水性環氧樹脂復合材料在高速公路養護中的應用

顧曉楠

（江蘇東方路橋建設養護有限公司，江蘇南京 211801）

0 引言

高速公路作為交通運輸的重要組成部分，在盤活區域經濟、提升物流便捷度等方面發揮著關鍵性作用。交通運輸部數據顯示，2021 年全國高速公路平均每天車流量高達3200 萬輛次。為滿足高速公路的使用需求，延長其使用壽命，消除行車風險，應對路面裂縫、車轍、坑槽等病害加強處治，并定期開展養護工作，借助水性環氧樹脂等新材料、新工藝，提高養護效率，提升高速公路總體服務能力，滿足現階段經濟發展要求。

1 水性環氧樹脂復合材料概述

本文通過總結水性環氧樹脂復合材料的基本屬性，梳理其制備方法，為制訂高速公路養護方案提供方向性引導，切實發揮材料屬性，避免技術應用的盲目性。

1.1 水性環氧樹脂基本特點

近年來，我國加大高速公路網絡建設力度，根據有關部門公布的數據，2021 年，國內高速公路總里程達到16.91 萬km，同比增加8100km。高速公路規模的持續擴大，對于現有公路養護工作提出了更高的要求。在養護過程中，為搶占養護窗口期、提高施工效率、壓縮成本投入，越來越多的團隊傾向于將水性環氧樹脂復合材料作為高速公路養護的主要材料，通過養護材料的優化選擇，提高了對瀝青路面、水泥混凝土路面、裂縫修復、基層穩固等養護任務的完成率[1]。水性環氧樹脂在制備過程中，以水作為連續相，通過必要的技術方法，將環氧樹脂分散于水體之中，通過液滴或者微粒的方式，與水體充分混合，獲取性能穩定的乳液。水性環氧樹脂在充分保留環氧樹脂基本屬性的同時，有著較強的綠色屬性。

與傳統的有機溶劑型環氧樹脂相比，水性環氧樹脂不僅有著良好的熱穩定性、化學穩定性、力學特性，還能有效減少污染，保護生態環境，因而逐步在公路橋梁等工程建設領域得到廣泛應用。具體而言，水性環氧樹脂環境適應能力較強，對多種底材有著較強的依附能力，固化后形成的涂膜耐腐蝕能力較強，抗化學藥品能力突出。水性環氧樹脂由于不含有機溶劑或揮發性有機化合物，因此在實際應用環節，不會對空氣產生污染，減少了對生態環境的破壞。經過多年發展，水性環氧樹脂制備工藝更加成熟，生產成本更為低廉，加之其可燃性較差、無毒副作用，使運輸、存儲及應用的安全性大幅度提高，同時也降低了運輸、存儲與應用成本。而且，水性環氧樹脂制備難度較低，可以在常溫狀態下固化，不需要特殊的固化應用條件。

1.2 水性環氧樹脂制備方法

經過長時間探索，水性環氧樹脂制備方法日益成熟，技術團隊通過化學改性法、機械法和相反轉法等制備方式，完成水性環氧樹脂復合材料的加工制備任務。具體而言，化學改性法又稱為自乳化法，其原理在于將親水性化學功能團引入分子骨架，從而獲得較強的乳化能力，但這種制備方式的技術流程較多、工藝參數復雜、總體成本較高；機械法主要適用于少量水性環氧樹脂復合材料的生產制備，該生產工藝的成本較低，操作難度較小，但是在技術因素的局限下，水性環氧乳液顆粒的分散粒徑較大，形狀不規則，穩定性較差，成膜效果達不到預期；相反轉法的技術原理是將聚合物從油包水轉變為水包油，進而生成的水性環氧樹脂[2]，這種制備方式盡管操作難度較低，但是生成的乳液穩定性不高，加之含有更多表面活性劑，使成膜后涂膜的硬度、耐溶劑性受到影響，難以達到預期要求。為更好地發揮水性環氧樹脂的材料優勢，增強材料的實用屬性，在高速公路養護施工中，要轉換觀念，優化材料應用基本思路，推動后續系列養護工作高質量開展。

