水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青在公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.023

摘 要：乳化瀝青常用于公路表面修補(bǔ)和預(yù)防養(yǎng)護(hù)。普通的乳化瀝青粘接強(qiáng)度較低，在低溫下較脆并且強(qiáng)度成型慢，必須在提高養(yǎng)護(hù)效果和施工效率方面進(jìn)行針對(duì)性地改性。研究利用相反轉(zhuǎn)法，以非離子型乳化劑聚氧乙烯醚為表面活性劑制備水性環(huán)氧樹脂乳液，并將該乳液用于改性乳化瀝青。對(duì)得到的水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青進(jìn)行穩(wěn)定性能、粘接性能和低溫性能測(cè)試，結(jié)果表明：試樣品儲(chǔ)存30 d不發(fā)生破乳，粘接性能比未改性的乳化瀝青提高10倍，低溫抗劈裂強(qiáng)度為未改性乳化瀝青的2.3倍。為水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青對(duì)寒冷天氣下公路的防裂養(yǎng)護(hù)提供了參考。

關(guān)鍵詞：水性環(huán)氧樹脂；改性乳化瀝青；公路養(yǎng)護(hù)；低溫抗裂性能

中圖分類號(hào)：TQ323.5" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " "文章編號(hào)：1001-5922（2024）02-0084-04

Research on the application of water-based epoxy resin modified emulsified asphalt in highway maintenance

XIONG Tao，ZHAO Youjue

（Yunnan Province Transportation Investment and Construction Group Co.，Ltd.，Kunming 650103，China）

Abstract：Emulsified asphalt is commonly used for road surface repair and preventive maintenance.Ordinary emulsified asphalt has low bonding strength，brittle at low temperature and slow strength molding，so it must be modified in a targeted manner to improve the curing effect and construction efficiency.In this paper，water-based epoxy resin emulsion was prepared by reversal method using nonionic emulsifier polyoxyethylene ether as surfactant and used to modify emulsified asphalt.The stability，adhesion and low-temperature properties of the obtained water-based epoxy resin emulsified asphalt were tested.The samples were stored for 30 days without demulsification，and the bonding performance was 10 times higher than that of the unmodified emulsified asphalt，and the low-temperature splitting strength was 2.3 times higher than that of the unmodified emulsified asphalt.It provides a reference for crack prevention and maintenance of highway in cold weather with water-based epoxy resin.

Key words：water-based epoxy resin;modified emulsified asphalt;highway maintenance;low temperature crack resistance

乳化瀝青常用于公路表面修補(bǔ)和預(yù)防養(yǎng)護(hù)。普通的乳化瀝青粘接強(qiáng)度較低，在低溫下較脆并且強(qiáng)度成型慢，必須在提高養(yǎng)護(hù)效果和施工效率方面進(jìn)行針對(duì)性地改性^[1]。目前主要的乳化瀝青改性劑是丁苯橡膠（SBR）、苯乙烯－丁二烯－苯乙烯（SBS）和水性環(huán)氧樹脂。SBR改善了低溫下較脆的情況，但是高溫性能和粘接性能不佳。SBS在高溫和粘接性方面表現(xiàn)優(yōu)異，但由于其黏度較大，在制備時(shí)乳化困難，在儲(chǔ)存時(shí)容易發(fā)生破乳^[2]。這些局限性也限制了SBR和SBS在改性乳化瀝青中的實(shí)際應(yīng)用。而水性環(huán)氧樹脂改性瀝青在粘接性能、高溫性能和固化時(shí)間等諸多方面表現(xiàn)優(yōu)異，此外，分散介質(zhì)為水，避免揮發(fā)性有機(jī)化合物的產(chǎn)生，是一條環(huán)境友好的改性路徑^[3]。

水性環(huán)氧樹脂是以一定的方式將環(huán)氧樹脂分散在水中，以形成均一穩(wěn)定的乳液。水性環(huán)氧樹脂的制備方法主要有自乳化法、機(jī)械法和相反轉(zhuǎn)法^[4-5]。研究采用非離子乳化劑聚氧乙烯醚為乳化劑，用相反轉(zhuǎn)法制備水性環(huán)氧乳液并用其改性乳化瀝青，考察了不同工藝配比下水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青的穩(wěn)定性，對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性滿足要求的配方進(jìn)行粘接性能、低溫性能測(cè)試^[6-8]。

1"試驗(yàn)概況

1.1"試驗(yàn)材料和儀器

材料：BCR乳化瀝青（綿陽(yáng)眾和高科瀝青設(shè)備有限公司）；E-44環(huán)氧樹脂；DFG-88環(huán)氧樹脂固化劑；聚氧乙烯醚。

儀器：MY3000-6M混凝試驗(yàn)攪拌器、GL-8205電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。

