水性环氧树脂掺量对微表处混合料技术性能的影响

        引言
        我国高速公路发展已由“建设为主”阶段跨入“建养并重”的时代，微表处技术作为一种经济、快捷、有效的路面预防性养护技术，其具有开放交通快、封水效果好、抗滑性能卓越、可修复车辙、经济效益显著等优点，在国内已得到广泛推广应用。然而工程实践表明，微表处并没有达到预期的效果，存在抗裂性能差、易松散、不能满足重交通量的要求，导致微表处路面使用寿命缩短、用于填补比较厚的车辙时，不能有效地抵抗车辙变形等，从而大大限制了该技术在我国预防性养护中的推广和应用。水性环氧树脂(Water borne Expoxy以下简称WE)是以环氧树脂微粒为分散相和以水为联系相的液体体系材料，在室温条件下以及潮湿环境中可以快速固化，同时还保留了环氧树脂热稳定好、强度高、粘结力强的特点，已有研究主要集中在水性环氧树脂乳液改性乳化沥青的制备工艺和改性机理方法，何远航等人研究了微表处沥青用量的确定并分析了混合料的路用性能的影响因素，目前关于水性环氧树脂对微表处混合料施工性能和耐久性方面的研究仍鲜见报道，本文利用环氧树脂对微表处混合料进行改性，以提高微表处混合料的高温稳定性和粘结性，使得微表处混合料的性能趋于完善，更好的满足道路使用要求，为微表处混合料的推广应用提供理论支撑。
        原材料性能及配比
        按照反应体系环氧当量与活泼氧当量为1∶1.2对材料用量比例进行核算，初步确定A组分环氧树脂与B组分固化剂及其他添加剂的掺加比例为85∶100(折合固含量)，将A、B组分按照预定比例混合，用搅拌机在450r/min条件下搅拌15min，即可制得均匀的水性环氧树脂。试验所用的乳化沥青由由SK—90基质沥青、慢裂快凝型阳离子乳化剂(MK—06型)盐酸调节剂、水和稳定剂(PVA及氯化钙)等经改性乳化制备而成，经检测乳化沥青各项技术性能均《微表处和稀浆封层技术指南》的要求。微表处常用做高等级公路的路面表层，直接与车辆荷载相接处，要求具有良好的抗滑、耐磨耗性能、耐久性，这就要求集料选择时其质量必须满足相应规范中各项指标，选用强度高、硬度大、棱角多、耐磨耗性好的集料，粗集料选用玄武岩，细集料采用石灰岩，本文结合工程实际，采用MS—3型级配进行研究混合料试验研究。
        水性环氧树脂对微表处混合料性能施工性能的影响研究
        拌合试验
        拌合试验主要用于确定微表处混合料的可拌合时间和成浆状态，从而为最佳油石比的选择提供依据。试验时固定油石比7.0%，水泥掺量为2%，变化水性环氧树脂的掺量为1%、2%、3%、4%，试验时环氧树脂、外加水和水泥均通过外掺法进行添加。按照ISSATB—113试验方法进行拌合试验。
        拌合用水量和水性环氧沥青掺量均对可拌合时间有显著的影响，水性环氧树脂掺量在0～5%范围内时，混合料外加水量随着水性环氧树脂掺量的增加而降低，为使微表处混合料可拌合时间满足《指南》技术要求，微表处掺加水性环氧沥青后可通过外加水量来调整拌合时间。
        粘聚力试验
        微表处混合料的初凝时间和开放交通时间主要通过粘聚力试验来评价，其值大小对微表处是否能够满足快速开放交通的要求具有重要影响，微表处混合料最大的优势之一就是能够快速开放交通，《指南》规定微表处混合料摊铺完成1h后开放交通，这对微表处混合料早期强度提出了较高要求，按照ISSA—139进行试验。
        掺加水性环氧树脂后微表处混合料30min粘聚力和60min粘聚力均随水性环氧树脂掺量的增大呈二次函数关系增加，相比普通微表处混合料，掺加3%水性环氧树脂后微表处混合料30、60min粘聚力值分别提高了14.5%和11.6%，可见水性环氧树脂的添加有利于满足微表处快速开放交通的要求。
        纤维微表处混合料路用性能研究
        纤维掺量对微表处混合料湿轮磨耗试验的影响
        《指南》中微表处混合料配合比设计时需进行湿轮磨耗试验，以检测其抗磨耗性和抗水损坏能力，为了研究水性环氧树脂对微表处混合料抗磨耗性能的影响，本文将不同水性环氧树脂掺量的的乳化沥青用于微表处混合料。

        由试验可以看出:随着水性环氧树脂掺量的增加微表处混合料1h和6d湿轮磨耗值均呈先减小后增大的二次函数变化趋势，且拟合关系良好，说明适量的水性环氧树脂掺量可以有效提高微表处混合料的抗磨耗能力。分析其原因:一方面，随着水性环氧树脂掺量的增大，乳化沥青残留物中的环氧树脂固化网络结构强度更高，赋予了沥青胶结料较大的硬度;另一方面，环氧树脂固化物分子之间除了不可逆的共价键，还可以形成氢键，这些氢键不仅也向沥青胶结料中提供了一定的强度，氢键会在应力较高的情况下断裂并且吸收能量保护共价键，应力消失后氢键又恢复形成。所以水性环氧树脂的加入能够提高微表处混合料的硬度和抗冲击性，从而提高了微表处混合料的抗磨耗能力。当水性环氧树脂掺量为3%时1h和6d的湿轮磨耗值均达到最小，且相比普通微表处混合料，3%环氧树脂掺量可使1h、6d湿轮磨耗值分别降低46%、38.7%，可见水性环氧树脂掺量对微表处混合料抗磨耗能力有显著影响。此外，当水性环氧树脂掺量超过3%时，微表处混合料的1h、6d湿轮磨耗值均开始缓慢上升，本文分析认为，这是由于过量的水性环氧树脂没有完全固化，也就是没有和沥青形成互穿网络结构而充分发挥其改性作用，乳化沥青破乳到一定阶段，成膜沥青开始硬化，体系流动性会明显降低，尚未发生交联反应的环氧树脂和固化剂的分子链段微观布朗运动受到抑制，反应速度和反应程度会大大降低，不能产生理想的力学强度，导致沥青结合料强度下降，所以可通过湿轮磨耗试验初步确定微表处混合料适宜的环氧树脂掺量范围。