水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)瀝青混合料性能評(píng)價(jià)

張賀亮

(河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,河南 鄭州 450052)

1 引言

冷補(bǔ)瀝青混合料是瀝青路面坑槽修補(bǔ)過(guò)程中的常用材料，能克服熱修補(bǔ)技術(shù)存在的耗能大、工藝復(fù)雜及修補(bǔ)時(shí)機(jī)延后等問(wèn)題，按強(qiáng)度形成機(jī)理不同可分為溶劑型和乳化型冷補(bǔ)料。溶劑型冷補(bǔ)料通常采用有機(jī)溶劑(例如柴油、煤油)作為稀釋劑來(lái)降低瀝青黏度，保證冷補(bǔ)料的施工和易性，其儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，室內(nèi)密封保存1年后仍具有較好的松散性，但是存在強(qiáng)度形成慢、初始強(qiáng)度低以及油污等問(wèn)題。乳化型冷補(bǔ)料是以乳化瀝青作為膠結(jié)料，依靠水分的蒸發(fā)、乳化瀝青的破乳來(lái)形成膠結(jié)強(qiáng)度，其在常溫環(huán)境下施工和易性?xún)?yōu)異、強(qiáng)度成型快且節(jié)能環(huán)保，但是乳化型冷補(bǔ)料黏結(jié)性差、初始強(qiáng)度低且成型強(qiáng)度遠(yuǎn)低于熱拌瀝青混合料，限制了其大范圍推廣應(yīng)用。

為提高乳化瀝青的黏結(jié)力，彌補(bǔ)乳化型冷補(bǔ)料修補(bǔ)坑槽的缺點(diǎn)，近年來(lái)道路研究者在聚合物改性乳化技術(shù)方面進(jìn)行了大量研究。如采用SBR膠乳或橡膠粉改性技術(shù)提高乳化瀝青混合料的低溫抗裂性和耐疲勞性能，但是存在高溫性能和黏結(jié)性能差的問(wèn)題，且乳化溫度高、工藝復(fù)雜；采用SBS改性技術(shù)雖能提高乳化瀝青的高、低溫性能和黏結(jié)性能，但是其儲(chǔ)存穩(wěn)定性差、乳化工藝?yán)щy；此外部分學(xué)者采用水泥、蒙脫土對(duì)乳化瀝青進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)水泥和蒙脫土能加速乳化瀝青的破乳速度、增強(qiáng)黏結(jié)性能，且能提高混合料的早期強(qiáng)度、高溫和水穩(wěn)性能，但是水泥、蒙脫土乳化瀝青性能改善單一，其延度和剛度有所下降。環(huán)氧樹(shù)脂固化物具有較好的強(qiáng)度、黏結(jié)力和熱穩(wěn)定性，用于瀝青改性，可顯著提高瀝青混合料的強(qiáng)度、高溫性能及黏結(jié)性能。環(huán)氧樹(shù)脂是一種油性物質(zhì)，與乳化瀝青的油水共混體系相容性差，因此不能直接與乳化瀝青進(jìn)行混合使用。而將環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)特殊水化工藝制成的水性環(huán)氧樹(shù)脂不僅具備黏結(jié)性強(qiáng)、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，且與乳化瀝青同屬水性體系，二者適配性好，具有優(yōu)異的相容性。

該文采用水性環(huán)氧樹(shù)脂作為乳化瀝青改性劑，首先分析水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)瀝青混合料的強(qiáng)度形成機(jī)理，其次通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式、改進(jìn)馬歇爾試驗(yàn)法、析漏試驗(yàn)及飛散損失試驗(yàn)確定乳化型冷補(bǔ)料的油石比，最后研究水性環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)型、摻量對(duì)乳化型冷補(bǔ)料路用性能及黏結(jié)性能的影響，確定出水性環(huán)氧樹(shù)脂的合理?yè)搅俊?/p>

2 水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料強(qiáng)度形成機(jī)理

熱拌瀝青混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度形成機(jī)理一般用摩爾-庫(kù)侖理論進(jìn)行解釋?zhuān)唇Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度是由礦料顆粒間的內(nèi)摩阻力及瀝青混合料的黏結(jié)力構(gòu)成。水性環(huán)氧乳化瀝青是一種油包水體系，其充分發(fā)揮膠凝作用涉及到水性物質(zhì)揮發(fā)、環(huán)氧樹(shù)脂固化以及乳化瀝青破乳一系列過(guò)程，因此水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料強(qiáng)度形成過(guò)程伴隨著冷補(bǔ)料從拌和、攤鋪壓實(shí)和修補(bǔ)結(jié)構(gòu)服役階段。