1.2"試驗(yàn)制備

1.2.1"水性環(huán)氧樹脂制備

用相反轉(zhuǎn)法制備水性環(huán)氧樹脂，將環(huán)氧樹脂與乳化劑加入到同一容器中，邊緩慢攪拌邊加熱至60 ℃使環(huán)氧樹脂黏度降低，然后在1 000 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌1 h使環(huán)氧樹脂與乳化劑混合均勻。然后關(guān)閉加熱，將轉(zhuǎn)速調(diào)至500 r/min，在室溫下向混合液中加入水，隨著水量的增加，待混合體系形成均勻的水包油體系即得^[9-11]。

1.2.2"水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青的制備

將乳化瀝青和制備的水性環(huán)氧樹脂按一定比例加入攪拌器，將固化劑倒入水中稀釋并將固化劑稀釋液倒入MY3000-6M混凝試驗(yàn)攪拌器，在一定溫度下充分?jǐn)嚢杓吹?sup>[12-14]。

1.3"水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青性能試驗(yàn)

1.3.1"穩(wěn)定性試驗(yàn)

將不同條件下制備的水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青放置在觀察器皿中密封保存，通過觀察乳液表面的結(jié)皮情況、乳液分層和容器底部的結(jié)塊情況判斷儲(chǔ)存穩(wěn)定性^[15]。

1.3.2"粘接性能試驗(yàn)

參照J(rèn)GJ/T 70—2009的方法進(jìn)行粘接性能測(cè)試，在2個(gè)水泥砂漿試件中涂抹待測(cè)樣，粘接完成后在45 ℃下養(yǎng)護(hù)24 h；在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸測(cè)試，記錄最大拉力F，每組試驗(yàn)平行測(cè)試5次。粘接強(qiáng)度（f）按下式計(jì)算：

式中：F為測(cè)試得到的最大拉力，N；A為粘接面積。

1.3.3"低溫性能試驗(yàn)

通過對(duì)試件進(jìn)行低溫下的抗裂性能測(cè)試以評(píng)價(jià)試件的低溫性能，將在45 ℃下養(yǎng)護(hù)24 h的試件轉(zhuǎn)入-10 ℃的環(huán)境中恒溫6 h，然后進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。

2nbsp;試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1"水性環(huán)氧樹脂改性技術(shù)指標(biāo)

為更好地指導(dǎo)水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青工藝研究，對(duì)制備得到的水性環(huán)氧樹脂進(jìn)行關(guān)鍵指標(biāo)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

2.2"水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青不同工藝下的應(yīng)用穩(wěn)定性

為了方便實(shí)際公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用，水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青應(yīng)具備一定的穩(wěn)定性以滿足一定的儲(chǔ)存時(shí)間。按表2所示的工藝條件在不同的原料配比、攪拌速度、攪拌溫度下進(jìn)行水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青（簡(jiǎn)稱乳液）的制備并進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)，分別觀察第10 d和第30 d的乳液表面結(jié)皮、乳液分層和容器底部結(jié)塊情況，得到的結(jié)果如表3所示。試驗(yàn)0為該試驗(yàn)采用的乳化瀝青原料，可見該原料儲(chǔ)存穩(wěn)定性好，30 d時(shí)無(wú)任何表面結(jié)皮、乳液分層和底部結(jié)塊現(xiàn)象發(fā)生^[16-17]。

（1）根據(jù)表2中試驗(yàn)1～試驗(yàn)3的結(jié)果可知，當(dāng)外摻水性環(huán)氧樹脂的用量為5%時(shí)，乳液的3項(xiàng)指標(biāo)仍能滿足儲(chǔ)存30 d的要求，優(yōu)異的儲(chǔ)存穩(wěn)定性與制備水性環(huán)氧樹脂時(shí)采用的非離子性乳化劑有關(guān)；當(dāng)外摻水性環(huán)氧樹脂的量達(dá)到10%時(shí)，乳液在第10 d即發(fā)生底部結(jié)塊現(xiàn)象；當(dāng)外摻水性環(huán)氧樹脂的量達(dá)到20%時(shí)，結(jié)塊現(xiàn)象更為明顯。分析結(jié)塊發(fā)生可能的原因，一是外來物質(zhì)的加入打破了乳化瀝青體系原有的乳液平衡，使得破乳結(jié)塊；二是水性環(huán)氧樹脂的加入增加了體系的黏稠度，使得乳化瀝青更易破乳^[18];

