水性环氧树脂改性乳化沥青及其在公路养护中的应用

'监理检测网kiii.cn水性环氧树脂改性乳化沥青及其在公路养护中的应用摘要：介绍采用水性环氧树脂乳液改性乳化沥青的制备过程，并对改性前后乳化沥青的低温、高温性能以及耐久性能进行了测试，结果表明，经水性环氧树脂服液改性后的乳化沥青，其各项性能均优于普通乳化沥青。改性乳化沥青是公路养护的一种新材料，探讨其在道路路面裂缝、稀浆封层、透层和粘层以及石屑罩面等方面的应用。关键词：乳化沥青；水性环氧树脂乳液；改性；应用石油沥青具有良好的粘结性、抗老化性和防水能力，长期以来被广泛的用作筑路、防水和密封材料。用于防水工程有原料易得、价格低廉等优点，是国内外防水防渗工程中应用最为广泛的材料之一。然而沥青高温流淌、低温冷脆开裂、耐候性不佳，大多采用现场熬制、热施工的方式。这种方法污染空气，对工人身体危害大、易发生火灾、施工效率低。随着能源危机的加剧和人们环保意识的增强，沥青的乳化改性和新型防水涂料的开发成为人们关注的热点[1]。随着国民经济的迅速发展，交通荷载的日益重型化、交通量的大幅度增长、超载车辆的日趋严重，加速了沥青路面的损坏。因此加强对沥青路面的养护和修补技术研究，以及如何延长沥青路面的使用寿命，具有良好的市场前景。以乳化沥青为粘结材料的沥青路面局部修补技术，具有应用范围广、施工便利、节能降耗、减少污染、减少施工期等诸多优点，但是单一的乳化沥青粘结度低、柔韧性差、强度不够等缺点，因此制约了乳化沥青在沥青路面养护和维修中的推广和应用。以乳化沥青为粘结材料的沥青路面局部修补技术具有突出的优点，它的推广应用势在必行，但是，如何改善乳化沥青的性能（即对乳化沥青进行改性），使其具有较强的粘结力、高温稳定性、优越的弹性恢复能力和较高的抗压、抗变形能力等等，以满足在沥青路面维修和养护中的要求。目前，国内的水乳型改性乳化沥青多采用苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物(SBS)[2]、氯丁橡胶(CR)[3]、再生胶[4]、丁苯橡胶(SBR)[5]等制备。本文研究采用水性环氧树脂乳液对乳化沥青进行改性以及其在公路养护中的应用。1实验部分1.1实验材料 监理检测网kiii.cn基质沥青：9O号道路石油沥青，茂名石化总厂生产；环氧树脂及固化剂:广州东风化工实业有限公司生产；活性稀释剂501，十二烷基硫酸钠(SDS)，阳离子乳化剂：工业级,宜兴药用化工厂生产。1.2乳化沥青的制备(1)将复合乳化剂溶于55~65℃的水，调节pH值至碱性；(2)将沥青加热至120~130℃，按油水比60：40加入到上述乳化剂溶液中，经胶体磨高速剪切搅拌4~6min得到固含量为60%的乳化沥青。1.3水性环氧树脂乳液的制备(1)自乳化环氧树脂的合成：将环氧树脂跟乳化剂按一定比例加入装有搅拌器和温度计的搅拌釜中，加热至所需温度，使环氧树脂跟乳化剂完全溶解后停止加热，开始开动搅拌器将其搅拌均匀。然后控制在一定温度，保温一定时间后，加一定量的蒸馏水稀释到乳化剂水溶液。(2)水性环氧乳液的制备：用稀释剂稀释后的环氧树脂跟（1）制备的环氧乳化剂水溶液（可添加其他助剂）混合搅拌均匀，然后滴加蒸馏水直到体系的粘度突然下降，此时体系的连续相由环氧溶液相转变为水相，发生相转变（即W/O变为O/W），继续高速搅拌一段时间后，加蒸馏水稀释到的一定浓度，即制得水性环氧乳液。1.4水性环氧乳液的测试目视观察乳液样品的颜色、状态、均匀性等物理性状；采用NDJ-5S粘度计测定乳液样品指定温度下的粘度；pH用广泛pH试纸测定；按涂料固体含量测定法GB1725-79(89)测定环氧乳液的含量；将10ml乳液加到40mL去离子水中，用玻璃棒轻轻搅拌均匀，密封后于50±1℃烘箱静置48h，观察其是否分层，若不分层可以视为能贮存半年。1.5水性环氧树脂乳液改性乳化沥青的配制将乳化沥青和水性环氧树脂乳液以及固化剂按照一定的配比，过混合边均匀搅拌即得。手工搅拌，水性环氧树脂乳液掺量占乳化沥青用量不超过3%；机械搅拌，水性环氧树脂乳液掺量占乳化沥青用量不超过6%；胶体磨搅拌，水性环氧树脂乳液掺量占乳化沥青用量不超过10%。注意避免混合过程中乳液的破乳。固化剂用量占水环氧用量的25%。