水性环氧树脂复合材料在高速公路养护中的应用

顾晓楠

（江苏东方路桥建设养护有限公司，江苏南京 211801）

0 引言

高速公路作为交通运输的重要组成部分，在盘活区域经济、提升物流便捷度等方面发挥着关键性作用。交通运输部数据显示，2021 年全国高速公路平均每天车流量高达3200 万辆次。为满足高速公路的使用需求，延长其使用寿命，消除行车风险，应对路面裂缝、车辙、坑槽等病害加强处治，并定期开展养护工作，借助水性环氧树脂等新材料、新工艺，提高养护效率，提升高速公路总体服务能力，满足现阶段经济发展要求。

1 水性环氧树脂复合材料概述

本文通过总结水性环氧树脂复合材料的基本属性，梳理其制备方法，为制订高速公路养护方案提供方向性引导，切实发挥材料属性，避免技术应用的盲目性。

1.1 水性环氧树脂基本特点

近年来，我国加大高速公路网络建设力度，根据有关部门公布的数据，2021 年，国内高速公路总里程达到16.91 万km，同比增加8100km。高速公路规模的持续扩大，对于现有公路养护工作提出了更高的要求。在养护过程中，为抢占养护窗口期、提高施工效率、压缩成本投入，越来越多的团队倾向于将水性环氧树脂复合材料作为高速公路养护的主要材料，通过养护材料的优化选择，提高了对沥青路面、水泥混凝土路面、裂缝修复、基层稳固等养护任务的完成率[1]。水性环氧树脂在制备过程中，以水作为连续相，通过必要的技术方法，将环氧树脂分散于水体之中，通过液滴或者微粒的方式，与水体充分混合，获取性能稳定的乳液。水性环氧树脂在充分保留环氧树脂基本属性的同时，有着较强的绿色属性。

与传统的有机溶剂型环氧树脂相比，水性环氧树脂不仅有着良好的热稳定性、化学稳定性、力学特性，还能有效减少污染，保护生态环境，因而逐步在公路桥梁等工程建设领域得到广泛应用。具体而言，水性环氧树脂环境适应能力较强，对多种底材有着较强的依附能力，固化后形成的涂膜耐腐蚀能力较强，抗化学药品能力突出。水性环氧树脂由于不含有机溶剂或挥发性有机化合物，因此在实际应用环节，不会对空气产生污染，减少了对生态环境的破坏。经过多年发展，水性环氧树脂制备工艺更加成熟，生产成本更为低廉，加之其可燃性较差、无毒副作用，使运输、存储及应用的安全性大幅度提高，同时也降低了运输、存储与应用成本。而且，水性环氧树脂制备难度较低，可以在常温状态下固化，不需要特殊的固化应用条件。

1.2 水性环氧树脂制备方法

经过长时间探索，水性环氧树脂制备方法日益成熟，技术团队通过化学改性法、机械法和相反转法等制备方式，完成水性环氧树脂复合材料的加工制备任务。具体而言，化学改性法又称为自乳化法，其原理在于将亲水性化学功能团引入分子骨架，从而获得较强的乳化能力，但这种制备方式的技术流程较多、工艺参数复杂、总体成本较高；机械法主要适用于少量水性环氧树脂复合材料的生产制备，该生产工艺的成本较低，操作难度较小，但是在技术因素的局限下，水性环氧乳液颗粒的分散粒径较大，形状不规则，稳定性较差，成膜效果达不到预期；相反转法的技术原理是将聚合物从油包水转变为水包油，进而生成的水性环氧树脂[2]，这种制备方式尽管操作难度较低，但是生成的乳液稳定性不高，加之含有更多表面活性剂，使成膜后涂膜的硬度、耐溶剂性受到影响，难以达到预期要求。为更好地发挥水性环氧树脂的材料优势，增强材料的实用属性，在高速公路养护施工中，要转换观念，优化材料应用基本思路，推动后续系列养护工作高质量开展。

