水性环氧改性乳化沥青混凝土性能及施工工艺研究

摘要 为探索冷拌水性环氧改性乳化沥青混凝土与热拌沥青混凝土相比，所具备的优异路用性能及施工技术要点，文章首先对其原材料性能进行了分析，并展开配合比设计和最佳油石比确定；然后进行马歇尔稳定性、水稳性、高低温稳定性的检测；最后从施工准备、施工工艺等方面对技术应用要点进行了分析研究。结果表明，按照30%比例掺加水性环氧树脂的改性乳化沥青混凝土的力学性能、水稳性、高低温稳定性均满足路用要求；按照设计要求采取路面加热养护方式后可快速开放交通，保证公路路面经济效益和社会效益的提前发挥。

关键词 水性环氧树脂；改性乳化沥青；混凝土；性能；施工工艺

中图分类号 U416.2 文献标识码 B 文章编号 2096-8949（2024）22-0087-03

0 引言

冷拌沥青路面施工技术具有能耗低、排放小、污染少等优势，但在应用过程中，无论采用普通乳化沥青还是改性乳化沥青，其路用性能均达不到热拌沥青混合料的水平。近年来，随着高分子材料科学的不断进步，通过水性环氧树脂改善冷拌沥青性能更加可行。水性环氧树脂自身网状结构稳定，分散进入乳化沥青中后可形成两相贯穿性结构，使整体性能得到显著提升。此外，水性环氧树脂和乳化沥青均以水为载体，两者能较好地相溶。基于此，该文立足公路工程实际，对水性环氧改性乳化沥青混凝土展开设计，并对其工程应用要点进行分析探究，以期为此类冷拌沥青混凝土在公路工程中的推广应用提供借鉴参考。

1 水性环氧改性乳化沥青混凝土设计

1.1 原材料性能

（1）沥青。使用自制慢裂型阴离子乳化沥青，1.18 mm筛的剩余量在0.05%以下，蒸发残留物含量在63.0%以上，25℃针入度取60.3（0.1 mm），软化点在50.6℃以上，15℃延展不小于40.1 cm；24 h储存稳定性在0.55%以下，其性能全部满足《公路沥青路面施工技术规范》（以下简称施工技术规范，JTG F40—2017）要求。

（2）集料。选取工程附近石料场生产的玄武岩粗集料和石灰岩细集料，其性能检测结果分别见表1和表2所示。从表中可知，粗、细集料性能均符合技术要求。

（3）矿粉。为增强对混合料空隙的填充效果，提高混合料的强度与稳定性[1]，选用表观密度为2.731 t/m3、亲水系数为0.6%的石灰岩磨细矿粉，其粒径小于0.075 mm、

0.15 mm、0.6 mm的占比分别为84.5%、93.6%和100%。

（4）水性环氧树脂。选用的水性环氧树脂H及其固化剂外观为浅色黏状液体和浅黄色黏稠状液体，固含量分别在95%～98%及50%～52%之间；pH值在7～8和8～9之间，均无明显气味。水性环氧树脂属多相体系，其与固化剂均能分散于水相，并随水分蒸发与固化剂发生互相渗透和扩散反应[2]。

（5）水性环氧树脂改性乳化沥青。通过流淌性较好的水性环氧树脂对乳化沥青进行改性，考虑先乳化后改性的方法得到的乳化沥青的均匀性不良，故该文采用同时进行乳化和改性的方法。按照设计用量掺加水性环氧树脂后，制备出水性环氧改性乳化沥青混凝土[3]，其高温稳定性、延度、低温性能均优于普通乳化沥青。

1.2 配合比设计

根据施工技术规范相关要求，水性环氧改性乳化沥青混合料使用实验室常用的AC-13级配进行配合比设计，级配范围见表3所示：

按照施工技术规范并通过马歇尔试验，确定最佳油石比。结合施工技术规范，AC-13级配水氧比应取1∶1，故该文按照水性环氧树脂：固化剂∶拌和用水=1∶1.5∶1确定水性环氧改性乳化沥青的配比，并按改性乳化沥青的30%掺加水性环氧树脂，最终得到的油石比为6.9%。

2 水性环氧改性乳化沥青混凝土性能

2.1 马歇尔稳定度

对不同级配的水性环氧改性乳化沥青混凝土展开马歇尔稳定度试验，结果见表4所示。由此看出，两种养护模式下的混凝土孔隙率和马歇尔稳定度均增大。分析原因得知，混凝土失水速度随孔隙率的增大而增大，乳化沥青的破乳速度及水性环氧固化速度相应加快[4]。60℃恒温养护下的混凝土马歇尔稳定度在初期大于自然养护，但两者差值越来越小。

2.2 水稳性

水性环氧改性乳化沥青混凝土的水稳性，通过浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验进行验证。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（以下简称试验规程，JTG E20—2011）展开浸水马歇尔试验，试验结果见表5所示。由此看出，水性环氧改性乳化沥青混凝土的残留稳定度远高出85%的规范值。然而，JP3级配的马歇尔强度形成时间较短，在养护后的固化反应速度已经较低，即使继续养护其强度也不会增大。可见，环氧材料具备热固性特征，残留稳定度试验无法对其水稳性进行合理评价[6]。

根据试验规程制备2组冻融劈裂试件，第二组试件在−18±2℃的环境下持续冷冻16±1 h；此后在60±0.5℃的环境下持续融化24 h。按照不同方式养护后进行劈裂试验，结果见表6所示。据此可知，两种级配的水性环氧改性乳化沥青混凝土的冻融劈裂强度均满足要求；冻融劈裂强度和孔隙率直接相关，且呈反向变动趋势，这是因为自然养护7 d后的水性环氧改性乳化沥青混凝土失水率比60℃恒温养护24 h低、孔隙率小，故其混凝土冻融劈裂强度较高[7]。