2结果分析与讨论2.1水性环氧乳液的基本技术指标（见表1） 监理检测网kiii.cn2.2乳化沥青的基本技术指标（见表2）2.3改性乳化沥青的基本技术指标（见表3）实验结果表明，掺加2%水环氧加固化剂的改性乳化沥青各项技术指标比普通的乳化沥青有明显提高：乳化粘度增加使乳液与石料结合力增大；蒸发残留物的50C延度、软化点都有明显的提高而针入度有较明显下降，这说明改性乳化沥青的高温稳定性和低温抗开裂性增强。2.4性能测试改性乳化沥青材料是一种新型材料，它与普通乳化沥青具有相似的性质，但又有区别。2.4.1低温性能试验(1)水性环氧树脂乳液改性乳化沥青对低温延度的影响，测定改性乳化沥青的低温延度(蒸发残留物)试验结果见表4。 监理检测网kiii.cn从表4中可以看出水性环氧树脂乳液对改善乳化沥青的低温延度有明显作用。(2)水性环氧树脂乳液掺量对低温脆点的影响。水性环氧树脂可以明显降低乳化沥青的脆点，试验结果见表5。表5水性环氧树脂改性乳化沥青蒸发残留物脆点试验结果2.4.2高温性能试验除了低温延度和脆点反应的优点外，用其它方法也可评价改性乳化沥青性能的改变。针入度有所下降与软化点有所提高，反应了高温稳定性有明显改善，其试验结果见表6。表6水性环氧树脂改性乳化沥青蒸发残留物针入度软化点试验结果从表6可以看出改性乳化沥青的高温性能明显改善。2.4.3耐久性能试验在2块30x30cm的玻璃板上，分别涂上一定量的普通乳化沥青和改性乳化沥青材料，平置于阳光下，使其破乳水分完全蒸发成膜。将两块玻璃板同时放入恒温干燥箱内，在60℃条件下加热24h，然后放入-20℃冰箱中冷却24h，如此反复加热冷却28d。普通乳化沥青材料膜均匀地布满网状裂缝；改性材料膜表面呈细微网状皱纹，在低温下分别用刀片切削膜片，前者呈沥青粉末，后者切出花状片屑，再反复加热，冷冻至60d，普通乳化沥青材料裂缝继续加深、改性乳化沥青材料仍无网裂出现。3改性乳化沥青在公路养护中的应用3.1改性乳化沥青处理水泥砼路面裂缝 监理检测网kiii.cn目前，在水泥砼路面建设和养护中常用的填缝材料热沥青、聚胺脂、聚氯乙烯(PVC)胶泥等灌缝料稠度大，使用效果都不理想。而改性乳化沥青具有很强的渗透性,且改性乳化沥青粘度大、柔韧性好，当乳化沥青与矿料表面接触时，沥青迅速吸附在矿料表面，水被挤出蒸发，留下沥青堵塞缝隙，从而有效地防止雨水浸入路基。具体做法：将需处理的水泥混凝土路面接缝清扫干净，并保持接缝干燥。用油壶软管沿着缝槽拖动，让改性乳化沥青均匀流出，使缝槽灌满。改性乳化沥青破乳后水分蒸发，体积缩小，一般间隔灌2~3次才能将缝槽灌满。有坡度的缝槽，从高处往下灌，要求尽量做到使缝槽部分灌满。当缝槽与路面板底连通，不能灌满时，用砂将渗漏部位塞紧，然后再灌改性乳化沥青，灌缝完成后在改性乳化沥青表面轻轻洒少量砂，即可开放交通。3.2改性乳化沥青稀浆封层改性乳化沥青稀浆封层较普通乳化沥青稀浆封层相比，区别仅在于掺加水性环氧树脂乳液。改性乳化沥青可以提高稀浆封层的高温稳定性、低温抗裂性、内聚力、粘附性、抗剥落能力、早期强度、防水性能，从而延长其使用寿命。改性乳化沥青稀浆封层充分发挥了改性乳化沥青的优越性。其具有成型快、工期短、施工季节长、可以夜间作业的特点，不但适用于一般普通公路路面的中修养护。而且还适用于交通量较大的高等级公路的路面养护。3.3改性乳化沥青用作透层透层是沥青路面结构中及其微小的一部分，但是在路面经受车辆交通荷载、风吹日晒等力学作用和气候作用过程中，它却起着巨大的作用。透层是为了使沥青路面与非沥青材料基层结合良好，在基层上浇洒石油沥青、煤沥青、液体沥青或乳化沥青而形成的透入基层表面的薄层。沥青路面的级配砂砾、级配碎石基层及半刚性基层上均必须浇洒透层沥青，以保证沥青面层与基层具有良好的结合界面[6]。改性乳化沥青比普通乳化沥青粘结能力提高显著，能很好与基层粘结。且由于水性环氧树脂本身具有很好的防水功能，因此，改性乳化沥青具有更好的防水能力。在基层上浇洒一层改性乳化沥青，会在水泥稳定碎石基层上有一定深度的渗透，该深度一般为5mm~10 监理检测网kiii.cnmm。在渗透深度上，是由有机物质(沥青和环氧树脂)填充了无机结合料的表面空隙，形成了特殊的结构层，称之为偶合层。