水性环氧乳化沥青混凝土路面冷补材料制备及性能研究路面材料

混合料乳化沥青作为公路日常养护材料，具有施工简便、节能降耗、减少污染和经济等诸多优点，在沥青混凝土路面养护和局部修补中得以广泛应用。但近年来从养护修补实践中，人们已逐渐认识到单纯以乳化沥青作为结合料，普遍存在黏结度低、温度敏感性大、柔韧性差、耐老化性差等缺点，不能满足大交通量和重交通的要求，从而制约了乳化沥青在沥青混凝土路面养护与维修中的推广和应用。因此，如何改善乳化沥青的性能，使其具有较强的黏结力、足够的稳定性、优越的弹性恢复能力和较高的抗压、抗变形能力等，是主要的研究方向。何远航等采用阳离子乳化沥青、水性环氧乳液和固化剂－制得水性环氧树脂改性沥青改性乳化沥青的高低温性能结果表明：随着水性环氧乳液改性剂掺量增加，水性环氧树脂乳液改性后的乳化沥青性能有明显改善。肖定书等发现慢裂快凝型阳离子乳化沥青经过水性环氧树脂改性之后，能够提高乳化沥青黏结力，同时具有很好的防水、耐老化性能。丁庆军等结合钢箱梁桥面铺装特点，制备了一种水性环氧乳化沥青混凝土，该种混凝土排放低，与桥面黏结力强，综合性能优。惠丹丹等分析了环氧乳化沥青改性机理，并探讨了环氧乳化沥青混合料施工性能和工艺。冯亚军等在我国公路沥青混凝土路面施工技术规范基础上，研究了水性环氧乳化沥青混合料试验中的击实成型方法和养生条件，并提出了使用劈裂强度作为水性环氧乳化沥青混合料设计指标。本文通过自制水性环氧乳液对阳离子乳化沥青进行改性，制备水性环氧乳化沥青及其混合料。对不同水性环氧掺量下的水性环氧乳化沥青进行荧光、抗剪、黏附性能分析，及其沥青混合料养生条件、马歇尔稳定度、抗劈裂强度、水稳定性测试。实验水性环氧乳化沥青的制备自制水性环氧乳液与阳离子乳化沥青分别按照比例:、:、:、:、:均匀共混，制备水性环氧掺量分别为，%，%，%，%的水性环氧乳化沥青。以水性环氧乳液掺量为基准，按照质量比为:，称取ＢＨ－加入到混合物中并通过室温下机械搅拌得到水性环氧乳化沥青。水性环氧乳化沥青混合料制备混合料级配。研究表明，国内外在选择冷补混合料级配时，主要考虑矿料最大粒径与坑槽深度的关系，坑槽深度不同，矿料最大粒径也不同。本项目所开发的水性环氧乳化沥青混合料主要应用于沥青混凝土路面面层的养护修补，路面结构层深度约为，因此选用的冷拌水性环氧乳化沥青混合料最大公称粒径为.。根据实际应用需求，可选择合适的级配。根据规范，冷拌沥青混合料可参照热拌混合料相应的矿料级配使用，本文选用石灰石作为集料，采用-型级配进行水性环氧乳化沥青混合料研究。最佳用量确定。根据交通部阳离子乳化沥青课题协作组对乳化沥青混合料的研究，从沥青混合料最佳流体量的分析中得出乳化沥青最佳用量经验公式。可得，理论最佳水性环氧乳化沥青用量为.%，取%作为乳液最佳用量的试验参考值，以此为中值，上下各调节.%、.%，即取%、.%、%、.%、%分别制作水性环氧乳液掺量为、%、%的冷拌混合料马歇尔试件，根据最大马歇尔稳定度确定最佳用水量、最佳矿粉用量、最佳水性环氧乳化沥青用量。击实和养护条件。对《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》乳化沥青混合料设计中的击实成型方法进行改进。首次击实正反两面各次，经过℃养生后，正反两面再次击实次。水性环氧体系为常温固化体系，若在规范要求℃下进行养护，试件中的水分快速蒸发膨胀，环氧树脂快速达到初始固化状态，不再具有流动性，形成类似蜂窝的结构，不利于试件强度的形成。将试件于℃下进行养护，水性环氧体系在℃下，试件中水分均匀缓慢地蒸发，有利于水性环氧乳化沥青混合料试件强度形成。可知，当试件于℃养护后，试件失水率达到.%。当养护达到时，水性环氧固化放热，试件内部产生气泡，此时进行再次击实，既可压实试件中排出水分后遗留的孔隙，又不至于破坏水性环氧体系固化交联结构。以后，大部分水分已经蒸发，失水率逐渐降低。基于时温等效性原理，再击实后，于℃继续养护。性能表征水性环氧乳化沥青水性环氧乳化沥青结构分析。