水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青在公路養(yǎng)護中的應(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和預防養(yǎng)護。普通的乳化瀝青粘接強度較低，在低溫下較脆并且強度成型慢，必須在提高養(yǎng)護效果和施工效率方面進行針對性地改性。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。對得到的水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青進行穩(wěn)定性能、粘接性能和低溫性能測試，結(jié)果表明：試樣品儲存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寒冷天氣下公路的防裂養(yǎng)護提供了參考。

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

中圖分類號：TQ323.5" " " "文獻標志碼：A" " " "文章編號：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和預防養(yǎng)護。普通的乳化瀝青粘接強度較低，在低溫下較脆并且強度成型慢，必須在提高養(yǎng)護效果和施工效率方面進行針對性地改性^[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，在制備時乳化困難，在儲存時容易發(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，對儲存穩(wěn)定性滿足要求的配方進行粘接性能、低溫性能測試^[6-8]。

1"試驗概況

1.1"試驗材料和儀器

材料：BCR乳化瀝青（綿陽眾和高科瀝青設(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混凝試驗攪拌器、GL-8205電子萬能試驗機。

1.2"試驗制備

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混凝試驗攪拌器，在一定溫度下充分攪拌即得^[12-14]。

1.3"水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青性能試驗

1.3.1"穩(wěn)定性試驗

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)塊情況判斷儲存穩(wěn)定性^[15]。

1.3.2"粘接性能試驗

參照JGJ/T 70—2009的方法進行粘接性能測試，在2個水泥砂漿試件中涂抹待測樣，粘接完成后在45 ℃下養(yǎng)護24 h；在電子萬能試驗機上進行拉伸測試，記錄最大拉力F，每組試驗平行測試5次。粘接強度（f）按下式計算：

式中：F為測試得到的最大拉力，N；A為粘接面積。

1.3.3"低溫性能試驗

通過對試件進行低溫下的抗裂性能測試以評價試件的低溫性能，將在45 ℃下養(yǎng)護24 h的試件轉(zhuǎn)入-10 ℃的環(huán)境中恒溫6 h，然后進行劈裂試驗。

2nbsp;試驗結(jié)果與分析

2.1"水性環(huán)氧樹脂改性技術(shù)指標

為更好地指導水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青工藝研究，對制備得到的水性環(huán)氧樹脂進行關(guān)鍵指標測試，測試結(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

為了方便實際公路養(yǎng)護中的應(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存時間。按表2所示的工藝條件在不同的原料配比、攪拌速度、攪拌溫度下進行水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青（簡稱乳液）的制備并進行穩(wěn)定性試驗，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0為該試驗采用的乳化瀝青原料，可見該原料儲存穩(wěn)定性好，30 d時無任何表面結(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1～試驗3的結(jié)果可知，當外摻水性環(huán)氧樹脂的用量為5%時，乳液的3項指標仍能滿足儲存30 d的要求，優(yōu)異的儲存穩(wěn)定性與制備水性環(huán)氧樹脂時采用的非離子性乳化劑有關(guān)；當外摻水性環(huán)氧樹脂的量達到10%時，乳液在第10 d即發(fā)生底部結(jié)塊現(xiàn)象；當外摻水性環(huán)氧樹脂的量達到20%時，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4和試驗5在摻水性環(huán)氧樹脂的同時加入等比例的水，與試驗2和試驗3結(jié)果對比，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，尤其對于試驗5，由于該試驗品加入的水量較多，第10 d時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6和試驗7分別對水性環(huán)氧樹脂和水量均為10%的乳液進行加速攪拌和升溫攪拌，可見2種條件下均能改善乳液分層的現(xiàn)象，升溫攪拌改善效果更明顯；試驗8將加速和升溫協(xié)同進行，乳液3項指標均能滿足儲存30 d的要求。試驗9和試驗10分別對水性環(huán)氧樹脂和水量均為20%的乳液進行加速攪拌和升溫攪拌，2種條件下均能改善乳液分層的現(xiàn)象;但單獨作用效果不佳，30 d時的穩(wěn)定性未能滿足要求。試驗11將加速和升溫協(xié)同進行，乳液3項指標均能滿足儲存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度測試結(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度。其中，水性環(huán)氧樹脂的外摻量為20%時粘接性能最好，粘接強度達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，劈裂強度有一定的提升，20%水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青的劈裂強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，拉伸應(yīng)變也下降明顯。

3"結(jié)語

（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，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性能，在進行不同乳化體系的混合時，不易發(fā)生破乳；

（2）對不同環(huán)氧樹脂乳化瀝青的儲存穩(wěn)定性進行測試，當水性環(huán)氧樹脂的外摻量較大時，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）粘接強度測試和低溫劈裂測試結(jié)果表明，加入水性環(huán)氧樹脂后的乳化瀝青粘接強度和劈裂強度均得到提升，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，能夠得到儲存穩(wěn)定、粘接強度高、低溫性能好的涂層，可在實際公路養(yǎng)護中應(yīng)用。

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收稿日期：2023-09-05；修回日期：2023-12-03

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

通訊作者：趙又玨（1993-），女，碩士，工程師，會計師，研究方向：公路養(yǎng)護管理、養(yǎng)護計量；E-mail：20220218xf@sina.com。

基金項目：云南省科學技術(shù)廳項目（項目編號：202205AG070008）;云南省交通投資建設(shè)集團有限公司項目（項目編號：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)護中的應(yīng)用研究[J].粘接，2024，51（2）：84-87.