(1)冷補(bǔ)料拌和階段

水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料在拌和階段，水性環(huán)氧乳化瀝青雖能與礦料充分接觸，但是由于水的存在，水性環(huán)氧樹(shù)脂組分的親水基團(tuán)更易與水結(jié)合，導(dǎo)致環(huán)氧組分與礦料無(wú)法有效接觸；此外與乳化瀝青破乳過(guò)程相似，水性環(huán)氧組分發(fā)生固化反應(yīng)也是以水分的充分蒸發(fā)為前提，因此此階段結(jié)合料黏度較低，無(wú)法提供較強(qiáng)的黏結(jié)力，而且拌和階段，冷補(bǔ)料體積形態(tài)較為松散，未能形成嵌擠的骨架結(jié)構(gòu)，內(nèi)摩阻力較小，所以冷補(bǔ)料在拌和階段強(qiáng)度較小，可忽略不計(jì)。

(2)冷補(bǔ)料攤鋪階段

冷補(bǔ)料攤鋪到坑槽中后，在碾壓力的作用下，礦料會(huì)從松散狀態(tài)向彼此緊密接觸狀態(tài)過(guò)渡，逐漸形成嵌擠骨架結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)摩阻力增大，冷補(bǔ)料強(qiáng)度逐漸形成；而水性環(huán)氧乳化瀝青在攤鋪壓實(shí)階段水分并未完全蒸發(fā)，破乳和水性環(huán)氧固化反應(yīng)才逐漸開(kāi)始進(jìn)行，因此結(jié)合料黏度依舊較小，與礦料間的黏結(jié)力較低，因此此階段冷補(bǔ)料強(qiáng)度主要由礦料之間的內(nèi)摩阻力和舊路面邊緣約束力提供。

(3)修補(bǔ)結(jié)構(gòu)服役階段

路面坑槽經(jīng)冷補(bǔ)料填充修補(bǔ)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的通車(chē)，在車(chē)載和大氣環(huán)境作用下，冷補(bǔ)料會(huì)更加趨于密實(shí)，內(nèi)摩阻力會(huì)趨于最大值；而且隨著水性環(huán)氧乳化瀝青破乳反應(yīng)和環(huán)氧樹(shù)脂固化反應(yīng)的最終完成，環(huán)氧固化生成的三維固化產(chǎn)物和結(jié)合料緊緊將礦料包裹，進(jìn)一步加強(qiáng)與礦料的黏結(jié)，此時(shí)黏結(jié)力達(dá)到最大值；此外滲透到舊路面邊緣的水性環(huán)氧樹(shù)脂經(jīng)破乳固化后也能加強(qiáng)新舊路面的約束，使得修補(bǔ)結(jié)構(gòu)具有較好的路用性能。

3 試驗(yàn)材料與方法

3.1 試驗(yàn)材料

水性環(huán)氧乳化瀝青是由水性環(huán)氧組分在常溫條件下對(duì)普通乳化瀝青進(jìn)行改性，通過(guò)機(jī)械攪拌工藝形成的共混均勻體系。具體制備工藝為：首先按照質(zhì)量比取定量水性環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑兩種物質(zhì)混合均勻，制得水性環(huán)氧固化體系，然后將不同質(zhì)量百分比的水性環(huán)氧固化體系加入到盛有乳化瀝青的燒杯中，用高速剪切機(jī)勻速(3 000 r/min)攪拌10 min，即制得不同水性環(huán)氧摻量下的水性環(huán)氧乳化瀝青。經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試，水性環(huán)氧乳化瀝青滿足技術(shù)要求。

所用的原材料主要有慢裂型陽(yáng)離子乳化瀝青和水性環(huán)氧組分，其中乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1；水性環(huán)氧樹(shù)脂選用EP-50型和BH-653兩種，相應(yīng)固化劑為GH-05和BH-650型乳液，水性環(huán)氧樹(shù)脂相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1 陽(yáng)離子型乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 水性環(huán)氧樹(shù)脂技術(shù)指標(biāo)