2 水性环氧树脂复合材料在高速公路养护中的应用思路

为了确保水性环氧树脂复合材料的应用效果，切实满足高速公路养护要求，施工团队要转换观念，明确养护工作要求，设定应用主要场景，不断提升水性环氧树脂材料应用效能。

2.1 水性环氧树脂的高效性应用原则

高速公路养护过程中，着眼水性环氧树脂应用场景，施工团队要遵循高效性的材料应用原则，实现制备工艺、应用方式、施工要求的有效联动，以更好地增强高速公路养护能力。具体而言，施工团队要发挥自身主观能动性，吸收借鉴以往经验，准确把握高速公路养护的任务与目标，确定水性环氧树脂的使用条件、应用流程，不断调整优化材料参数，以充分发挥水性环氧树脂的作用。例如，在使用水性环氧树脂配置环氧砂浆的过程中，着眼砂浆使用场景，采取试验制成的方式，进行高水性环氧树脂乳液、中水性环氧树脂乳液以及低水性环氧树脂乳液的分类验证，确定其与砂浆混合后，砂浆物化属性的相关变化，通过拉伸强度测试，论证砂浆实用属性，确立砂浆制备方案，持续提升抗压强度、抗折强度等基础性能[3]。例如，高水性环氧树脂乳液的密度在1.21g/cm3，抗拉强度为15.2MPa；中水性环氧树脂乳液的密度在1.15g/cm3，抗拉强度为10.4MPa；低水性环氧树脂乳液的密度在1.1g/cm3，抗拉强度为2.1MPa。通过对水性环氧树脂掺加量进行科学调控，可以最大限度地保证砂浆的抗拉伸强度，满足高速公路的养护需求。

2.2 水性环氧树脂的经济性应用原则

水性环氧树脂作为目前较为成熟的高速公路养护材料，在实际应用过程中，应在保证高速公路养护质量的前提下，降低修复成本，减少费用支出。施工团队需要发挥主观能动性，加强技术流程与施工材料的管理，依托全面细致的管理举措，增强水性环氧树脂利用效率。施工团队应参考以往经验，制定水性环氧树脂使用制度，细化制备、运输、使用要求，规范施工行为，有序控制水性环氧树脂用量，减少额外费用产生。在利用水性环氧树脂与水泥、砂进行掺和时，按照1∶4∶3 的比例制备的修复砂浆，与其他砂浆相比，不仅黏度大、防水性好、工艺简单，而且水泥、砂石的用量较少，实现公路养护成本与养护质量全方位兼顾，有效控制高速公路总体养护费用[4]。

2.3 水性环氧树脂的实用性应用原则

在使用水性环氧树脂进行公路养护的过程中，为更加充分地发挥材料优势，压缩养护流程，提升养护效率，抢占窗口期，需要及时调整技术方案，根据养护内容，形成可行性强、操作性好的技术体系。例如，在高速公路混凝土膨胀裂缝的修复中，施工团队要根据施工标准，立足施工场景，使用专业机械设备对混凝土表面予以凿除，并使用打磨机进行二次打磨，然后使用水性环氧树脂砂浆对凿除区域的混凝土表面进行修复、补平。考虑到高速公路结构的复杂性，在进行新旧混凝土黏结的过程中，施工人员应将水性环氧树脂与水泥、砂的掺和比控制在1∶4∶2。

3 水性环氧树脂复合材料在高速公路养护中的应用路径

高速公路养护过程中，对于水性环氧树脂复合材料的应用，施工团队应准确把握材料属性，从实践角度出发，完善复合材料应用体系，优化施工流程，发挥水性环氧树脂复合材料的优势，推动养护工作高质量开展。

