基于試驗(yàn)對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青的研究

盧萍

（九江市公路發(fā)展中心武寧分中心，江西九江 332300）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們生活節(jié)奏的加快和出行次數(shù)的增多，使得現(xiàn)階段的交通漸漸無(wú)法滿足要求，加上重載車(chē)輛的行駛使得道路路面破損嚴(yán)重，因此，為解決道路路面破損問(wèn)題，研究學(xué)者提出可以在乳化瀝青中添加改性劑來(lái)改變?nèi)榛癁r青的性能，從而實(shí)現(xiàn)快速修補(bǔ)恢復(fù)交通的需要[1]。

在改性乳化瀝青中水性環(huán)氧乳化瀝青是由水性環(huán)氧樹(shù)脂與乳化瀝青一起混合形成的道路冷拌膠結(jié)料，柳中萬(wàn)等[2-5]通過(guò)試驗(yàn)對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青進(jìn)行研究，研究表明原材料的添加順序會(huì)影響水性環(huán)氧樹(shù)脂的性能，并表明添加水性環(huán)氧樹(shù)脂能提高水性環(huán)氧乳化瀝青的路用性能；王玉杰等[6-10]通過(guò)工程案例研究發(fā)現(xiàn)：水性環(huán)氧乳化瀝青在道路工程中具有良好的路用性能?，F(xiàn)有的研究雖已取得一定成果，但在基本性能及應(yīng)用的研究中還存在不足。

本文在現(xiàn)有的研究成果基礎(chǔ)上，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的方法展開(kāi)研究，主要研究?jī)?nèi)容包括水性環(huán)氧乳化瀝青的基本性能和應(yīng)用性能，希望能促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。

1 水性環(huán)氧乳化瀝青原材料

此次試驗(yàn)所用的原材料包括水性環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑等，以下對(duì)原材料的基本性能進(jìn)行分析。

1.1 水性環(huán)氧樹(shù)脂

此次試驗(yàn)所使用的水性環(huán)氧樹(shù)脂基本性能指標(biāo)如表1 所示。

表1 水性環(huán)氧樹(shù)脂基本性能指標(biāo)表

試驗(yàn)時(shí)選用RT 型水性環(huán)氧樹(shù)脂和E 型水性環(huán)氧樹(shù)脂以5∶1 的質(zhì)量比拌和而成，作為水性環(huán)氧樹(shù)脂的原材料。

1.2 環(huán)氧固化劑

固化劑的種類(lèi)較多，由于水性環(huán)氧樹(shù)脂只有在進(jìn)行固化后才能發(fā)揮其用途，因此水性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)固化劑的依賴性很強(qiáng)。水性環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應(yīng)要通過(guò)環(huán)氧固化劑的開(kāi)環(huán)反應(yīng)才能完成，添加的固化劑會(huì)影響水性環(huán)氧樹(shù)脂的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性等，因此固化劑的選擇對(duì)水性環(huán)氧樹(shù)脂至關(guān)重要，下面對(duì)常見(jiàn)的幾種固化劑進(jìn)行分析，其基本性能指標(biāo)如表2 所示，試驗(yàn)中選用RT 型環(huán)氧固化劑。

表2 固化劑的基本性能指標(biāo)表

1.3 水性環(huán)氧樹(shù)脂的制備

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

2 水性環(huán)氧乳化瀝青的基本性能研究

2.1 基本狀態(tài)分析

此次試驗(yàn)對(duì)不同水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量對(duì)乳化瀝青破乳和固化的影響進(jìn)行分析，并根據(jù)不同的水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量設(shè)置試驗(yàn)組進(jìn)行分析，試驗(yàn)的結(jié)果如表3所示。

