和剛度有所增強，所以導致了低溫條件下環氧乳化瀝青混合料在具有較小的抗彎拉應變及較高的抗彎拉強度。

試驗表明，雖然環氧樹脂瀝青混合料的低溫抗裂性能略低于普通瀝青混合料，但仍然能滿足規范中的技術要求，因此環氧樹脂瀝青混合料滿足路面低溫抗裂的要求。

2.3 流變性

溫度對環氧乳化瀝青影響不大，但隨著環氧樹脂含量越多，環氧乳化瀝青的相位角越小，膠結料黏性特征越不明顯。同時當溫度升高時，瀝青塑性流變性能增大，黏結性能降低，但環氧樹脂具有熱固性且溫度敏感性較低，溫度升高，環氧乳化瀝青的車轍因子降低；當環氧樹脂越多，乳化瀝青可塑性降低，彈塑性增強，呈現樹脂特性，車轍因子越大，乳化瀝青的抗疲勞和高溫性能增強。當環氧樹脂摻量為20%，乳化瀝青的各項性能均可以得到有效增強。

2.4 水穩定性

環氧改性乳化瀝青混合料的殘留穩定度比熱拌瀝青混合料高，而凍融劈裂強度則比熱伴瀝青混合料要小。環氧乳化瀝青具有較高的黏附性和黏結性，位于集料表面瀝青薄膜不易剝落，因此混合料抗水損能力，同時混合料中的水泥水化物可以減小水的腐蝕。因此，環氧乳化瀝青混合料擁有較高殘留穩定度，但因混合料表現低溫脆性，空隙率較大，使得混合料抗拉能力降低，凍融劈裂強度較弱。

環氧樹脂瀝青混合料的水穩定性理論上應大于普通瀝青的水穩定性。因為環氧樹脂瀝青混合料的熱固性體系較為穩定，可以牢牢地吸附在集料表面。

2.5 儲存穩定性

裴強［7］對冷再生乳化瀝青研究發現，通過機械剪切制取環氧乳化瀝青時，兩種乳液分子相互吸附包裹達到穩定狀態。當水性環氧樹脂的摻量增多時，體系的穩定性降低，通過自制的環氧改性乳化瀝青摻量若在25%以下的5d儲存穩定性即可達到要求。

水性環氧樹脂需要相對久的儲存時間用以滿足工程條件。實驗分析得水性環氧樹脂乳液最佳的儲存溫度應在20℃～25℃左右，并且通過定期攪拌可在一定程度上延長儲存期，長時間振動運輸會降低環氧樹脂乳液的儲存穩定性。

3 力學性能

3.1 劈裂強度

當摻入30%的環氧樹脂時，改性瀝青的劈裂強度增加，瀝青混合料被水損害的影響較小。

在改善實驗方法的基礎上，水性環氧樹脂瀝青比普通乳化瀝青的粘附性能更好，提高了水性環氧樹脂瀝青的劈裂強度。并且劈裂強度與水性環氧樹脂瀝青的撒布量大小有關，劈裂強度隨著水性環氧樹脂瀝青的撒布量的增大而增大，當撒布量增大到一定數值后，劈裂強度增強開始變的緩慢。

3.2 抗變形性能

隨著水性環氧樹脂含量增加，改性瀝青的拉拔和抗剪強度均增大，呈線性增長，這是由于已固化的環氧瀝青體系形成穩定的三維網狀的結構，瀝青被包裹在網狀結構中，降低了改性乳化瀝青的柔韌度，但抵抗變形能力及黏結性能有了明顯提高。環氧樹脂含量的增加，提高了抗重力、剪力及抗彎沉性能，避免車轍、滑移現象的發生。

當水性環氧樹脂逐漸增加時，體系由瀝青為主熱固性材料變為以環氧樹脂為主的熱塑性材料，最終變為空間三維網狀結構。拉伸強度增大，斷裂伸長率則相應降低。

3.3 疲勞性能

水性環氧樹脂乳化瀝青混合料的疲勞壽命相比于普通瀝青的疲勞壽命要短的多。季節［8］等人認為其主要原因是受試件制作條件的限制，導致環氧瀝青混合料的剛性增強，彈性恢復能力減弱，進而使疲勞壽命降低。

4 結語

1）水性環氧樹脂改性乳化瀝青的粘度、粘附性與其他路面指標需科學控制環氧樹脂與固化劑的添加比例或環氧樹脂的摻入量，使其粘附性、粘度與其他路面指標達到最佳。2）水性環氧樹脂改性乳化瀝青具有良好的水穩定性、高溫性能、低溫彎曲性能、流變性。環氧改性乳化瀝青可應用在高溫炎熱、多雨潮濕地區。3）水性環氧樹脂的摻入量不宜超過25%，儲存溫度應控制在20℃～25℃左右，通過定期攪拌可延長儲存期，運輸過程中長時間的振動會降低儲存穩定性。4）水性環氧樹脂改性乳化瀝青具有良好的抗變形性能與劈裂強度，而抗疲勞性能較弱，所以需要管理人員定期維護路面。5）水性環氧樹脂瀝青價格較為昂貴，一般用于道路補修。其細微摻量的變化可判斷最佳摻配，節約經濟，因此其性能還需不斷挖掘。