基于試驗對水性環氧乳化瀝青的研究

盧萍

（九江市公路發展中心武寧分中心，江西九江 332300）

0 引言

隨著社會的發展，人們生活節奏的加快和出行次數的增多，使得現階段的交通漸漸無法滿足要求，加上重載車輛的行駛使得道路路面破損嚴重，因此，為解決道路路面破損問題，研究學者提出可以在乳化瀝青中添加改性劑來改變乳化瀝青的性能，從而實現快速修補恢復交通的需要[1]。

在改性乳化瀝青中水性環氧乳化瀝青是由水性環氧樹脂與乳化瀝青一起混合形成的道路冷拌膠結料，柳中萬等[2-5]通過試驗對水性環氧乳化瀝青進行研究，研究表明原材料的添加順序會影響水性環氧樹脂的性能，并表明添加水性環氧樹脂能提高水性環氧乳化瀝青的路用性能；王玉杰等[6-10]通過工程案例研究發現：水性環氧乳化瀝青在道路工程中具有良好的路用性能?，F有的研究雖已取得一定成果，但在基本性能及應用的研究中還存在不足。

本文在現有的研究成果基礎上，通過室內試驗的方法展開研究，主要研究內容包括水性環氧乳化瀝青的基本性能和應用性能，希望能促進行業的發展。

1 水性環氧乳化瀝青原材料

此次試驗所用的原材料包括水性環氧樹脂、固化劑等，以下對原材料的基本性能進行分析。

1.1 水性環氧樹脂

此次試驗所使用的水性環氧樹脂基本性能指標如表1 所示。

表1 水性環氧樹脂基本性能指標表

試驗時選用RT 型水性環氧樹脂和E 型水性環氧樹脂以5∶1 的質量比拌和而成，作為水性環氧樹脂的原材料。

1.2 環氧固化劑

固化劑的種類較多，由于水性環氧樹脂只有在進行固化后才能發揮其用途，因此水性環氧樹脂對固化劑的依賴性很強。水性環氧樹脂的固化反應要通過環氧固化劑的開環反應才能完成，添加的固化劑會影響水性環氧樹脂的力學性能、化學穩定性等，因此固化劑的選擇對水性環氧樹脂至關重要，下面對常見的幾種固化劑進行分析，其基本性能指標如表2 所示，試驗中選用RT 型環氧固化劑。

表2 固化劑的基本性能指標表

1.3 水性環氧樹脂的制備

按照上述原材料，采用混合乳化法進行水性環氧樹脂的制備，具體流程如下：首先，進行水性環氧樹脂的拌和，其次，將拌和后的水性環氧樹脂與乳化瀝青進行混合攪拌，在攪拌時由于水性環氧樹脂的黏性比乳化瀝青大，因此在混合時是將乳化瀝青倒入水性環氧樹脂中；最后，再通過高速剪切機剪切攪拌，攪拌時將攪拌機的速度控制在3000～3500 轉/min，剪切的時間控制在15min 左右，保證混合料攪拌的均勻性。

2 水性環氧乳化瀝青的基本性能研究

2.1 基本狀態分析

此次試驗對不同水性環氧樹脂摻量對乳化瀝青破乳和固化的影響進行分析，并根據不同的水性環氧樹脂摻量設置試驗組進行分析，試驗的結果如表3所示。

表3 不同水性環氧樹脂摻量對水性環氧乳化瀝青混合料的影響

從表3 中可知，水性環氧乳化瀝青混合料的破乳所需時間隨著水性環氧樹脂摻量的增加在逐漸減少，表干時間及初步固化時間也在逐漸減少，并且發現當水性環氧樹脂摻量為40%和50%時，水性環氧乳化瀝青混合料的破乳時間、表干時間及初步固化時間都一致，說明當水性環氧樹脂摻量超過40%時對水性環氧乳化瀝青混合料沒有影響，此時不宜再增加水性環氧樹脂的摻量。

2.2 微觀相溶性

通過落射式熒光顯微鏡對水性環氧乳化瀝青進行觀察，發現當水性環氧樹脂摻量為10%～30%時，水性環氧樹脂的分布呈現均勻的點狀，當摻量增加到40%時，呈現微凝膠核心狀，可見水性環氧樹脂的添加有利于水性環氧乳化瀝青形成三維的網狀結構。

2.3 軟化點

研究水性環氧樹脂摻量對水性環氧乳化瀝青混合料的軟化點、針入度及延度等基本性能的影響發現，隨著水性環氧樹脂摻量的增加，水性環氧乳化瀝青混合料的軟化點逐漸升高，當水性環氧樹脂的摻量為0～30%時基本呈現出線性增長，軟化點從57℃增加到66℃；當摻量為30%～40%時，軟化點的增長速度迅速，從66℃增加到72℃。隨后隨著水性環氧樹脂摻量的繼續增大，軟化點的變化趨于平緩，因為當水性環氧樹脂固化后，減小了瀝青在高溫條件下的滑動和流動變形，從而使水性環氧乳化瀝青混合物的軟化點升高，由此可見，水性環氧樹脂的添加有利于提高水性環氧乳化瀝青的高溫性能。

