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水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

宣布日期：

2025-01-06

摘要

为克服普通乳化型冷补沥青混淆料修补坑槽保存的黏结性差、初始强度低和强度成型慢的问题，提高沥青路面坑槽修补质量，该文接纳水性环氧树脂对乳化型冷补料进行改性的技术。首先剖析水性环氧乳化型冷补沥青混淆料的强度形成机理，其次通过经验公式、革新马歇尔试验法、析漏试验及飞散损失试验确定乳化型冷补料的油石比，然后研究了水性环氧树脂类型、掺量对乳化型冷补料路用性能及黏结性能的影响。

要害词：门路工程 | 坑槽 | 乳化型冷补沥青混淆料 | 水性环氧树脂 | 路用性能

冷补沥青混淆料是沥青路面坑槽修补历程中的常用质料，能克服热修补技术保存的耗能大、工艺庞大及修补时机延后等问题，按强度形成机理差别可分为溶剂型和乳化型冷补料。溶剂型冷补料通常接纳有机溶剂(例如柴油、煤油)作为稀释剂来降低沥青黏度，包管冷补料的施工和易性，其贮存时间长，室内密封生存1年后仍具有较好的松散性，可是保存强度形成慢、初始强度低以及油污等问题。乳化型冷补料是以乳化沥青作为胶结料，依靠水分的蒸发、乳化沥青的破乳来形成胶结强度，其在常温情况下施工和易性优异、强度成型快且节能环保，可是乳化型冷补料黏结性差、初始强度低且成型强度远低于热拌沥青混淆料，限制了其大规模推广应用。

为提高乳化沥青的黏结力，弥补乳化型冷补料修补坑槽的缺点，近年来门路研究者在聚合物改性乳化技术方面进行了大宗研究。如接纳SBR胶乳或橡胶粉改性技术提高乳化沥青混淆料的低温抗裂性和耐疲劳性能，可是保存高温性能和黏结性能差的问题，且乳化温度高、工艺庞大；接纳SBS改性技术虽能提高乳化沥青的高、低温性能和黏结性能，可是其贮存稳定性差、乳化工艺困难；别的部分学者接纳水泥、蒙脱土对乳化沥青进行改性，发明水泥和蒙脱土能加速乳化沥青的破乳速度、增强黏结性能，且能提高混淆料的早期强度、高温和水稳性能，可是水泥、蒙脱土乳化沥青性能改善简单，其延度和刚度有所下降�；费跏髦袒锞哂薪虾玫那慷取そ崃腿任榷ㄐ�，用于沥青改性，可显著提高沥青混淆料的强度、高温性能及黏结性能�；费跏髦且恢钟托晕镏�，与乳化沥青的油水共混体系相容性差，因此不可直接与乳化沥青进行混淆使用。而将环氧树脂通过特殊水化工艺制成的水性环氧树脂不但具备黏结性强、强度高等优点，且与乳化沥青同属水性体系，二者适配性好，具有优异的相容性。该文接纳水性环氧树脂作为乳化沥青改性剂，首先剖析水性环氧乳化型冷补沥青混淆料的强度形成机理，其次通过经验公式、革新马歇尔试验法、析漏试验及飞散损失试验确定乳化型冷补料的油石比，然后研究水性环氧树脂类型、掺量对乳化型冷补料路用性能及黏结性能的影响，确定出水性环氧树脂的合理掺量。

水性环氧乳化型冷补料强度形成机理

热拌沥青混淆料的结构强度形成机理一般用摩尔-库仑理论进行解释，即结构强度是由矿料颗粒间的内摩阻力及沥青混淆料的黏结力组成。水性环氧乳化沥青是一种油包水体系，其充分发挥胶凝作用涉及到水性物质挥发、环氧树脂固化以及乳化沥青破乳一系列历程，因此水性环氧乳化型冷补料强度形成历程陪同着冷补料从拌和、摊铺压实和修补结构服役阶段。

冷补料拌和阶段

水性环氧乳化型冷补料在拌和阶段，水性环氧乳化沥青虽能与矿料充分接触，可是由于水的保存，水性环氧树脂组分的亲水基团更易与水结合，导致环氧组分与矿料无法有效接触；别的与乳化沥青破乳历程相似，水性环氧组分爆发固化反应也是以水分的充分蒸发为前提，因此此阶段结合料黏度较低，无法提供较强的黏结力，并且拌和阶段，冷补料体积形态较为松散，未能形成嵌挤的骨架结构，内摩阻力较小，所以冷补料在拌和阶段强度较小，可忽略不计。