水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料是由水性環(huán)氧乳化瀝青在最佳油石比和礦料級(jí)配下按特定工藝拌和形成。水性樹(shù)脂乳化瀝青為該文制備的改性乳化瀝青，粗集料、細(xì)集料和礦粉均為石灰?guī)r，參考中國(guó)規(guī)范中冷補(bǔ)料集料級(jí)配推薦范圍，該文選用冷補(bǔ)料級(jí)配為L(zhǎng)B-13級(jí)配，其合成級(jí)配見(jiàn)表3。

表3 LB-13級(jí)配

3.2 試驗(yàn)方案

(1)油石比確定

目前冷補(bǔ)料油石比確定方法尚不統(tǒng)一，主要有同濟(jì)大學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式法，改進(jìn)馬歇爾試驗(yàn)法、飛散損失法，該文采用同濟(jì)大學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式首先初定水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料油石比，其次通過(guò)改進(jìn)馬歇爾試驗(yàn)法對(duì)油石比進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選油石比，最后通過(guò)飛散損失試驗(yàn)對(duì)油石比進(jìn)行驗(yàn)證并改進(jìn)，確定水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料最終油石比。

(2)水性環(huán)氧組分摻配比優(yōu)選及冷補(bǔ)料性能評(píng)價(jià)

作為乳化瀝青的改性劑，水性環(huán)氧組分的添加量不同，水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料路用性能具有明顯差異。通過(guò)調(diào)整水性環(huán)氧樹(shù)脂的比例，研究水性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)乳化型冷補(bǔ)料的路用性能及黏結(jié)性能的影響，優(yōu)選出水性環(huán)氧樹(shù)脂，并確定水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量，同時(shí)與SK70#HMA、LBR溶劑型冷補(bǔ)料性能作對(duì)比，以評(píng)價(jià)水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料用于瀝青修補(bǔ)的可能性。其中每種水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量為3%、6%、9%、12%、15%；路用性能試驗(yàn)主要包括強(qiáng)度試驗(yàn)、高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)、水穩(wěn)性能試驗(yàn)、低溫抗裂性能試驗(yàn)。

3.3 試驗(yàn)方法

3.3.1 油石比確定方法

(1)同濟(jì)大學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式法

同濟(jì)大學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式是針對(duì)冷再生混合料、微表處等細(xì)料級(jí)配混合料提出的油石比經(jīng)驗(yàn)公式，大致估算混合料的最佳油石比，具體公式見(jiàn)式(1)：

P=0.021A+0.056B+0.099C+0.12D+1.2

(1)

式中：P為冷補(bǔ)瀝青用量(%)；A、B和C、D分別為礦料粒徑大于2.36、0.3～2.36、0.075～0.3和小于0.075 mm的質(zhì)量百分率(%)。

通過(guò)冷補(bǔ)料的設(shè)計(jì)礦料級(jí)配，分別計(jì)算出A、B、C和D的值，即可根據(jù)式(1)大致估算出所用級(jí)配對(duì)應(yīng)的油石比。

(2)改進(jìn)馬歇爾試驗(yàn)法

規(guī)范中熱拌瀝青混合料一般采用馬歇爾試驗(yàn)法確定油石比，而乳化型冷補(bǔ)料膠結(jié)料黏度較低，因此不可簡(jiǎn)單地采用傳統(tǒng)馬歇爾設(shè)計(jì)方法來(lái)確定乳化型冷補(bǔ)料油石比，根據(jù)乳化型冷補(bǔ)料強(qiáng)度形成機(jī)理、并結(jié)合冷補(bǔ)料實(shí)際使用場(chǎng)景，該文采用加速養(yǎng)生法對(duì)傳統(tǒng)馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，主要步驟為：稱(chēng)取1 180 g冷補(bǔ)料裝入試模，雙面各擊實(shí)50次后側(cè)立放在80 ℃烘箱中養(yǎng)生24 h，再雙面各擊實(shí)25次，室溫豎立放置24 h后脫模，然后進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)定及油石比設(shè)計(jì)。

(3)謝倫堡析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散損失試驗(yàn)