表3 不同水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的影響

從表3 中可知，水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的破乳所需時(shí)間隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加在逐漸減少，表干時(shí)間及初步固化時(shí)間也在逐漸減少，并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量為40%和50%時(shí)，水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的破乳時(shí)間、表干時(shí)間及初步固化時(shí)間都一致，說(shuō)明當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量超過(guò)40%時(shí)對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青混合料沒(méi)有影響，此時(shí)不宜再增加水性環(huán)氧樹(shù)脂的摻量。

2.2 微觀相溶性

通過(guò)落射式熒光顯微鏡對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量為10%～30%時(shí)，水性環(huán)氧樹(shù)脂的分布呈現(xiàn)均勻的點(diǎn)狀，當(dāng)摻量增加到40%時(shí)，呈現(xiàn)微凝膠核心狀，可見(jiàn)水性環(huán)氧樹(shù)脂的添加有利于水性環(huán)氧乳化瀝青形成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

2.3 軟化點(diǎn)

研究水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的軟化點(diǎn)、針入度及延度等基本性能的影響發(fā)現(xiàn)，隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加，水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的軟化點(diǎn)逐漸升高，當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂的摻量為0～30%時(shí)基本呈現(xiàn)出線性增長(zhǎng)，軟化點(diǎn)從57℃增加到66℃；當(dāng)摻量為30%～40%時(shí)，軟化點(diǎn)的增長(zhǎng)速度迅速，從66℃增加到72℃。隨后隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的繼續(xù)增大，軟化點(diǎn)的變化趨于平緩，因?yàn)楫?dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂固化后，減小了瀝青在高溫條件下的滑動(dòng)和流動(dòng)變形，從而使水性環(huán)氧乳化瀝青混合物的軟化點(diǎn)升高，由此可見(jiàn)，水性環(huán)氧樹(shù)脂的添加有利于提高水性環(huán)氧乳化瀝青的高溫性能。

2.4 黏度

水性環(huán)氧乳化瀝青的黏度一般都較高，為分析不同水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青黏度的影響，可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定水性環(huán)氧乳化瀝青的恩格拉黏度，具體結(jié)果如表4 所示。

表4 水性環(huán)氧乳化瀝青的恩格拉黏度試驗(yàn)結(jié)果表

從表4 中可知，隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加，水性環(huán)氧乳化瀝青的恩格拉黏度在逐漸增大，當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量小于20%時(shí)，恩格拉黏度增長(zhǎng)較為緩慢；當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量在20%～50%時(shí)，恩格拉黏度增長(zhǎng)迅速；當(dāng)摻量達(dá)到50%時(shí)，水性環(huán)氧乳化瀝青的恩格拉黏度達(dá)到最大值。

3 水性環(huán)氧乳化瀝青的應(yīng)用性能分析

在道路工程中，水性環(huán)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(jié)層和霧封層等，為研究水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量對(duì)材料抗剪強(qiáng)度、黏結(jié)強(qiáng)度及水穩(wěn)定性能的影響，本文通過(guò)試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行分析。

3.1 抗剪強(qiáng)度分析

對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青的抗剪強(qiáng)度檢測(cè)通過(guò)直剪試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)，在試驗(yàn)時(shí)將制作的馬歇爾試件采用水性環(huán)氧乳化瀝青黏結(jié)后放入直剪環(huán)中進(jìn)行激進(jìn)型試驗(yàn)，隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加，水性環(huán)氧乳化瀝青的剪切強(qiáng)度逐漸升高，當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量為10%～30%時(shí)基本呈現(xiàn)出線性增長(zhǎng)，剪切強(qiáng)度從2.74MPa 增加到5.58MPa；當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量為30%～40%時(shí)，剪切強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度迅速，從5.58MPa 增加到8.66MPa。隨后隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的繼續(xù)增大，剪切強(qiáng)度的變化趨于平緩，由此可見(jiàn)，添加水性環(huán)氧樹(shù)脂有利于提高水性環(huán)氧乳化瀝青的抗剪性能。