冷补料摊铺阶段

冷补料摊铺到坑槽中后，在碾压力的作用下，矿料会从松散状态向相互紧密接触状态过渡，逐渐形成嵌挤骨架结构，导致内摩阻力zeng大，冷补料强度逐渐形成；而水性环氧乳化沥青在摊铺压实阶段水分并未完全蒸发，破乳和水性环氧固化反应才逐渐开始进行，因此结合料黏度依旧较小，与矿料间的黏结力较低，因此此阶段冷补料强度主要由矿料之间的内摩阻力和旧路面边沿约束力提供。

修补结构服役阶段

路面坑槽经冷补料填充修补后，经过一段时间的通车，在车载和大气情况作用下，冷补料会越发趋于密实，内摩阻力会趋于zui大值；并且随着水性环氧乳化沥青破乳反应和环氧树脂固化反应的zui终完成，环氧固化生成的三维固化产品和结合料紧紧将矿料包裹，进一步增强与矿料的黏结，此时黏结力抵达zui大值；别的渗透到旧路面边沿的水性环氧树脂经破乳固化后也能增强新旧路面的约束，使得修补结构具有较好的路用性能。

试验质料与要领

试验质料

水性环氧乳化沥青是由水性环氧组分在常温条件下对普通乳化沥青进行改性，通过机械搅拌工艺形成的共混均匀体系。具体制备工艺为：首先凭据质量比取定量水性环氧树脂与固化剂两种物质混淆均匀，制得水性环氧固化体系，然后将差别质量百分比的水性环氧固化体系加入到盛有乳化沥青的烧杯中，用高速剪切机匀速(3000r/min)搅拌10min，即制得差别水性环氧掺量下的水性环氧乳化沥青。经室内试验测试，水性环氧乳化沥青满足技术要求。

所用的原质料主要有慢裂型阳离子乳化沥青和水性环氧组分，其中乳化沥青技术指标见表1；水性环氧树脂选用EP-50型和BH-653两种，相应固化剂为GH-05和BH-650型乳液，水性环氧树脂相关技术指标见表2。

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

水性环氧乳化型冷补料是由水性环氧乳化沥青在zui佳油石比和矿料级配下按特定工艺拌和形成。水性树脂乳化沥青为该文制备的改性乳化沥青，粗集料、细集料和矿粉均为石灰岩，参考中国规范中冷补料集料级配tui荐规模，该文选用冷补料级配为LB-13级配，其合成级配见表3。

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

试验计划

(1)油石比确定

目前冷补料油石比确定要领尚不统一，主要有同济大学经验公式法，革新马歇尔试验法、飞散损失法，该文接纳同济大学经验公式首先初定水性环氧乳化型冷补料油石比，其次通过革新马歇尔试验法对油石比进行调解，优选油石比，后通过飞散损失试验对油石比进行验证并革新，确定水性环氧乳化型冷补料zui终油石比。

(2)水性环氧组分掺配比优选及冷补料性能评价作为乳化沥青的改性剂，水性环氧组分的添加量差别，水性环氧乳化型冷补料路用性能具有明显差别。

通过调解水性环氧树脂的比例，研究水性环氧树脂对乳化型冷补料的路用性能及黏结性能的影响，优选出水性环氧树脂，并确定水性环氧树脂掺量，同时与SK70＃HMA、LBR溶剂型冷补料性能作比照，以评价水性环氧乳化型冷补料用于沥青修补的可能性。其中每种水性环氧树脂掺量为3%、6%、9%、12%、15%；路用性能试验主要包括强度试验、高温稳定性试验、水稳性能试验、低温抗裂性能试验。

