關于復合道面層間粘結劑研究

孫建國，譚由容，陳玉潔，王秋云

(1.重慶交通職業學院路橋與建筑學院，重慶 402247；2.重慶交院和瑞檢測工程有限公司，重慶 402247)

0 引 言

隨著復合道面“白改黑”施工養護工藝的大量應用，例如廣場、機場、廠區、小區等路面大量采用這種復合道面。復合道面通常是加鋪瀝青層，且針對復合道面的設計規范都是假定道路各層間是連續的前提條件下進行，但實踐中，瀝青加鋪層與水泥路面層間往往是不連續的，故路面性能與設計預估存在較大偏差。水泥路面上加鋪瀝青層使得層間剪應力和表層應力增加，利用有限元軟件進行瀝青混凝土面層力學分析可以得出，層間正好在剪應力最大附近，且剪應力隨軸重增加而增大。當面層受較大水平荷載時，如層間粘結力較小，易出現疲勞裂縫，形成剪切性破壞；在長大縱坡或交叉路口及廠區、校區路段，由于車輛頻繁制動啟動，復合路面結構所承受的剪應力較大，層間抗剪強度不足，引起的路面病害也相應增多。因此，研究層間材料的性能，合理的選擇加鋪層層間粘接劑對于改善復合道路的抗剪能力、延長道面的使用壽命具有重要意義。

工程上常用的層間粘結劑有以下幾種：乳化瀝青、改性乳化瀝青、環氧粘結劑等，馬強曾針對“白改黑”路面結構，通過對比不同復合試件層材料環氧改性乳化瀝青、SBS改性乳化瀝青和普通瀝青，得出環氧改性乳化瀝青的層間抗剪性能最好，本項目正就此基礎進行研究，通過調試水性環氧樹脂與乳化瀝青的類型及摻配量找到最適宜的復合道面層間粘結劑，以提高復合道面面層的抗剪能力。

1 新型層間粘結劑的性能研究

選擇瀝青作為基礎粘結劑，通過配制合適比例的水性環氧樹脂、乳化劑及改性劑，同時加入性能可控的穩定劑，采用滲透錨固的方法將合成好的層間粘結劑(環氧改性乳化瀝青類)固化在水泥混凝土面層上。待其上鋪設高溫的瀝青混合料后能使粘結劑在高溫條件下(100～150 ℃)充分固結，同時因環氧樹脂是熱固性材料，鋪設后瀝青混合物的熱量可促進樹脂的硬化，使其性能發揮得更快，加快加固了無機層和有機層的層間粘結的效果。因此，本研究以互溶固化的方法將配制好的層間粘結劑使下層水泥混凝土與上層瀝青路面緊密結合，增強水泥混凝土基層和瀝青路面有機層間的整體連續性，從而避免層間剝離、面層推移的問題。

本研究首先對某種水性環氧樹脂、改性乳化瀝青性能進行評價，再用摻加0、4%、6%和8%的水性環氧樹脂與改性乳化瀝青對摻，并進行不同水性環氧樹脂摻量下粘結劑的拉拔試驗、抗剪試驗等驗證，獲得不同環氧樹脂摻量下粘結劑使用性能變化規律。

1.1 水性環氧樹脂性能評價

(1)材料固化時間

常溫下初凝1 mm厚為16 h左右，2 mm為24 h左右；常溫下完全固化時間1 mm厚為20 h左右，2 mm為30 h左右；

高溫時固化迅速，140 ℃左右1 mm厚固化時間為15 min左右，2 mm為20 min左右。

圖1 水性環氧樹脂合成

(2)粘結性能檢測

通過拉拔試驗、斜剪試驗研究了水性環氧的粘結性能，發現水性環氧具有良好的粘結性。

①常溫下性能測試

水性環氧20 h基本完成固化，強度達到后期強度的80%。將涂抹均勻的拉拔試件及抗剪試件置于常溫中固化，其性能測試結果如表1。

表1 常溫下水性環氧基本固化后性能測試

②高溫固化后性能測試

將涂抹均勻的拉拔試件及抗剪試件置于140 ℃左右環境中固化后，其性能測試結果如表2。

表2 高溫下水性環氧基本固化后性能測試

通過對比常溫和高溫下的拉拔試驗及抗剪試驗，說明高溫固化后的抗拉強度和抗剪強度較常溫下的強度有所提高。厚度2 mm比1 mm各性能效果略有增加。

1.2 改性乳化瀝青性能評價

丁苯SBR膠乳改性乳化瀝青是在乳化瀝青的基礎上摻入丁苯SBR改性劑、改性偶合劑和其他助劑形成的復合材料，其保持了SBR改性瀝青的良好溫度穩定性、乳化瀝青的良好施工性能和對結合面較強的粘結能力。故SBS改性瀝青有較高的抗剪性能，使其低溫抗裂性也比較好。本次試驗采用丁苯SBR膠乳改性乳化瀝青比單一采用乳化瀝青做粘結劑抗剪強度提高10%～20%，拉拔試驗強度提高15%左右。