（2）通過加入與水性環(huán)氧樹脂等比例水的方式平衡體系黏度升高帶來的底部結(jié)塊的影響。試驗(yàn)4和試驗(yàn)5在摻水性環(huán)氧樹脂的同時(shí)加入等比例的水，與試驗(yàn)2和試驗(yàn)3結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)加入水后，乳液底部結(jié)塊的現(xiàn)象有所改善，但水的加入使得乳液易發(fā)生分層，尤其對(duì)于試驗(yàn)5，由于該試驗(yàn)品加入的水量較多，第10 d時(shí)即可觀察到明顯的分層現(xiàn)象;

（3）通過加快攪拌速度和升高攪拌溫度的方式平衡增加水量帶來的乳液分層的影響。試驗(yàn)6和試驗(yàn)7分別對(duì)水性環(huán)氧樹脂和水量均為10%的乳液進(jìn)行加速攪拌和升溫?cái)嚢瑁梢?種條件下均能改善乳液分層的現(xiàn)象，升溫?cái)嚢韪纳菩Ч黠@；試驗(yàn)8將加速和升溫協(xié)同進(jìn)行，乳液3項(xiàng)指標(biāo)均能滿足儲(chǔ)存30 d的要求。試驗(yàn)9和試驗(yàn)10分別對(duì)水性環(huán)氧樹脂和水量均為20%的乳液進(jìn)行加速攪拌和升溫?cái)嚢瑁?種條件下均能改善乳液分層的現(xiàn)象;但單獨(dú)作用效果不佳，30 d時(shí)的穩(wěn)定性未能滿足要求。試驗(yàn)11將加速和升溫協(xié)同進(jìn)行，乳液3項(xiàng)指標(biāo)均能滿足儲(chǔ)存30 d的要求^[19-20]。

2.3"水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘接性能

水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青粘接強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表4所示。水性環(huán)氧樹脂的加入能夠大幅度提升乳化瀝青的粘接強(qiáng)度。其中，水性環(huán)氧樹脂的外摻量為20%時(shí)粘接性能最好，粘接強(qiáng)度達(dá)到未改性乳化瀝青的10倍。

2.4"水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青低溫性能

水性環(huán)氧樹脂低溫劈裂測(cè)試結(jié)果如表5所示。

由表5可知，隨著水性環(huán)氧樹脂外摻量的增加，劈裂強(qiáng)度有一定的提升，20%水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青的劈裂強(qiáng)度為未改性乳化瀝青的2.3倍。但環(huán)氧固化物較脆，外摻量較大時(shí)，拉伸應(yīng)變也下降明顯。

3"結(jié)語(yǔ)

（1）使用非離子乳化劑制備的水性環(huán)氧樹脂與乳化瀝青混合時(shí)，二者的相容性較好，這得益與非離子乳化劑較為溫和的化學(xué)性能，在進(jìn)行不同乳化體系的混合時(shí)，不易發(fā)生破乳；

（2）對(duì)不同環(huán)氧樹脂乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)水性環(huán)氧樹脂的外摻量較大時(shí)，穩(wěn)定性略有下降，可通過加快攪拌速度和提高混合溫度改善穩(wěn)定性；

（3）粘接強(qiáng)度測(cè)試和低溫劈裂測(cè)試結(jié)果表明，加入水性環(huán)氧樹脂后的乳化瀝青粘接強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度均得到提升，但由于環(huán)氧樹脂本身較脆的特性，拉伸應(yīng)變略有降低。

總體來說，由非離子乳化劑制備的水性環(huán)氧樹脂用于改性乳化瀝青時(shí)，能夠得到儲(chǔ)存穩(wěn)定、粘接強(qiáng)度高、低溫性能好的涂層，可在實(shí)際公路養(yǎng)護(hù)中應(yīng)用。

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收稿日期：2023-09-05；修回日期：2023-12-03

作者簡(jiǎn)介：熊"濤（1972-），男，高級(jí)工程師，研究方向：公路養(yǎng)護(hù)與智能信息化管理;E-mail：hzmpo20@163.com。

通訊作者：趙又玨（1993-），女，碩士，工程師，會(huì)計(jì)師，研究方向：公路養(yǎng)護(hù)管理、養(yǎng)護(hù)計(jì)量；E-mail：20220218xf@sina.com。

基金項(xiàng)目：云南省科學(xué)技術(shù)廳項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：202205AG070008）;云南省交通投資建設(shè)集團(tuán)有限公司項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：YCIC-YF-2021-11）。

引文格式：熊"濤，趙又玨.水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青在公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究[J].粘接，2024，51（2）：84-87.