试验要领

油石比确定要领

(1)同济大学经验公式法

同济大学经验公式是针对冷再生混淆料、微表处等细料级配混淆料提出的油石比经验公式，大致估算混淆料的zui佳油石比，具体公式见式(1)：

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

通过冷补料的设计矿料级配，划分盘算出A、B、C和D的值，即可凭据式(1)大致估算出所用级配对应的油石比。

(2)革新马歇尔试验法

规范中热拌沥青混淆料一般接纳马歇尔试验法确定油石比，而乳化型冷补料胶结料黏度较低，因此不可简单地接纳古板马歇尔设计要领来确定乳化型冷补料油石比，凭据乳化型冷补料强度形成机理、并结合冷补料实际使用场景，该文接纳加速养生法对古板马歇尔试验进行革新，主要办法为：称取1180g冷补料装入试模，双面各击实50次后侧立放在80℃烘箱中养生24h，再双面各击实25次，室温竖立安排24h后脱模，然后进行马歇尔试验指标的测定及油石比设计。

(3)谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散损失试验谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散试验用来确定沥青混淆料的zui大沥青用量和zui小沥青用量。水性乳化型冷补沥青混淆料在修补坑槽后需具有一定的破乳时间和固化时间，因此早期黏聚性差，此时油石比对其黏聚性影响较大，因此该文对谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散试验条件进行革新为：

①将1000g新拌冷补料倒入800mL的烧杯中，在25℃恒温烘箱中静置4h，倒出试样后称取烧杯质量，并按式(2)盘算析漏损失率：

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

②肯塔堡飞散损失试验：将定量的新拌水性环氧乳化型冷补料双面各击实50次，再将一定量新拌冷补料在15℃双面击实50次之后连同试模在25℃恒温箱中通风养生4h，脱模后放入洛杉矶磨耗机旋转撞击100次按式(3)盘算试件飞散损失百分率：

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

冷补料性能评价要领

水性环氧型冷补料需具有较好的路用性能和黏结性能，以包管坑槽经修补后能在外界荷载作用下满足正常服役运营性能，制止坑槽修补失效的现象爆发。路用性能主要包括强度、高温稳定性能、低温抗裂性能和水稳性能；而黏结性能主要指水性环氧乳化型冷补料与旧路面之间的黏结力。

(1)强度

水性环氧乳化型冷补料强度的形成陪同着水性物质的破乳和环氧树脂的固化历程，为满足坑槽修补后临时通车和恒久承载能力需要，冷补料需具有较优的早期强度和成型强度。参考交通部乳化沥青混淆料养生条件，该文设置水性环氧乳化型冷补料的初始强度试验要领为：将马歇尔试件双面击实75次之后连同试模在25℃恒温箱中通风养生24h，脱模后不进行水浴即测试其马歇尔稳定度作为初始强度；而成型强度试验要领为：将马歇尔试件双面击实50次之后连同试模在80℃恒温箱中养生24h，然后再脱模双面击实25次，脱模后在(60±1)℃恒温水槽中养生30min，立即测试其稳定度作为成型强度。

(2)高温稳定性试验

水性环氧乳化沥青破乳速度随着温度的增高而加速，夏季沥青路面由于吸热作用，路表温度往往高于50℃，在此温度下，乳化沥青一般在2h内即可完成破乳。别的冷补料修补坑槽适宜季节为秋冬季节，往往在夏季之前就已充分破乳固化，形成足够胶结强度。因此在设置乳化沥青高温稳定性试验条件时，多接纳加速养生法，即首先将冷补料装入试模，用轮碾仪往返碾压8次，然后置于80℃烘箱中养生24h后再往返碾压4次，冷却脱模后即可测试趁魅辙板动稳定度。

(3)低温抗裂性能试验

考虑到乳化沥青在低温情况下破乳困难，强度形成慢，门路养管部分一般在冬季不接纳乳化型冷补料对路面坑槽进行修复。因此在评价水性环氧乳化型冷补料的低温抗裂性能时，应结合路面坑槽养护水平及养护时机设置试验条件。针对春季修补的坑槽接纳加速养生法，即首先将冷补料装入试模，用轮碾仪往返碾压8次，然后置于80℃烘箱中养生24h后再往返碾压4次，冷却脱模后进行小梁弯曲试验；针对秋季修补的坑槽接纳自然养生法，即将冷补料装入试模，用轮碾仪往返碾压8次然后在自然情况下静置30d后再往返碾压4次，脱模后即可进行小梁弯曲试验。