謝倫堡析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)用來(lái)確定瀝青混合料的最大瀝青用量和最小瀝青用量。水性乳化型冷補(bǔ)瀝青混合料在修補(bǔ)坑槽后需具有一定的破乳時(shí)間和固化時(shí)間，因此早期黏聚性差，此時(shí)油石比對(duì)其黏聚性影響較大，因此該文對(duì)謝倫堡析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)條件進(jìn)行改進(jìn)為：

① 將1 000 g新拌冷補(bǔ)料倒入800 mL的燒杯中，在25 ℃恒溫烘箱中靜置4 h，倒出試樣后稱(chēng)取燒杯質(zhì)量，并按式(2)計(jì)算析漏損失率：

(2)

式中：Δm為冷補(bǔ)瀝青析漏損失率(%)；m0為燒杯凈質(zhì)量(g)；m1為燒杯與冷補(bǔ)料總質(zhì)量(g)；m2為將冷補(bǔ)倒出后，燒杯及剩余冷補(bǔ)瀝青質(zhì)量(g)。

② 肯塔堡飛散損失試驗(yàn)：將定量的新拌水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料雙面各擊實(shí)50次，再將一定量新拌冷補(bǔ)料在15 ℃雙面擊實(shí)50次之后連同試模在25 ℃恒溫箱中通風(fēng)養(yǎng)生4 h，脫模后放入洛杉磯磨耗機(jī)旋轉(zhuǎn)撞擊100次按式(3)計(jì)算試件飛散損失百分率：

(3)

式中：Δs為冷補(bǔ)料的飛散損失率(%)；q0為試驗(yàn)前試樣質(zhì)量(g)；q1為試驗(yàn)后試樣最大碎塊質(zhì)量(g)。

3.3.2 冷補(bǔ)料性能評(píng)價(jià)方法

水性環(huán)氧型冷補(bǔ)料需具有較好的路用性能和黏結(jié)性能，以保證坑槽經(jīng)修補(bǔ)后能在外界荷載作用下滿足正常服役運(yùn)營(yíng)性能，避免坑槽修補(bǔ)失效的現(xiàn)象產(chǎn)生。路用性能主要包括強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能和水穩(wěn)性能；而黏結(jié)性能主要指水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料與舊路面之間的黏結(jié)力。

(1)強(qiáng)度

水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料強(qiáng)度的形成伴隨著水性物質(zhì)的破乳和環(huán)氧樹(shù)脂的固化過(guò)程，為滿足坑槽修補(bǔ)后臨時(shí)通車(chē)和長(zhǎng)期承載能力需要，冷補(bǔ)料需具有較優(yōu)的早期強(qiáng)度和成型強(qiáng)度。參考交通部乳化瀝青混合料養(yǎng)生條件，該文設(shè)置水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料的初始強(qiáng)度試驗(yàn)方法為：將馬歇爾試件雙面擊實(shí)75次之后連同試模在25 ℃恒溫箱中通風(fēng)養(yǎng)生24 h，脫模后不進(jìn)行水浴即測(cè)試其馬歇爾穩(wěn)定度作為初始強(qiáng)度；而成型強(qiáng)度試驗(yàn)方法為：將馬歇爾試件雙面擊實(shí)50次之后連同試模在80 ℃恒溫箱中養(yǎng)生24 h，然后再脫模雙面擊實(shí)25次，脫模后在(60±1)℃恒溫水槽中養(yǎng)生30 min，立即測(cè)試其穩(wěn)定度作為成型強(qiáng)度。

(2)高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

水性環(huán)氧乳化瀝青破乳速度隨著溫度的增高而加快，夏季瀝青路面由于吸熱作用，路表溫度往往高于50 ℃，在此溫度下，乳化瀝青一般在2 h內(nèi)即可完成破乳。此外冷補(bǔ)料修補(bǔ)坑槽最適宜季節(jié)為秋冬季節(jié)，往往在夏季之前就已充分破乳固化，形成足夠膠結(jié)強(qiáng)度。因此在設(shè)置乳化瀝青高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)條件時(shí)，多采用加速養(yǎng)生法，即首先將冷補(bǔ)料裝入試模，用輪碾儀往返碾壓8次，然后置于80 ℃烘箱中養(yǎng)生24 h后再往返碾壓4次，冷卻脫模后即可測(cè)試車(chē)轍板動(dòng)穩(wěn)定度。