将不同水性环氧掺量下的水性环氧乳化沥青混合后，均匀涂在载玻片上，待涂膜自然固化后，用煤油浸泡取出，擦干表面，在荧光显微镜下放大倍观察，黑色为沥青相，且为结构沥青，黄荧光为环氧树脂相。水性环氧掺量为时，体系中未观察到荧光，随着掺量的增加，环氧树脂相越来越多，且网状结构越来越明显，沥青均匀地分散于网状结构中。当掺量增加到%时，环氧较多，且沥青较少，这是因为环氧树脂和沥青分别属于极性、非极性物质，当环氧较多时，经煤油浸泡后易发生相分离。型剪切强度。分别将不同水性环氧掺量下的水性环氧乳化沥青加入到夹层中进行剪切力测试，加载速度(／)。可知，当水性环氧掺量小于%时，其对型剪切强度的提高作用微乎其微，水性环氧掺量较少，环氧固化难以形成网络状结构，仍是乳化沥青本身黏结力起主要作用；当掺量达到%时，乳化沥青提供强度的同时，水性环氧体系固化结构对强度的贡献较为显著，剪切强度提高了.%；掺量继续增加到%时，强度仍有提高，但强度增加的同时环氧树脂自身的脆性慢慢凸显，故不建议掺量超过%。与粗集料的黏附性。按规程水煮法，测试水性环氧乳化沥青与粗集料的黏附性，对水性环氧掺量分别为、%、%、%的水性环氧乳化沥青进行粗集料黏附性能试验，观察不同掺量水性环氧乳液配制而成的水性环氧乳化沥青对集料的黏附性能。水煮后黏附性图，掺量为时，乳化沥青与粗集料的黏附效果极差，集料棱角裸露面积大；较掺量为而言，掺量为%时，黏附效果有较明显改善；当掺量达%时，水性环氧乳化沥青与粗集料的黏附性具有较明显的提高；当掺量达%时，黏附面积大，但此时已失去了沥青表面光泽。水性环氧乳化沥青混合料性能根据文中上述养护条件在温度℃进行养护，养护完成后进行力学性能测试。马歇尔稳定度。不同水性环氧掺量下冷拌混合料成型马歇尔稳定度。由于成型试件的养护温度为℃，并非乳化沥青混合料规范中的℃±℃，可以看出，未掺入水性环氧的乳化沥青混合料的马歇尔稳定度为.，未达到规范要求的.。但是当水性环氧掺量为%时，即使养护温度为℃，试件成型强度亦满足规范要求，故推荐在实际使用过程中，水性环氧掺量采用%。劈裂强度。不同水性环氧掺量下冷拌混合料成型劈裂强度。《公路沥青路面再生技术规范》中要求冷拌沥青混合料成型劈裂强度应大于.，试验结果可知，即使养护温度为℃，当掺量为%时，成型劈裂强度已经达到.；掺量达%时，成型劈裂强度较单纯乳化沥青混合料提高了倍。水稳定性。水性环氧乳化沥青自身作为一个水性体系，在对其混合料路用性能进行评价时，混合料水稳定性则是一项重要指标。本文先通过水煮法测定水性环氧乳化沥青与粗集料的黏附性，而后测试混合料浸水马歇尔试验，综合评价混合料水稳定性。不同水性环氧乳液掺量下冷拌混合料浸水马歇尔试验结果。根据《公路沥青路面再生技术规范》中乳化沥青冷再生设计技术要求，冷拌沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度应不小于%，掺量分别为%、%的水性环氧乳化沥青混合料浸水马歇尔残留稳定度均达到这一规范要求。而本文将试件养护温度由规范要求的℃±℃降低到℃，掺量为时试件浸水马歇尔稳定度为.%，并未达此要求，因此推荐实际使用过程中，水性环氧乳液掺量为%。结语采用自制水性环氧乳液对阳离子乳化沥青性能进行改性，制备水性环氧乳化沥青，开发了一种适用于路面养护修补的新型材料。为了与实际使用温度更接近，根据养护过程中混合料含水量变化，对养护规范进行改进，将养护温度降低到℃，制得水性环氧乳化沥青混合料。对不同水性环氧乳液掺量下的水性环氧乳化沥青及其混合料做性能测试结果表明如下。()水性环氧乳液掺量在%~%时，沥青均匀分散在环氧树脂所形成的网络中，且网络中结构沥青较多，此时水性环氧乳化沥青与集料的黏附性较好。掺量小于%时，环氧乳液对抗剪强度贡献不大，掺量%~%时抗剪强度明显增大，掺量%时，剪切强度提高了.%。()按照改进后的养护方法，℃进行养护，随着水性环氧乳液掺量的增加，马歇尔稳定度逐渐增大，掺量为%时为.；对于劈裂试验，随着掺量增加劈裂强度逐渐增大，掺量达%时，成型劈裂强度较单纯乳化沥青混合料提高了倍，达到.，满足规范要求；水稳性实验证明，掺入水性环氧乳液对混合料耐水性能有很大提高，掺量%，%时，分别为.%，.%，满足规范要求。