（張石高速公路張家口管理處，河北 張家口 075000）

一、引言

乳化瀝青是一種制備工序簡(jiǎn)便的公路路面修補(bǔ)膠結(jié)材料，具備低碳節(jié)能、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，但一般的乳化瀝青粘結(jié)力和彈性較差，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧樹脂可以彌補(bǔ)普通乳化瀝青存在的缺點(diǎn)。本文為了進(jìn)一步探索水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青混合料在高速公路中的應(yīng)用，分析了其制備工藝及改性機(jī)理，依托某公路補(bǔ)修工程，對(duì)不同環(huán)氧樹脂摻量的乳化瀝青混合料路用性能進(jìn)行對(duì)比分析并得出結(jié)論，以期為水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青混合料在高速公路工程中的應(yīng)用提供參考。

二、水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青的制備與改性

水性環(huán)氧樹脂乳液是一種不含揮發(fā)性有機(jī)溶劑（VOC）的環(huán)保低毒型水分散乳液，以環(huán)氧樹脂微粒為分散相、以水為連續(xù)相的液相材料，可以與多種材料粘結(jié)。

本次研究采用的水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青是由乳化瀝青和環(huán)氧樹脂、固化劑、環(huán)氧樹脂改性劑的混合乳液按一定比例配置而成。

（一）制備工藝

1.先改性后乳化

這種方法應(yīng)用范圍較為廣泛，但在制備過程中，改性乳化瀝青的粘度會(huì)隨著改性劑用量的增加而增加，容易產(chǎn)生改性乳化瀝青的制備工序復(fù)雜、制造成本較高、生產(chǎn)過程危險(xiǎn)等問題。

2.先乳化后改性

采用這種方法制備改性乳化瀝青需要添加改性劑，一般常用的改性劑有丁苯（SBR）膠乳、氯?。–R）膠乳等，該方法雖然對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求較低且操作過程簡(jiǎn)單，但要求改性劑必須為液態(tài)，成品穩(wěn)定性也較差。

3.同時(shí)乳化和改性

采用這種方法制備改性乳化瀝青需要先將水、乳化劑、穩(wěn)定劑和聚合物改性劑等材料均勻地混合成乳液，隨后將熱瀝青加入乳化機(jī)內(nèi)制成改性乳化瀝青，此方法制成的改性乳化瀝青具有穩(wěn)定性好、固含量高、粘度大等優(yōu)點(diǎn)。

在生產(chǎn)過程中，可以根據(jù)實(shí)際情況綜合分析上述三種改性乳化瀝青制備方法，以選取最佳的改性工藝。水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青膠結(jié)料的配置流程如圖1所示。

圖1. 水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青膠結(jié)料制備流程

（二）改性機(jī)理

水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青與普通的乳化瀝青相比，高溫穩(wěn)定性、粘結(jié)性和低溫抗裂性能更好，當(dāng)乳化瀝青與環(huán)氧乳液混合時(shí)，會(huì)發(fā)生以下幾種情況：

1.環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)

以環(huán)氧樹脂和固化劑為主要成分，經(jīng)設(shè)計(jì)而組成的未固化體系稱為環(huán)氧樹脂固化體系，在體系中可以摻加其他添加劑。在環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)過程中，環(huán)氧樹脂分子中的環(huán)氧基和羥基是固化反應(yīng)的活性中心，環(huán)氧樹脂固化體系會(huì)相互交聯(lián)生成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固化物，繼而與多種官能團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，最終完成改性。

2.環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡(luò)的形成

環(huán)氧樹脂中分子量較大的高分子化合物在固化劑的作用下，沖破瀝青分子之間的束縛，進(jìn)而均勻地分布于薄膜中，通過縱向交織、橫向交織、橫縱交織等不規(guī)則的交織方式形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過固化后的環(huán)氧樹脂在增大抗拉強(qiáng)度，減小伸長(zhǎng)率的同時(shí)，也將失去可溶性，溶脹有限。

乳化瀝青在改性過程中，對(duì)水性環(huán)氧樹脂的摻量有一定要求。若環(huán)氧樹脂摻量過大將提高改性成本，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致改性瀝青某些性能下降，若環(huán)氧樹脂摻量不足，將會(huì)影響乳化瀝青的改性效果。

三、工程實(shí)踐

（一）工程概況

某高速公路全長(zhǎng)36.56km，采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，路基全寬24.5m，路面采用三層式瀝青混凝土，本文選取其中200m作為試驗(yàn)段，上面層采用水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青混合料，現(xiàn)對(duì)不同環(huán)氧樹脂摻量的改性乳化瀝青混合料性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（二）樣品制備

將水性環(huán)氧樹脂與水性環(huán)氧固化劑按1：1.5的比例進(jìn)行混合，將混合后的水性環(huán)氧分別按0%、8%、15%、30%的比例摻加到乳化瀝青中，并選用公稱最大粒徑為13.2mm玄武巖作為集料，石灰石礦粉作為填料。

（三）混合料路用性能

本文通過摻加固含量分別為0%、8%、15%和30%比例的水性環(huán)氧樹脂進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)和低溫性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1. 不同比例水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青混合料性能試驗(yàn)結(jié)果

由下述試驗(yàn)結(jié)果分析可知：

1.水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度隨水性環(huán)氧樹脂摻量的增加而逐漸增大，與基質(zhì)乳化瀝青混合料相比，摻加水性環(huán)氧樹脂后的乳化瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度有大幅度提升，均高于4.5kN，性能也明顯增強(qiáng)，當(dāng)摻量為30%時(shí)，水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青混合料比普通乳化瀝青的馬歇爾穩(wěn)定度提高了約12.83倍。

2.隨著水性環(huán)氧樹脂的摻加，水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度也逐漸增大，當(dāng)環(huán)氧樹脂摻量為8%時(shí)，水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度比普通乳化瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高了約15倍，當(dāng)環(huán)氧樹脂摻量繼續(xù)增加時(shí)，雖然混合料的動(dòng)穩(wěn)定度增長(zhǎng)速率變得緩慢，但還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。

3.由低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水性環(huán)氧樹脂摻量達(dá)到8%時(shí)，水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變就已經(jīng)滿足普通熱拌瀝青混合料在冬季寒冷地區(qū)的規(guī)定值2000。當(dāng)摻量持續(xù)增加時(shí)，混合料試件的最大彎拉應(yīng)變?cè)谥饾u減小，這是由于摻入水性環(huán)氧樹脂后，混合料的固化程度很高，導(dǎo)致制備的小梁彎曲試件強(qiáng)度、剛度較大，進(jìn)而表現(xiàn)出一定的脆性斷裂。因此，在冬季施工或寒冷地區(qū)使用這種材料時(shí)，水性環(huán)氧樹脂摻量不宜過大。

四、結(jié)語

水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青可以提高其粘結(jié)力和彈性性能，且不同摻量的水性環(huán)氧樹脂對(duì)乳化瀝青改性效果有一定的影響；隨著水性環(huán)氧樹脂摻量的增加，瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和高溫抗車轍能力明顯增強(qiáng)，但低溫性能有所下降，因此，建議水性環(huán)氧的摻量低于30%。