(3)低溫抗裂性能試驗(yàn)

考慮到乳化瀝青在低溫環(huán)境下破乳困難，強(qiáng)度形成慢，道路養(yǎng)管部門(mén)一般在冬季不采用乳化型冷補(bǔ)料對(duì)路面坑槽進(jìn)行修復(fù)。因此在評(píng)價(jià)水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料的低溫抗裂性能時(shí)，應(yīng)結(jié)合路面坑槽養(yǎng)護(hù)水平及養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)設(shè)置試驗(yàn)條件。針對(duì)春季修補(bǔ)的坑槽采用加速養(yǎng)生法，即首先將冷補(bǔ)料裝入試模，用輪碾儀往返碾壓8次，然后置于80 ℃烘箱中養(yǎng)生24 h后再往返碾壓4次，冷卻脫模后進(jìn)行小梁彎曲試驗(yàn)；針對(duì)秋季修補(bǔ)的坑槽采用自然養(yǎng)生法，即將冷補(bǔ)料裝入試模，用輪碾儀往返碾壓8次然后在自然環(huán)境下靜置30 d后再往返碾壓4次，脫模后即可進(jìn)行小梁彎曲試驗(yàn)。

(4)水穩(wěn)性能

乳化瀝青是油水共混體系，外界水的侵入會(huì)對(duì)其黏附性能產(chǎn)生較大影響，因此道路養(yǎng)管部門(mén)往往選擇在晴天采用乳化型冷補(bǔ)料對(duì)路面坑槽進(jìn)行修補(bǔ)，以保證乳化瀝青能夠破乳，充分發(fā)揮黏結(jié)強(qiáng)度。文中采用成型強(qiáng)度的試驗(yàn)方法成型馬歇爾試件，而后進(jìn)行水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料的浸水馬歇爾試驗(yàn)，測(cè)試并計(jì)算其殘留穩(wěn)定度MS0。

(5)新舊界面的黏結(jié)性能

瀝青路面修補(bǔ)質(zhì)量不僅取決于水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料路用性能，而且也與新舊路面之間的黏結(jié)性能有關(guān)。新舊路面黏結(jié)性能若不足，在車(chē)載和雨水作用下，修補(bǔ)結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生整體錯(cuò)動(dòng)、邊緣受水侵蝕破損等二次病害。該文采取層間剪切試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)新舊路面的黏結(jié)性能。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 冷補(bǔ)料油石比確定

(1)同濟(jì)大學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式法

依據(jù)表3冷補(bǔ)料級(jí)配可計(jì)算出A=77.1%，B=16.6%，C=2.0%，D=3.5%，按式(1)大致估算出所用級(jí)配下的水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料最佳油石比為P=4.4%。選取油石比為3.8%、4.1%、4.4%、4.7%、5.0%進(jìn)行改進(jìn)馬歇爾試驗(yàn)。

(2)改進(jìn)馬歇爾試驗(yàn)法

按前述改進(jìn)馬歇爾試件成型方法，分別成型不同油石比下的乳化型冷補(bǔ)料馬歇爾試件(此時(shí)不添加水性環(huán)氧樹(shù)脂)，經(jīng)養(yǎng)生脫模后測(cè)試相關(guān)馬歇爾試件的物理力學(xué)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 乳化型冷補(bǔ)料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)繪制乳化型冷補(bǔ)料油石比與各項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)系圖，按照馬歇爾油石比分析方法確定馬歇爾油石比為4.6%。篇幅有限，文中不進(jìn)行繪圖展示。

(3)謝倫堡析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散損失試驗(yàn)