2 水性環氧樹脂復合材料在高速公路養護中的應用思路

為了確保水性環氧樹脂復合材料的應用效果，切實滿足高速公路養護要求，施工團隊要轉換觀念，明確養護工作要求，設定應用主要場景，不斷提升水性環氧樹脂材料應用效能。

2.1 水性環氧樹脂的高效性應用原則

高速公路養護過程中，著眼水性環氧樹脂應用場景，施工團隊要遵循高效性的材料應用原則，實現制備工藝、應用方式、施工要求的有效聯動，以更好地增強高速公路養護能力。具體而言，施工團隊要發揮自身主觀能動性，吸收借鑒以往經驗，準確把握高速公路養護的任務與目標，確定水性環氧樹脂的使用條件、應用流程，不斷調整優化材料參數，以充分發揮水性環氧樹脂的作用。例如，在使用水性環氧樹脂配置環氧砂漿的過程中，著眼砂漿使用場景，采取試驗制成的方式，進行高水性環氧樹脂乳液、中水性環氧樹脂乳液以及低水性環氧樹脂乳液的分類驗證，確定其與砂漿混合后，砂漿物化屬性的相關變化，通過拉伸強度測試，論證砂漿實用屬性，確立砂漿制備方案，持續提升抗壓強度、抗折強度等基礎性能[3]。例如，高水性環氧樹脂乳液的密度在1.21g/cm3，抗拉強度為15.2MPa；中水性環氧樹脂乳液的密度在1.15g/cm3，抗拉強度為10.4MPa；低水性環氧樹脂乳液的密度在1.1g/cm3，抗拉強度為2.1MPa。通過對水性環氧樹脂摻加量進行科學調控，可以最大限度地保證砂漿的抗拉伸強度，滿足高速公路的養護需求。

2.2 水性環氧樹脂的經濟性應用原則

水性環氧樹脂作為目前較為成熟的高速公路養護材料，在實際應用過程中，應在保證高速公路養護質量的前提下，降低修復成本，減少費用支出。施工團隊需要發揮主觀能動性，加強技術流程與施工材料的管理，依托全面細致的管理舉措，增強水性環氧樹脂利用效率。施工團隊應參考以往經驗，制定水性環氧樹脂使用制度，細化制備、運輸、使用要求，規范施工行為，有序控制水性環氧樹脂用量，減少額外費用產生。在利用水性環氧樹脂與水泥、砂進行摻和時，按照1∶4∶3 的比例制備的修復砂漿，與其他砂漿相比，不僅黏度大、防水性好、工藝簡單，而且水泥、砂石的用量較少，實現公路養護成本與養護質量全方位兼顧，有效控制高速公路總體養護費用[4]。

2.3 水性環氧樹脂的實用性應用原則

在使用水性環氧樹脂進行公路養護的過程中，為更加充分地發揮材料優勢，壓縮養護流程，提升養護效率，搶占窗口期，需要及時調整技術方案，根據養護內容，形成可行性強、操作性好的技術體系。例如，在高速公路混凝土膨脹裂縫的修復中，施工團隊要根據施工標準，立足施工場景，使用專業機械設備對混凝土表面予以鑿除，并使用打磨機進行二次打磨，然后使用水性環氧樹脂砂漿對鑿除區域的混凝土表面進行修復、補平。考慮到高速公路結構的復雜性，在進行新舊混凝土黏結的過程中，施工人員應將水性環氧樹脂與水泥、砂的摻和比控制在1∶4∶2。

3 水性環氧樹脂復合材料在高速公路養護中的應用路徑

高速公路養護過程中，對于水性環氧樹脂復合材料的應用，施工團隊應準確把握材料屬性，從實踐角度出發，完善復合材料應用體系，優化施工流程，發揮水性環氧樹脂復合材料的優勢，推動養護工作高質量開展。

