水性環(huán)氧乳化瀝青混合料性能研究

陳小旭

（長沙理工大學，湖南 長沙 410000）

1 水性環(huán)氧乳化瀝青制備工藝研究

1.1 水性環(huán)氧樹脂與乳化瀝青的比例

水性環(huán)氧樹脂在乳化瀝青中的添加比例應達到一定的水平才能體現(xiàn)出環(huán)氧樹脂的性質(zhì)。據(jù)報道，在美國Chemco System公司的環(huán)氧瀝青中環(huán)氧樹脂所占比例也比較高。為了找到一種性能合理，價格相對便宜的適合比例，參考上述經(jīng)驗成果，按照水性環(huán)氧樹脂(含固化劑)和乳化瀝青有效成分計算，本研究選擇環(huán)氧樹脂(E-51、PF5233及固化劑 T450 之總和)與瀝青的比例為 1：1、4：6、3：7，配制水性環(huán)氧瀝青膠結(jié)材料，在固定的膠結(jié)料/集料比例(膠結(jié)料/集料=6%)和固定的級配(AC-13中值)下，按照 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》T0709—2000進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗。試驗結(jié)果如下表1。

表1 環(huán)氧體系與乳化瀝青比例對馬歇爾穩(wěn)定度的影響

表2 水性環(huán)氧瀝青配方

根據(jù)試驗結(jié)果，在膠結(jié)料/集料和級配一定的條件下，混合料的膠結(jié)料中環(huán)氧樹脂乳液的比例越高，對混合料的強度越有利，但如果環(huán)氧樹脂太多，會大幅增加應用的成本，綜合考慮，使用環(huán)氧乳液/瀝青乳液=1：1的膠結(jié)料做后續(xù)研究。

另一方面，由實驗結(jié)果，三種比例的混合料強度都較低，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為在較低的溫度下養(yǎng)護7天后，混合料中的水分未蒸發(fā)完全，導致固化反應不完全，因此為了克服此種因素的影響，在后續(xù)試驗中，在成型混合料試件時，在不影響混合料性能的情況下采取一定的措施將水反應掉或吸走。

1.2 水性環(huán)氧乳化瀝青膠結(jié)料的配制

將水性環(huán)氧樹脂按照計量加入乳化瀝青中，經(jīng)過攪拌使之混合均勻，得到A組分。使用時將B組分固化劑T450按照水性環(huán)氧瀝青中環(huán)氧樹脂E-51和PF5233的計量計算加入，經(jīng)高速攪拌混合均勻后在30min用完。表2是制備水性環(huán)氧瀝青的各種組分的比例。

2 水性環(huán)氧乳化瀝青應用性能研究

2.1 水穩(wěn)定性試驗檢驗

選擇膠結(jié)料/集料6%，含水量4%，對C級配集料進行研究，表3是試件在室內(nèi)大氣環(huán)境中養(yǎng)護7天后的穩(wěn)定度和浸水穩(wěn)定度。本文瀝青混合料均采用密級配AC-13中值。

表3 穩(wěn)定度和浸水穩(wěn)定度

由表3，浸水過后穩(wěn)定度明顯增大，因為環(huán)氧樹脂的固化是一個長期的過程，測量浸水穩(wěn)定度時60℃的水浴加速環(huán)氧樹脂的固化。因為不具有大量長期的試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因此也不能判斷出膠結(jié)料固化反應的終點，在該終點進行水穩(wěn)定性檢驗才有意義。要完成此項內(nèi)容，需要大量重復性的試驗研究工作，本論文暫不做該項研究。

2.2 高溫穩(wěn)定性試驗

在膠結(jié)料/集料6%，含水量4%的條件下，制備車轍試件，并進行混合料車轍試驗，其試驗結(jié)果見表4。

表4 車轍試驗結(jié)果

檢驗結(jié)果表明，在膠結(jié)料/集料6%，含水量4%的條件下，瀝青混合料其動穩(wěn)定度值為3925次/mm，滿足公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的不小于2800次/mm的要求。

2.3 低溫性能試驗檢驗

采用膠結(jié)料/集料6%，含水量4%制備車轍試件，養(yǎng)護11天后(此時切割試件不會掉粒)進行低溫彎曲試驗，其試驗結(jié)果見表5。

表5 混合料低溫彎曲破壞應變試驗結(jié)果

表6 混合料低溫彎曲破壞應變試驗結(jié)果

從表4的檢驗結(jié)果可以看出，低溫彎曲破壞應變滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJF40—2004)》中不小于2500με的要求。

為了進行比較，采用膠結(jié)料/集料6.5%，含水量3.5%，制備車轍試件，養(yǎng)護11天后進行低溫彎曲試驗，試驗結(jié)果見表65。

適當提高膠結(jié)料/集料，低溫彎曲破壞應變也滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJF40—2004)》中不小于2500με的要求。

3 結(jié)論

通過水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的性能研究，可以得出以下結(jié)論：

（1）單純的環(huán)氧樹脂E-51和固化劑反應后生成的固化產(chǎn)物脆性較大，不適合用作膠結(jié)料。

（2）通過不飽和丙烯酸樹脂PF5233對E-51進行增韌改性，效果良好。

（3）E-51/PF5233進行乳化。按照理論配比1：1，用相反轉(zhuǎn)法對環(huán)氧樹脂進行乳化，將計量的水以3s/滴的速度加入E-51/PF5233/乳化劑三相均勻的體系中，溫度控制在85℃，水滴加完成后在反應60min以上。

（4）結(jié)合實際的需要，在制作瀝青混合料試件時往集料中加入一定量的生石灰，反應掉水性環(huán)氧瀝青膠結(jié)料中的部分水分，有利于加快混合料的強度形成速度。

（5）水性環(huán)氧瀝青混合料具有良好的高低溫穩(wěn)定性，高低溫各項技術(shù)指標完全滿足相關規(guī)范的要求。

（6）水性環(huán)氧瀝青混合料的成型速度與大氣溫度、濕度等條件息息相關，在研究所選試驗條件下，2～3h即可達到較高的強度，但在溫度較低的情況下，需要更多的反應時間才能滿足要求，所以水性環(huán)氧瀝青混合料更適宜在夏天溫度較高的條件下使用。

［1］黃志雄，彭永利，秦巖，梅啟林.熱固性樹脂復合材料及其應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

［2］李桂林.環(huán)氧樹脂與環(huán)氧涂料[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.

［3］孫曼靈.環(huán)氧樹脂應用原理與技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［4］王德中.環(huán)氧樹脂生產(chǎn)與應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.