在改進(jìn)馬歇爾試驗(yàn)確定的油石比4.6%基礎(chǔ)上，以0.1%為間隔，選定4.2%、4.3%、4.4%、4.5%、4.6%、4.7%、4.8%、4.9%、5.0%共9個(gè)油石比分別進(jìn)行謝倫堡析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散損失試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 冷補(bǔ)混合料析漏和飛散試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知:隨著油石比的增加，析漏損失率顯著增大而飛散損失率則顯著減小。析漏損失率較大或飛散損失率較小，表明乳化型冷補(bǔ)瀝青混合料黏聚性較好，但是析漏損失率過(guò)大將會(huì)對(duì)乳化型冷補(bǔ)料的高溫抗車(chē)轍性能產(chǎn)生不利影響，因?yàn)榇藭r(shí)油多料少，瀝青路面無(wú)法提供足夠的承載力滿足交通荷載通行，在高溫環(huán)境下，路表面易產(chǎn)生泛油、擁包等病害，影響路面使用質(zhì)量。而飛散損失如果較大，乳化型冷補(bǔ)瀝青混合料將會(huì)出現(xiàn)油少石多的情況，在雨水、車(chē)載綜合作用下，路表面易產(chǎn)生松散、剝落等病害，因此需要控制乳化型冷補(bǔ)料的飛散損失率。綜合考慮謝倫堡析漏損失和肯塔堡飛散損失，該文確定兩者損失率的交點(diǎn)為最終油石比，即油石比為4.65%。

4.2 冷補(bǔ)料性能評(píng)價(jià)

4.2.1 強(qiáng)度

水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知：

圖2 水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

(1)隨著水性環(huán)氧組分摻量的逐漸增加，兩種水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料的初始強(qiáng)度和成型強(qiáng)度均逐漸提高，增加幅度有所差別，當(dāng)BH-653水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量達(dá)到9%、EP-50水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量達(dá)到6%，兩種水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料初始強(qiáng)度和成型強(qiáng)度增幅最大，且EP-50乳化型冷補(bǔ)料最終初始強(qiáng)度和成型強(qiáng)度優(yōu)于BH-653乳化型冷補(bǔ)料。

(2)4種冷補(bǔ)料中，溶劑型LBR冷補(bǔ)料的強(qiáng)度最差，當(dāng)BH-653摻量超過(guò)7%時(shí)、EP-50摻量超過(guò)6.2%時(shí)，兩種冷補(bǔ)料的初始強(qiáng)度超過(guò)HMA，而當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量分別超過(guò)2.7%、3.2%時(shí)，成型強(qiáng)度優(yōu)于HMA。且隨著固化時(shí)間的增長(zhǎng)，乳化型冷補(bǔ)料的成型強(qiáng)度也遠(yuǎn)優(yōu)于其初始強(qiáng)度，這主要是由于水性環(huán)氧固化物會(huì)提高乳化瀝青的黏附性，并與乳化瀝青結(jié)合生成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將礦料緊密包裹，致使水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料黏結(jié)性加強(qiáng)，強(qiáng)度提高。

4.2.2 高溫性能

水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知：

(1)與冷補(bǔ)料強(qiáng)度變化趨勢(shì)一致，隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的提高，兩種乳化型冷補(bǔ)瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度明顯提高，而車(chē)轍深度卻顯著降低，當(dāng)BH-653水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量達(dá)到9%、EP-50水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量達(dá)到6%，兩種水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料高溫抗車(chē)轍性能改善程度逐漸放緩，表明水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量并非越多越好，因此在選定其摻量時(shí)，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本及性能改善。

(2)4種冷補(bǔ)料中，溶劑型LBR冷補(bǔ)料的高溫抗變形能力最差，當(dāng)BH-653摻量超過(guò)1.5%時(shí)、EP-50摻量超過(guò)1.7%時(shí)，兩種冷補(bǔ)料的高溫抗變形能力要優(yōu)于HMA，這也說(shuō)明采用水性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)普通乳化型冷補(bǔ)料進(jìn)行改性的方案是可行的。

4.2.3 低溫性能

水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料低溫抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料低溫抗裂試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知：

(1)隨著水性環(huán)氧組分摻量的增加，兩種水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料的破壞應(yīng)變逐漸降低，且低于HMA以及溶劑型LBR冷補(bǔ)料。由于溶劑型冷補(bǔ)料中的稀釋劑降低了瀝青的黏度，因此其低溫抗裂性能較優(yōu)；而水性環(huán)氧樹(shù)脂雖提高了膠結(jié)料的強(qiáng)度指標(biāo)，但是卻降低了膠結(jié)料的延展性，使膠結(jié)料表現(xiàn)出脆硬性，因此其對(duì)乳化型冷補(bǔ)料的低溫抗裂性能具有一定損害作用。

(2)水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料于秋季修補(bǔ)坑槽的低溫抗裂性能優(yōu)于春季修補(bǔ)坑槽，這是因?yàn)橄募靖邷丨h(huán)境更有利于水性環(huán)氧乳化瀝青的破乳固化。