1.3 水性環氧-改性乳化瀝青粘結性能評價

本研究優選了幾種瀝青及A、B、C三種乳化劑進行配對實驗，并以丁苯SBR膠乳進行改性。經試驗，選取市面上某品牌瀝青，分別在40%水與60%瀝青、45%水與55%瀝青、50%水與50%瀝青組合下加入上述三種A、B、C三種乳化劑，A、C兩種效果較為良好，其中A效果較穩定。在參入一定量的消泡劑、穩定劑后與某種水性環氧樹脂溶液進行比例調配，優選最佳水性環氧-改性乳化瀝青(以下簡稱新型層間粘結劑)配比。新型層間粘結劑固化時間，見表3。

表3 新型層間粘結劑固化時間表

1.4 新型層間粘結劑粘結性能檢測

隨著層間厚度的增加，抗拉拔性能及剪切性能效果改善不明顯，同時節約成本等情況，本次試驗將水性環氧樹脂改性乳化瀝青試驗的厚度控制在1 mm。

表4 水性環氧基本固化后性能測試

試驗過程中發現環境溫度對試驗結果有一定影響，常溫(10～38 ℃)條件下試驗結果較為穩定；當溫度升高，乳化效果、破乳速度、儲存穩定性等效果比低溫時好。同時在較高溫(60～75 ℃)條件下拉拔強度及抗剪輕度比常溫下要低0.1～0.2 mP不等。

2 新型層間粘結劑與傳統層間粘結劑性能比對分析

采用混合乳化法制備水性環氧-改性乳化瀝青的新型層間粘結劑，通過微觀形貌觀察、固化成膜試驗探究了水性環氧-改性乳化瀝青的相容性，并對其在不同水性環氧摻量條件下進行基本性能測試。結果表明：6%水性環氧摻量下改性乳化瀝青能較大幅提高了乳化瀝青的粘結性能；在6%水性環氧摻量下的改乳化瀝青貯存時間在25～45 min之間，共混乳液成膜相容性好，無明顯顆粒析出。通過測試改性乳化瀝青在不同水性環氧摻量下的力學性能，結果表明：改性乳化瀝青在8%以上的水性環氧摻量時粘結性能提高不明顯，且摻量越大貯存穩定時間越短。

同時，針對工程上常用的幾種層間粘結劑：乳化瀝青、改性乳化瀝青、環氧粘結劑，分別在不同用量下試驗檢測對比粘結性能，結果如圖2、圖3。

圖2 不同粘結劑抗剪強度對比

圖3 不同粘結劑抗拉強度對比

實驗表明采用此種新型粘結層材料具有優良的力學性能，可以改善水泥混凝土面板與瀝青混合料之間的粘結，有效抵抗道路交通的影響，提高加鋪質量。同時層間接觸質量對復合式路面結構的彎沉影響很大，連續的層間粘結狀態對減小路面彎沉也起著重要作用。為了提高加鋪層的使用壽命，在設計和施工中應確保舊水泥混凝土路面板與地基之間的層間粘結條件。研究表明，系統的控制瀝青、乳化劑、改性劑、水性環氧樹脂等材料的選擇及配比等參數，可有效改良和提高“白改黑”路面面層的結合狀態和力學響應狀態，并且對進一步指導瀝青混凝土加鋪層施工有實踐應用意義。

3 小 結

(1)綜合試驗結果得出新型水性環氧-改性乳化瀝青粘結劑的抗撥和抗剪強度大于乳化瀝青及改性乳化瀝青類，與改性瀝青相比也具有更好的粘結性能。

(2)水性環氧-改性乳化瀝青的最終粘結強度隨水性環氧摻量的增加而提高，但在8%以上的水性環氧摻量時粘結性能提高不明顯且貯存穩定降低。

(3)本研究也中對粘結性能檢測只采用了拉拔試驗和抗剪試驗，稍顯不周，且本研究所選用的改性乳化瀝青和水性環氧樹脂相容性并不最優，水性環氧樹脂在高摻量不能理想的形成穩定物，后續需進一步對此進行分析研究與改良。