偶合层由于有机物质的介入，使之与柔性路面的黏结效果很好，而偶合层本身就是半刚性路基的一部分，彻底解决了柔性路面与半刚性路基的黏结问题。在荷载作用下，柔软性材料组成的路面只起到了传递荷载和抗形变的作用，而起到承受荷载、抗压作用的是路基。偶合层是在半刚性路基材料中加入了柔性材料，其黏韧性比路基要好得多，具有一定的抗形变能力，这相当于增加了柔性材料结构层的厚度，对提高路面的抗形变能力起到了一定作用。偶合层是由柔性材料填充了路基表面空隙而形成的，使路基表面具有很好的水密性，防止了表水渗入对路基的冲刷与地下毛细水的上升，如果与防水层(下封层)结合使用，既可解决防水层(下封层)的黏结，又可起到更好的防水效果。由于偶合层的防水功能，使路基内部水分在炎热天气下不易蒸发，从而省去了洒水养护，节省了养护费用。具体做法：（1）水泥稳定碎石基层铺筑3d后，人工将基层表面的所有杂物清面路基外，用鼓风机将基层表面的灰尘吹干净，尽量使表面骨料外露。（2）如果基层表面干燥，则洒水使表面湿润，打开路基表面的孔洞和降低粉尘。该工序应在透层施工前1h左右进行。（3）透层施工采用喷洒车均匀喷洒，浓度为50%，改性乳化沥青[m(乳化沥青)：m(水环氧)=100：3]洒布量为1.5kg/m2，施工后封闭交通24h。（4）待改性乳化沥青完全破乳后（此时渗透已基本完成），均匀洒布3~5mm石屑进行碾压。施工完成后，封闭交通待水稳基层到规定龄期和乳化沥青完全破乳成形后方可通车（一般为3d）.3.4改性乳化沥青用作粘层粘层是为了加强路面中沥青层与沥青层之间、沥青层与水泥混凝土层之间的粘结而洒布的沥青材料薄层。在水泥混凝土路面、旧沥青路面以及新铺沥青混合料接触的路缘石、雨水进水口、检查井等结构的侧面，以及双层式或三层式热拌热铺沥青混合料路面之间，均应洒布粘层油。粘层沥青很少透入下层，只是形成一很薄的沥青膜，使上、下层之间具有足够的粘结力，防止新建面层在下承层上滑动或推移[6]。由于改性乳化沥青比普通乳化沥青粘结力更强，因此，改性乳化沥青更适合于用作粘层。粘层的施工要求与透层改性乳化沥青基本相同。粘层沥青洒布后应紧接铺筑沥青面层。3.5改性乳化沥青用于石屑罩面目前，世界上有各种各样的道路表面处治方法，其中石屑罩面是最常用的路面养护方法之一。石屑罩面是在道路面层上使用一种标准的沥青撒布机洒布一层粘结料，然后铺一层同粒径的比较好的骨料。这种处治层是柔性的和耐磨的。掺加水性环氧树脂能够增加粘结力、粘附性、耐磨性和路面的抗裂性能。由于改性乳化沥青具有很好的潮湿性、化学粘附性，乳液比较适合于路面撒布。采用石屑罩面的路面不会出现反射裂缝和微裂缝，防止了路面的进一步老化和水浸破坏。4结束语 监理检测网kiii.cn(1)乳化沥青主要由沥青,乳化剂和水组成。本文采用阳离子乳化剂制备的乳化沥青，它具有黏附性好，与骨料的适应性强及自身储存稳定性能好等优点。(2)水性环氧树脂乳液是一种不含挥发性有机溶剂（VOC）的环保低毒型水分散乳液。水性环氧树脂乳液能很好地与多种材料黏结，体现了其良好的黏附性能，同时又保留了环氧树脂本身特有的性能。固化剂是一种改性的芳香族类胺，主要有以下成分：改性的芳香胺、促进剂、苯甲醇增塑剂。其主要作用是将水性环氧乳液固化交联成立体网状结构、性能优良的黏结材料，这种固化剂的特点是固化交联速度快，可大大缩短工程周期。(3)当水性环氧树脂乳液的掺量占乳化沥青用量不超过3%时，人工搅拌改性乳化沥青不结团，保持原有的液体状，粘结能力提高显著，能很好与石料粘结。改性乳化沥青比普通乳化沥青各项性能有很大不同：改性乳化沥青增加使乳液与石料结合力增大；蒸发残留物的50C延度、软化点都有明显的提高，这说明改性乳化沥青的高温稳定性、低温抗开裂性和低温柔性增强。对高温时的变形有较高的抵抗能力，能保证路面不变形、不推移；在低温时由于改性乳化沥青低温延度大，脆点低，因此有较高的抗裂性。(4)改性乳化沥青处理水泥砼路面裂缝、进行稀浆封层、用作透层和粘层以及石屑罩面具有高温稳定性、低温抗开裂性、耐磨、粘结力强以及防水等性能，这些优点使其在公路的养护中必将得到广泛的推广应用。它是一种快捷、方便、经济、实用的路面养护新材料。来源：《新型建筑材料》作者：何远航张荣辉'