2.4 黏度

水性環氧乳化瀝青的黏度一般都較高，為分析不同水性環氧樹脂摻量對水性環氧乳化瀝青黏度的影響，可通過試驗測定水性環氧乳化瀝青的恩格拉黏度，具體結果如表4 所示。

表4 水性環氧乳化瀝青的恩格拉黏度試驗結果表

從表4 中可知，隨著水性環氧樹脂摻量的增加，水性環氧乳化瀝青的恩格拉黏度在逐漸增大，當水性環氧樹脂摻量小于20%時，恩格拉黏度增長較為緩慢；當水性環氧樹脂摻量在20%～50%時，恩格拉黏度增長迅速；當摻量達到50%時，水性環氧乳化瀝青的恩格拉黏度達到最大值。

3 水性環氧乳化瀝青的應用性能分析

在道路工程中，水性環氧乳化瀝青不僅可以用于透層、黏層還能用于橋面防水黏結層和霧封層等，為研究水性環氧樹脂摻量對材料抗剪強度、黏結強度及水穩定性能的影響，本文通過試驗對其進行分析。

3.1 抗剪強度分析

對水性環氧乳化瀝青的抗剪強度檢測通過直剪試驗來進行檢驗，在試驗時將制作的馬歇爾試件采用水性環氧乳化瀝青黏結后放入直剪環中進行激進型試驗，隨著水性環氧樹脂摻量的增加，水性環氧乳化瀝青的剪切強度逐漸升高，當水性環氧樹脂摻量為10%～30%時基本呈現出線性增長，剪切強度從2.74MPa 增加到5.58MPa；當水性環氧樹脂摻量為30%～40%時，剪切強度的增長速度迅速，從5.58MPa 增加到8.66MPa。隨后隨著水性環氧樹脂摻量的繼續增大，剪切強度的變化趨于平緩，由此可見，添加水性環氧樹脂有利于提高水性環氧乳化瀝青的抗剪性能。

3.2 黏結強度

水性環氧乳化瀝青的黏結強度是路面功能層中重要的力學性能指標，包括附著力抗拉強度、浸水附著力抗拉強度和鋪裝混凝土后的復合件抗拉強度。

3.2.1 附著力抗拉強度

為研究不同水性環氧樹脂摻量對水性環氧乳化瀝青混合料附著力抗拉強度的影響，可通過附著力抗拉強度試驗對其進行分析。試驗時將水性環氧乳化瀝青倒入100mm×100mm×20mm 的鋼板模具和直徑為60mm 的鐵環內制成試件，隨后進行拉拔試驗，測定試件的附著力抗拉強度，具體的試驗結果如表5 所示。

表5 水性環氧乳化瀝青的附著力抗拉強度結果表

從表5 中可知，隨著水性環氧樹脂摻量的增加，在前面的72h內，水性環氧乳化瀝青混合料的附著力逐漸增大，而在96～128h 時，水性環氧乳化瀝青混合料的附著力隨著水性環氧樹脂摻量的增加呈現出先增大后減小的變化，當水性環氧樹脂摻量超過40%時，水性環氧乳化瀝青混合料的附著力強度下降，說明水性環氧樹脂摻量不宜過多；而在相同水性環氧樹脂摻量的情況下，隨著乳化時間的延長，水性環氧樹脂的附著力逐漸增大后趨于平緩，當乳化時間超過96h后，水性環氧乳化瀝青混合料的附著力不變，由此可見，水性環氧乳化瀝青混合料中水性環氧樹脂摻量宜為30%～40%。

3.2.2 浸水附著力抗拉強度

為研究不同水性環氧樹脂摻量對水性環氧乳化瀝青混合料浸水附著力抗拉強度的影響，將試件分為三組進行試驗，第一組的試件先在干燥環境中養護24h，隨后在25℃水浴中養護24h；第二組為在25℃水浴中養護48h 后的試件；第三組為在干燥環境中養護的試件。在第一組試驗中，試件的浸水附著力抗拉強度比第二組要大，比第三組要小，并且隨著水性環氧樹脂摻量的增加，第一組試件的浸水附著力抗拉強度逐漸增大，從0.17MPa 增加到0.4MPa；第二組試件的浸水附著力抗拉強度最小，隨著水性環氧樹脂摻量的增加，浸水附著力抗拉強度從0.15MPa 增加到0.29MPa，第三組試件的浸水附著力抗拉強度最大，同樣也隨著水性環氧樹脂摻量的增加而增大，其數值從0.28MPa 增加到1.07MPa，其中當水性環氧樹脂摻量為40%時，試件的浸水附著力抗拉強度達到最大值1.17MPa。說明浸水時間越長對浸水附著力抗拉強度越不利，當試件處于不浸水且水性環氧樹脂摻量為40%時，水性環氧乳化瀝青的浸水附著力抗拉強度最強。

3.2.3 復合件抗拉強度

在道路工程中，水性環氧乳化瀝青將會與其他材料共同使用，對復合件抗拉強度進行試驗，試驗結果如表6 所示。

表6 復合件的抗拉強度結果表

從表6中可以看出，隨著水性環氧樹脂摻量的增加，復合件的抗拉強度呈現出先增大后減小的變化趨勢，當水性環氧樹脂摻量為40%時，復合件的抗拉強度最大，說明當水性環氧樹脂摻量為40%時為最佳。

4 結語

本文通過室內試驗對水性環氧乳化瀝青的基本性能和應用性能進行研究，結果表明：水性環氧樹脂有利于提高及改善水性環氧乳化瀝青的基本性能；當水性環氧樹脂摻量為40%時，水性環氧乳化瀝青的性能最佳。本文僅對水性環氧樹脂的部分內容進行了研究，相關研究有待進一步進行。