3.1 使用水性環氧樹脂進行瀝青乳化

高速公路運行過程中，路面在車輛載荷作用下，會承受一定的剪切應力，使得路面平整度持續下降，影響行車的安全性與穩定性。為應對上述問題，保證路面平整度，一些施工團隊習慣使用乳化瀝青作為修復材料對高速公路進行修復。乳化瀝青是現階段常規性的高速公路路面修復材料，在實際使用過程中，表現出低污染、便捷、高效等特點，對于瀝青路面養護產生了深遠影響。但是必須清楚地認識到，普通的乳化瀝青黏結能力相對不足、材料彈性不佳、結構強度不高，難以保證修復質量以及耐久性。在某些特殊情況下，極易出現二次甚至多次修補的情況，嚴重影響了高速公路的通行能力。將水性環氧樹脂與乳化瀝青進行充分混合，借助水性環氧樹脂特殊的分子結構，對乳化瀝青的性能有著明顯的提升作用。在水性環氧樹脂的改性作用下，乳化瀝青性狀更為穩定，各類屬性參數得以提升，能快速修復路面裂縫等病害，表現出更強的實用屬性[5]。在利用水性環氧樹脂進行瀝青乳化的過程中，施工團隊要嚴格遵循技術規范與標準，結合養護需求，根據乳化瀝青用量計算水性環氧樹脂制備量。通過對水性環氧樹脂的科學化、高效化應用，不斷增強材料應用效能，推動瀝青乳化改性的順利完成。使用水性環氧樹脂對乳化瀝青完成改性后，施工團隊要制訂施工計劃，有序組織相關施工活動。結合過往經驗，改性乳化瀝青存放時間超過1d后，容易出現析水分層現象，析出水分后，乳化瀝青的黏結度、強度將明顯下降。為應對這種情況，使用水性環氧樹脂改性乳化瀝青時，要控制制備時間，避免改性制備與施工作業間隔時間過長，影響最終的施工效果。同時，對于已經完成制備的改性乳化瀝青，要采取密封存儲的方式，避免風吹、雨淋及陽光直射。在改性乳化瀝青施工環節，要對施工溫度、濕度等因素進行靈活把控，如果氣溫較低或者瀝青稠度較大，需要進行必要的加熱處理，以保證改性乳化瀝青快速完成噴灑作業。準備工作結束后，施工團隊操作噴灑車等設備進行噴灑作業，考慮施工環境的特殊性，施工人員要對噴灑車進行調試，避免設備參數調控不當，出現改性乳化瀝青不能順暢噴灑等問題。噴灑結束后，施工團隊要及時開展養護處理，借助必要的養護舉措，確保改性乳化瀝青發揮材料優勢，完成施工建設任務。

3.2 使用水性環氧樹脂制作灌縫用漿

水性環氧樹脂與水泥按照一定的比例進行調配，形成具有一定黏稠度的漿液，主要用于高速公路水泥基建縫隙的填充、修復以及表面加固。與傳統修復材料相比，使用水泥水性環氧樹脂復合材料，可以壓縮修復環節，減少傳統高速公路表面加固處理中的干燥環節，提高施工效率，壓縮施工周期。同時，水泥水性環氧樹脂復合材料結構強度較高，可以有效應對行車荷載所帶來的剪切力，增強了路面結構的穩定性。結合以往經驗，水泥水性環氧樹脂復合材料在進行灌縫養護時，其抗壓強度在3d 內可以到達25MPa，28d 后可以達到41MPa，并且灌縫用漿的膨脹率始終保持在0.05%范圍內，符合高速公路路面細微裂縫的養護要求。為更好地提升高速公路灌縫用漿的修復性能，施工人員在水泥水性環氧樹脂復合材料制備中，要結合養護要求，靈活選擇水泥種類。如控制灌縫用漿制備材料的粒徑，在寬度小于1mm 的細小裂縫養護中，對于水泥、骨料等材料，其粒徑30μm 的含量應當低于5%，粒徑6μm 的含量應超過40%。

3.3 制備水性環氧樹脂砂漿

在水性環氧樹脂砂漿制備環節，結合水性環氧樹脂的基本屬性，對水資源用量進行合理控制，能夠確保水性環氧樹脂砂漿具備較強的早期強度，提升高速公路路面結構的穩定性。結合以往經驗，水性環氧樹脂砂漿制備中，水泥用量應當控制在30%左右，如果水泥用量過大或者過少，都會影響砂漿性能，影響結構強度。施工過程中，要加強質量監管，一旦發現問題，應及時反饋處理。同時根據溫度、濕度等條件，做好相應的養護工作，借助必要的養護舉措，減少修復區域再次發生裂縫等病害的概率。

3.4 使用水性環氧樹脂進行基層穩定

施工團隊在利用水性環氧樹脂進行高速公路基層養護修復的過程中，要充分考量高速公路基層所處環境，預設可能出現的病害或者損傷，在此基礎上，采取有效修復舉措，開展基層修復工作。具體而言，高速公路車流量較大，基層承受的壓力較大，出現基層斷裂的概率較高。為應對上述情況，施工團隊要根據高速公路所處區域的氣候、水文條件，靈活調節水性環氧樹脂的使用量，以保證最終修復效果。根據相關研究機構公布的數據，水性環氧樹脂的使用量與高速公路基層材料的抗壓強度、密度、防水性能有著正相關關系，因此，在實際施工環節，施工團隊要持續進行調整，實現水性環氧樹脂使用量的精準控制。

4 結語

水性環氧樹脂與乳化瀝青、混凝土等水泥基層材料結合使用優勢明顯，借助完備的施工方案、合理的施工舉措，能有效增強高速公路路面的抗裂縫和抗車轍性能，提升高速公路的通行能力。本文在分析水性環氧樹脂特點的基礎上，梳理養護工作思路，在實用性、經濟性等原則指導下，細化水性環氧樹脂應用策略，拓寬水性環氧樹脂應用途徑，確保高速公路養護施工有序推進。