2.3 高低温稳定性

通过车辙试验，进行水性环氧改性乳化沥青混凝土的高温性能试验。具体而言，按照马歇尔试验方法制备试件并击实，标准养护后展开车辙试验。根据试验结果，AC-13试件在60℃恒温养护24 h及自然养护7 d的动稳定度分别为35 000次和32 500次；JP3试件在60℃恒温养护24 h及自然养护7 d的动稳定度分别为48 470次和35 800次，取值均超出1 500次的规范值，表明水性环氧改性乳化沥青混凝土具有优异的高温性能。通过分析原因看出，环氧类材料固化后会形成刚度大、耐久性好且性能稳定的三维网状结构，同时属于热固性材料[5]。

通过低温弯曲试验，检验水性环氧改性乳化沥青混凝土的低温抗裂性能。按照0%、30%、50%、70%、100%的比例掺加水性环氧材料，按照AC-13级配制备试件，在60℃烘箱内恒温养护24 h后展开低温弯曲试验，结果见表7所示。据此看出，在0%的用量下，纯乳化沥青混凝土强度较小，难以切割出满足试验要求的试件，无法展开试验。随着水性环氧材料掺量的增大，挠度递减；混凝土刚度增强，弯拉应变持续减小。为取得较好的挠度和弯拉应变性能，水性环氧材料掺量不宜过大。

3 水性环氧改性乳化沥青混凝土工程应用

3.1 工程概况

某二级公路于2010年建成运行，起初交通量小，此后随着地区经济发展速度的加快，重型重载车辆持续增多，路面先后出现磨光、掉粒等病害。为恢复路用性能，延长路面使用寿命，公路段采取加铺冷拌水性环氧改性乳化沥青罩面的预养护处治技术。

3.2 施工准备

在施工开始前，应合理选用搅拌机、运料车、加热设备及压实机械。滚筒式拌和机出料速度低，故该公路试验段选用大型冷拌设备。水性环氧改性乳化沥青运输车选用运载吨数在10 t以内的小型车辆，沥青混凝土则通过水泥混凝土罐车进行运输。因胶轮压路机碾压期间容易出现轻微车辙，故试验段选取重型钢轮压路机，以保证水性环氧改性乳化沥青混凝土路面的压实效果，避免乳化沥青上浮[8]。

3.3 施工工艺

选择环境温度在15～30°C之间、空气湿度在80%以下时展开施工，施工前应使用高压水枪和空压机彻底清除待施工路面的浮渣、粉尘、杂物，并按0.5～1.2 kg/m2的设计用量均匀喷洒黏层油。黏层油应根据工程实际在环氧树脂、热沥青、改性乳化沥青中进行选用。

在施工过程中，应先生产水性环氧改性乳化沥青混合料，确保集料干燥、清洁，拌和设备性能良好。按照用量将集料和矿粉投进拌和机后展开1～3 min的干拌和，避免改性乳化沥青、细集料与矿粉混合后结块。此后，分4次投加改性乳化沥青，以减少拌和时间，提升混合料拌和的均匀程度[9]。

水性环氧改性乳化沥青混凝土通过常规自卸车运输，车辆内壁应铺设双层塑料薄膜，不用涂刷防黏油。装车后应及时覆盖篷布保温防尘，尽快拉运，运输时间不得超出30 min。

为防止碾压初期的振动碾压造成水性环氧改性乳化沥青的上浮，造成黏轮；同时，为保证碾压后期因水性环氧固化，振压后引发路面开裂，必须使用重型钢轮压路机进行全过程的静压施工。碾压期间如遇冒浆、黏轮，必须暂停碾压，预留出一定间歇时间后洒水淋湿钢轮表面，并将水性环氧改性乳化沥青混凝土养护至表层变色后再恢复碾压。

碾压后必须通过轻型路面加热车进行往返加热养护，并注意加热深度控制，避免引发路面车辙。此后采取钻孔取芯等方式进行路面施工的质量检测，达标后方可开放交通，并通过水性环氧比例略高的乳化沥青混凝土填补取芯孔，确保路面平整[10]。

4 结论

综上所述，水性环氧改性乳化沥青强度随水性环氧掺量的增大而增强，基于马歇尔稳定度、抗拉强度及经济性方面的综合考虑，按30%掺加水性环氧树脂。水性环氧改性乳化沥青固化时间约为3.0～3.5 h，固化后干缩严重，无法进行沥青三大指标检测。使用水泥代替50%矿粉后，水性环氧改性乳化沥青混凝土路面在施工完成4 d后即可开放交通；使用水泥完全代替矿粉后，施工后3 d即可开放交通，缩短了施工时间。该公路试验段施工工艺在公路全线得到了推广应用，取得了较好的施工效果。

参考文献

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[5]刘鹏飞.水性环氧树脂改性乳化沥青混凝土性能的探究[J].黑龙江交通科技，2018（12）：33-34+37.

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[9]秦龙飞，刘万才.水性环氧树脂对SBR改性乳化沥青老化前后性能的影响[J].新型建筑材料，2023（8）：25-29.

[10]李悦，赵晨轶，吴玉生，等.水性环氧乳液的制备与MS-2型微表处性能[J].北京工业大学学报，2023（8）：874-883.