3.1 使用水性环氧树脂进行沥青乳化

高速公路运行过程中，路面在车辆载荷作用下，会承受一定的剪切应力，使得路面平整度持续下降，影响行车的安全性与稳定性。为应对上述问题，保证路面平整度，一些施工团队习惯使用乳化沥青作为修复材料对高速公路进行修复。乳化沥青是现阶段常规性的高速公路路面修复材料，在实际使用过程中，表现出低污染、便捷、高效等特点，对于沥青路面养护产生了深远影响。但是必须清楚地认识到，普通的乳化沥青黏结能力相对不足、材料弹性不佳、结构强度不高，难以保证修复质量以及耐久性。在某些特殊情况下，极易出现二次甚至多次修补的情况，严重影响了高速公路的通行能力。将水性环氧树脂与乳化沥青进行充分混合，借助水性环氧树脂特殊的分子结构，对乳化沥青的性能有着明显的提升作用。在水性环氧树脂的改性作用下，乳化沥青性状更为稳定，各类属性参数得以提升，能快速修复路面裂缝等病害，表现出更强的实用属性[5]。在利用水性环氧树脂进行沥青乳化的过程中，施工团队要严格遵循技术规范与标准，结合养护需求，根据乳化沥青用量计算水性环氧树脂制备量。通过对水性环氧树脂的科学化、高效化应用，不断增强材料应用效能，推动沥青乳化改性的顺利完成。使用水性环氧树脂对乳化沥青完成改性后，施工团队要制订施工计划，有序组织相关施工活动。结合过往经验，改性乳化沥青存放时间超过1d后，容易出现析水分层现象，析出水分后，乳化沥青的黏结度、强度将明显下降。为应对这种情况，使用水性环氧树脂改性乳化沥青时，要控制制备时间，避免改性制备与施工作业间隔时间过长，影响最终的施工效果。同时，对于已经完成制备的改性乳化沥青，要采取密封存储的方式，避免风吹、雨淋及阳光直射。在改性乳化沥青施工环节，要对施工温度、湿度等因素进行灵活把控，如果气温较低或者沥青稠度较大，需要进行必要的加热处理，以保证改性乳化沥青快速完成喷洒作业。准备工作结束后，施工团队操作喷洒车等设备进行喷洒作业，考虑施工环境的特殊性，施工人员要对喷洒车进行调试，避免设备参数调控不当，出现改性乳化沥青不能顺畅喷洒等问题。喷洒结束后，施工团队要及时开展养护处理，借助必要的养护举措，确保改性乳化沥青发挥材料优势，完成施工建设任务。

3.2 使用水性环氧树脂制作灌缝用浆

水性环氧树脂与水泥按照一定的比例进行调配，形成具有一定黏稠度的浆液，主要用于高速公路水泥基建缝隙的填充、修复以及表面加固。与传统修复材料相比，使用水泥水性环氧树脂复合材料，可以压缩修复环节，减少传统高速公路表面加固处理中的干燥环节，提高施工效率，压缩施工周期。同时，水泥水性环氧树脂复合材料结构强度较高，可以有效应对行车荷载所带来的剪切力，增强了路面结构的稳定性。结合以往经验，水泥水性环氧树脂复合材料在进行灌缝养护时，其抗压强度在3d 内可以到达25MPa，28d 后可以达到41MPa，并且灌缝用浆的膨胀率始终保持在0.05%范围内，符合高速公路路面细微裂缝的养护要求。为更好地提升高速公路灌缝用浆的修复性能，施工人员在水泥水性环氧树脂复合材料制备中，要结合养护要求，灵活选择水泥种类。如控制灌缝用浆制备材料的粒径，在宽度小于1mm 的细小裂缝养护中，对于水泥、骨料等材料，其粒径30μm 的含量应当低于5%，粒径6μm 的含量应超过40%。

3.3 制备水性环氧树脂砂浆

在水性环氧树脂砂浆制备环节，结合水性环氧树脂的基本属性，对水资源用量进行合理控制，能够确保水性环氧树脂砂浆具备较强的早期强度，提升高速公路路面结构的稳定性。结合以往经验，水性环氧树脂砂浆制备中，水泥用量应当控制在30%左右，如果水泥用量过大或者过少，都会影响砂浆性能，影响结构强度。施工过程中，要加强质量监管，一旦发现问题，应及时反馈处理。同时根据温度、湿度等条件，做好相应的养护工作，借助必要的养护举措，减少修复区域再次发生裂缝等病害的概率。

3.4 使用水性环氧树脂进行基层稳定

施工团队在利用水性环氧树脂进行高速公路基层养护修复的过程中，要充分考量高速公路基层所处环境，预设可能出现的病害或者损伤，在此基础上，采取有效修复举措，开展基层修复工作。具体而言，高速公路车流量较大，基层承受的压力较大，出现基层断裂的概率较高。为应对上述情况，施工团队要根据高速公路所处区域的气候、水文条件，灵活调节水性环氧树脂的使用量，以保证最终修复效果。根据相关研究机构公布的数据，水性环氧树脂的使用量与高速公路基层材料的抗压强度、密度、防水性能有着正相关关系，因此，在实际施工环节，施工团队要持续进行调整，实现水性环氧树脂使用量的精准控制。

4 结语

水性环氧树脂与乳化沥青、混凝土等水泥基层材料结合使用优势明显，借助完备的施工方案、合理的施工举措，能有效增强高速公路路面的抗裂缝和抗车辙性能，提升高速公路的通行能力。本文在分析水性环氧树脂特点的基础上，梳理养护工作思路，在实用性、经济性等原则指导下，细化水性环氧树脂应用策略，拓宽水性环氧树脂应用途径，确保高速公路养护施工有序推进。