(3)當(dāng)BH-653水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量達(dá)到9%、EP-50水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量達(dá)到6%，兩種水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料低溫性能降低幅度逐漸變小，說(shuō)明水性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)乳化型冷補(bǔ)料低溫性能影響有限。

4.2.4 水穩(wěn)性能

水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由圖5可知：

(1)隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加，兩種乳化型冷補(bǔ)料的殘留穩(wěn)定度逐漸變大，即說(shuō)明其水穩(wěn)性能逐漸提高，當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量大于3%時(shí)，兩種水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料的殘留穩(wěn)定度已大于80%，滿足水穩(wěn)性能要求；而溶劑型LBR冷補(bǔ)料殘留穩(wěn)定度<80%，不滿足規(guī)范要求。

(2)當(dāng)BH-653水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量達(dá)到9%、EP-50水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量達(dá)到6%，兩種水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料水穩(wěn)性能增加幅度逐漸變緩，說(shuō)明水性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)乳化型冷補(bǔ)料水穩(wěn)性能改善效果有限，且這種變化趨勢(shì)與強(qiáng)度、高溫性能相似。

4.2.5 界面黏結(jié)性能

水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料黏結(jié)性能試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知：

圖6 水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料黏結(jié)性能試驗(yàn)結(jié)果

(1)隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加，兩種乳化型冷補(bǔ)料與舊路面的黏結(jié)強(qiáng)度均明顯提高，當(dāng)BH-653水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量達(dá)到9%、EP-50水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量達(dá)到6%，兩種水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料黏結(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)速度也逐漸放緩。

(2)坑槽經(jīng)水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料修補(bǔ)后，水性環(huán)氧乳化瀝青在常溫下會(huì)以流動(dòng)狀態(tài)逐漸滲透到原路面結(jié)構(gòu)，破乳固化后，可作為黏結(jié)層提供部分黏結(jié)強(qiáng)度；而LBR溶劑型冷補(bǔ)料中的稀釋瀝青流動(dòng)性和滲透性差，無(wú)法在原路面結(jié)構(gòu)內(nèi)形成滲透深度，故其黏結(jié)強(qiáng)度比乳化瀝青??；熱拌瀝青混合料中的SK90#基質(zhì)瀝青在常溫下黏度較大，流動(dòng)性極差，無(wú)法滲透到原路面，因此其與原路面結(jié)構(gòu)黏結(jié)強(qiáng)度較小。

(3)采用熱拌瀝青混合料或LBR溶劑型冷補(bǔ)料對(duì)瀝青路面坑槽修補(bǔ)時(shí)，為保證新舊路面的黏結(jié)性，應(yīng)在界面涂刷一層黏結(jié)液，而水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料由于膠結(jié)料自身較好的黏結(jié)性能和滲透性能，無(wú)需涂刷黏結(jié)液，施工工藝簡(jiǎn)單。

5 結(jié)論

分析水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度形成機(jī)理，采用經(jīng)驗(yàn)公式法、改進(jìn)馬歇爾試驗(yàn)法、謝倫堡析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散損失試驗(yàn)確定了乳化型冷補(bǔ)料的油石比，研究了水性環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)型及摻量對(duì)乳化型冷補(bǔ)料性能的影響，得到以下結(jié)論：

(1)水性環(huán)氧乳化型冷補(bǔ)料的強(qiáng)度形成伴隨著乳化瀝青破乳、環(huán)氧樹(shù)脂固化過(guò)程，在修補(bǔ)坑槽一段時(shí)間后強(qiáng)度方能達(dá)到最大值。

(2)通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式法、改進(jìn)馬歇爾試驗(yàn)法、謝倫堡析漏試驗(yàn)和肯塔堡飛散損失試驗(yàn)確定了乳化型冷補(bǔ)料的油石比為4.65%。

(3)水性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)乳化型冷補(bǔ)料的強(qiáng)度、高溫性能、水穩(wěn)性能及界面黏結(jié)性能具有明顯提升作用，而對(duì)低溫抗裂性能改善不足，且隨著水性環(huán)氧組分摻量的提高，性能影響幅度逐漸變緩，在綜合考慮性能改善及成本分析，確定BH-653水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量為9%、EP-50水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量為6%。