3.2 黏結(jié)強(qiáng)度

水性環(huán)氧乳化瀝青的黏結(jié)強(qiáng)度是路面功能層中重要的力學(xué)性能指標(biāo)，包括附著力抗拉強(qiáng)度、浸水附著力抗拉強(qiáng)度和鋪裝混凝土后的復(fù)合件抗拉強(qiáng)度。

3.2.1 附著力抗拉強(qiáng)度

為研究不同水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青混合料附著力抗拉強(qiáng)度的影響，可通過(guò)附著力抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行分析。試驗(yàn)時(shí)將水性環(huán)氧乳化瀝青倒入100mm×100mm×20mm 的鋼板模具和直徑為60mm 的鐵環(huán)內(nèi)制成試件，隨后進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，測(cè)定試件的附著力抗拉強(qiáng)度，具體的試驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。

表5 水性環(huán)氧乳化瀝青的附著力抗拉強(qiáng)度結(jié)果表

從表5 中可知，隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加，在前面的72h內(nèi)，水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的附著力逐漸增大，而在96～128h 時(shí)，水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的附著力隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的變化，當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量超過(guò)40%時(shí)，水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的附著力強(qiáng)度下降，說(shuō)明水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量不宜過(guò)多；而在相同水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的情況下，隨著乳化時(shí)間的延長(zhǎng)，水性環(huán)氧樹(shù)脂的附著力逐漸增大后趨于平緩，當(dāng)乳化時(shí)間超過(guò)96h后，水性環(huán)氧乳化瀝青混合料的附著力不變，由此可見(jiàn)，水性環(huán)氧乳化瀝青混合料中水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量宜為30%～40%。

3.2.2 浸水附著力抗拉強(qiáng)度

為研究不同水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青混合料浸水附著力抗拉強(qiáng)度的影響，將試件分為三組進(jìn)行試驗(yàn)，第一組的試件先在干燥環(huán)境中養(yǎng)護(hù)24h，隨后在25℃水浴中養(yǎng)護(hù)24h；第二組為在25℃水浴中養(yǎng)護(hù)48h 后的試件；第三組為在干燥環(huán)境中養(yǎng)護(hù)的試件。在第一組試驗(yàn)中，試件的浸水附著力抗拉強(qiáng)度比第二組要大，比第三組要小，并且隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加，第一組試件的浸水附著力抗拉強(qiáng)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(qiáng)度最小，隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加，浸水附著力抗拉強(qiáng)度從0.15MPa 增加到0.29MPa，第三組試件的浸水附著力抗拉強(qiáng)度最大，同樣也隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加而增大，其數(shù)值從0.28MPa 增加到1.07MPa，其中當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量為40%時(shí)，試件的浸水附著力抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值1.17MPa。說(shuō)明浸水時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)浸水附著力抗拉強(qiáng)度越不利，當(dāng)試件處于不浸水且水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量為40%時(shí)，水性環(huán)氧乳化瀝青的浸水附著力抗拉強(qiáng)度最強(qiáng)。

3.2.3 復(fù)合件抗拉強(qiáng)度

在道路工程中，水性環(huán)氧乳化瀝青將會(huì)與其他材料共同使用，對(duì)復(fù)合件抗拉強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6 所示。

表6 復(fù)合件的抗拉強(qiáng)度結(jié)果表

從表6中可以看出，隨著水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加，復(fù)合件的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)，當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量為40%時(shí)，復(fù)合件的抗拉強(qiáng)度最大，說(shuō)明當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量為40%時(shí)為最佳。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青的基本性能和應(yīng)用性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明：水性環(huán)氧樹(shù)脂有利于提高及改善水性環(huán)氧乳化瀝青的基本性能；當(dāng)水性環(huán)氧樹(shù)脂摻量為40%時(shí)，水性環(huán)氧乳化瀝青的性能最佳。本文僅對(duì)水性環(huán)氧樹(shù)脂的部分內(nèi)容進(jìn)行了研究，相關(guān)研究有待進(jìn)一步進(jìn)行。