环氧树脂乳化沥青粘层油性能室内试验研究

万晓敏

(上海成基市政建设发展有限公司， 上海 200336)

近年来，随着我国运营道路规模的不断攀升，道路交通量的不断增大，运营2年以上的路面均出现了不同程度的破坏，尤其是一些沥青路面因车辆轮胎的磨耗及沥青材料的老化等原因，出现了如坑槽、剥落、开裂等病害，这既影响道路的正常使用，又增大了路面的运营维修成本[1-2]。因此，为解决这种病况，加铺超薄沥青功能磨耗层成为了目前路面养护的方案之一，而粘层油则是新老路面稳固粘结的核心问题。超薄沥青磨耗层更需要粘结性能、耐久性能等强劲的粘层油，才能高效、充分发挥其作用，改善原有路面面层的功能及行驶质量[3-5]。

目前，粘层油一般采用乳化沥青或改性乳化沥青等材料，但使用效果仅勉强符合标准，尤其是在高温条件下，其性能往往较差[6-10]。而环氧树脂乳化沥青在钢桥面铺装中已被广泛使用，该种材料不仅韧性好、强度高、粘结性强，还具有耐高温性能。在理论上，存在替换普通乳化沥青，作为新型粘层油用于路面养护工程的可能性[11-12]。

因此，本文主要通过对比在沥青板间洒布环氧树脂乳化沥青和普通乳化沥青2种粘层油后，在不同温度、洒布量等条件下试件的剪切强度与拉拔强度，研究环氧树脂乳化沥青粘层油的性能影响因素及优势，以利于其在后续实际工程中的应用。

1 材料与试验方法

1.1 乳化沥青

采用水性环氧树脂乳化沥青进行试验，加水混合水性环氧树脂固体含量50%，亲水性较好[13-14]。为了对比环氧树脂改性乳化沥青性能，本文选用普通乳化沥青作为对照组进行试验，2种改性乳化沥青的性能指标如表1所示。

1.2 试验方案

1.2.1 试验模型

为研究乳化沥青粘层油的性能，需模拟路面结构进行粘层试验，选用沥青+沥青的路面结构进行试验，结构模型如图1所示，其中上层材料为AC-13，下层为AC-20。

图1 试验结构模型

1.2.2 制模

试验前，需要制备结构模型试件。首先采用轮碾法制备AC-13与AC-20沥青车辙板，板尺寸均为30 cm×30 cm×5 cm，车辙板制备完成后，在下层AC-20板面均匀洒布粘层油，洒布量根据后续强度试验需求确定。然后将下层板在常温下养生12 h～24 h后采取静压成型方法加铺上层板，并在冷却后脱模。双层板试件制备完成后，需对试件进行钻芯，钻芯直径与高度均为10 cm。

1.2.3 强度试验

1) 直剪试验

为了研究温度、粘层油洒布量对剪切强度的影响，进行了直剪试验。试验仪器为HTZJ-1型直剪试验仪。试验前需控制试件温度，采用温控箱控制试验温度，恒温1 h以上即可开始，试验需迅速完成。试验温度主要选择20 ℃、40 ℃、60 ℃三个温度档位，洒布量分为0.4 L/m2、0.6 L/m2、0.8 L/m2和1 L/m2。试验时，主要控制竖向应力。

2) 浸水剪切试验

为了研究材料的耐水性，进行了浸水后的剪切试验。在竖向应力为0.2 MPa时，将试件置于不同温度的水中浸泡48 h后进行试验，对照组为在空气中静置48 h后进行试验。试件粘层油洒布量均为0.8 L/m2。浸水残留强度比η计算公式如下：

(1)

式中：ρa为静置空气中试件的剪切强度，MPa；ρw为浸泡在水中的试件的剪切强度，MPa。

3) 拉拔试验

为了研究温度、洒布量对粘层油拉拔强度的影响，进行了拉拔试验。试验主要采用层间粘结拉拔仪进行，试验温度主要选择20 ℃、40 ℃、60 ℃三个温度档位，洒布量分为0.4 L/m2、0.6 L/m2、0.8 L/m2和1 L/m2。

2 试验结果及分析

2.1 剪切试验

在不同试验温度下，对粘层油用量为0.6 L/m2的试件进行了直剪试验，结果如图2所示。

从图2中可知，在不同竖向应力条件下，2种粘层油试件随温度的变化趋势相同，即温度越低，剪切强度越大，在同一温度条件下，洒布环氧树脂乳化沥青粘层油试件的剪切强度明显优于洒布普通乳化沥青粘层油的试件，大约高出12%，这表明环氧乳化沥青粘层油具有更好的粘结强度。

当试验温度为20 ℃时，研究了洒布不同用量粘层油试件的剪切强度，结果如图3所示。

(a) 环氧树脂乳化沥青粘层油

(b) 普通乳化沥青粘层油

(a) 环氧树脂乳化沥青粘层油

(b) 普通乳化沥青粘层油

从图3可见，当环氧树脂沥青粘层油洒布量为0.8 L/m2时，试件在各竖向应力条件下均基本达到剪切强度的最大值，这表明在两沥青层间洒布粘层油时，存在最佳洒布量。环氧树脂乳化沥青粘层油的最佳洒布量约为0.8 L/m2，普通乳化沥青粘层油的最佳洒布量为0.8 L/m2～1 L/m2。

2.2 浸水剪切试验

为了研究粘层油的层间耐水粘结性能，进行了浸水后的剪切试验，结果如表2和图4所示。

表2 浸水剪切强度

图4 浸水残留强度比

从表2和图4可知：1) 浸水后的剪切强度均小于不浸水的，但温度越高其浸水残留强度比越大，这表明温度越高浸水后的剪切强度流失越小，或不浸水时温度越高其剪切强度下降越快；2) 当温度较低时，普通乳化沥青粘层油浸水后的剪切强度流失程度与环氧树脂乳化沥青粘层油相差无几，但当温度升高后，普通乳化沥青粘层油的浸水残留强度比在上升，但上升幅度小于环氧树脂乳化沥青粘层油的。以上分析表明，环氧树脂乳化沥青粘层油在耐高温性能、耐水粘结性能方面较优，可在高温、浸水情况下，有效减少层间粘结性能的流失，更好地保持粘层功能。

2.3 拉拔试验

在不同温度下对洒布2种粘层油的试件进行拉拔试验，结果如表3所示。

从表3中可知：1) 当温度较低时，在各种洒布量下试件的拉拔强度均较高；2) 在不同温度条件下，洒布量为0.8 L/m2时，试件的拉拔强度值最大；

表3 不同温度下试件的拉拔强度

3) 在其他试验条件相同时，洒布不同粘层油的2组试件，其拉拔强度值相近，当环氧树脂乳化沥青粘层油的试件在最佳洒布量(0.8 L/m2)时，其拉拔强度较普通乳化沥青的高约5%。

3 结论

1) 试验温度越低时，不同粘层油的剪切强度和拉拔强度均越高。

2) 剪切强度和拉拔强度试验表明，环氧乳化沥青粘层油均有最佳洒布量，约为0.8 L/m2。

3) 环氧乳化沥青粘层油试件直剪强度明显优于普通乳化沥青粘层油试件，而拉拔强度差距较小，前者较后者的剪切强度和拉拔强度分别约高出12%和5%。

4) 环氧树脂乳化沥青粘层油的耐高温及耐水粘结性能更优于普通乳化沥青，可在温度较高的水中浸泡下，保持较高的粘结性能。