(4)水稳性能

乳化沥青是油水共混体系，外界水的侵入会对其黏附性能爆发较大影响，因此门路养管部分往往选择在晴天接纳乳化型冷补料对路面坑槽进行修补，以包管乳化沥青能够破乳，充分发挥黏结强度。文中接纳成型强度的试验要领成型马歇尔试件，此后进行水性环氧乳化型冷补料的浸水马歇尔试验，测试并盘算其残留稳定度MS0。

(5)新旧界面的黏结性能

沥青路面修补质量不但取决于水性环氧乳化型冷补料路用性能，并且也与新旧路面之间的黏结性能有关。新旧路面黏结性能若缺乏，在车载和雨水作用下，修补结构易爆发整体错动、边沿受水侵蚀破损等二次病害。该文接纳层间剪切试验和拉拔试验来评价新旧路面的黏结性能。

试验结果与剖析

冷补料油石比确定

(1)同济大学经验公式法

依据表3冷补料级配可盘算出A＝77.1%，B＝16.6%，C＝2.0%，D＝3.5%，按式(1)大致估算出所用级配下的水性环氧乳化型冷补料zui佳油石比为Ｐ＝4.4%。选取油石比为3.8%、4.1%、4.4%、4.7%、5.0%进行革新马歇尔试验。

(2)革新马歇尔试验法

按前述革新马歇尔试件成型要领，划分成型差别油石比下的乳化型冷补料马歇尔试件(此时不添加水性环氧树脂)，经养生脱模后测试相关马歇尔试件的物理力学指标，试验结果见表4。

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

通过绘制乳化型冷补料油石比与各项指标的关系图，凭据马歇尔油石比剖析要领确定马歇尔油石比为4.6%。篇幅有限，文中不进行绘图展示。

(3)谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散损失试验在革新马歇尔试验确定的油石比4.6%基础上，以0.1%为间隔，选定4.2%、4.3%、4.4%、4.5%、4.6%、4.7%、4.8%、4.9%、5.0%共9个油石比划分进行谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散损失试验，试验结果如图1所示。

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

由图1可知：随着油石比的增加，析漏损失率显著zeng大而飞散损失率则显著减小。析漏损失率较大或飞散损失率较小，标明乳化型冷补沥青混淆料黏聚性较好，可是析漏损失率过上将会对乳化型冷补料的高温抗趁魅辙性能爆发倒运影响，因为此时油多料少，沥青路面无法提供足够的承载力满足交通荷载通行，在高温情况下，路外貌易爆发泛油、拥包等病害，影响路面使用质量。而飞散损失如果较大，乳化型冷补沥青混淆料将会泛起油少石多的情况，在雨水、车载综相助用下，路外貌易爆发松散、剥落等病害，因此需要控制乳化型冷补料的飞散损失率。综合考虑谢伦堡析漏损失和肯塔堡飞散损失，该文确定两者损失率的交点为zui终油石比，即油石比为4.65%。

冷补料性能评价

强度：水性环氧乳化型冷补料强度试验结果见图2。

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

由图2可知：

(1)随着水性环氧组分掺量的逐渐增加，两种水性环氧乳化型冷补料的初始强度和成型强度均逐渐提高，增加幅度有所差别，当BH-653水性环氧树脂掺量抵达9%、EP-50水性环氧树脂掺量抵达6%，两种水性环氧乳化型冷补料初始强度和成型强度增幅zui大，且EP-50乳化型冷补料zui终初始强度和成型强度优于BH-653乳化型冷补料。

(2)4种冷补料中，溶剂型LBR冷补料的强度zui差，当BH-653掺量凌驾7%时、EP-50掺量凌驾6.2%时，两种冷补料的初始强度凌驾HMA，而当水性环氧树脂掺量划分凌驾2.7%、3.2%时，成型强度优于HMA。且随着固化时间的增长，乳化型冷补料的成型强度也远优于其初始强度，这主要是由于水性环氧固化物会提高乳化沥青的黏附性，并与乳化沥青结合生成的三维网状结构将矿料紧密包裹，致使水性环氧乳化型冷补料黏结性增强，强度提高。

高温性能：水性环氧乳化型冷补料趁魅辙试验结果见图3。

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

由图3可知：

(1)与冷补料强度变革趋势一致，随着水性环氧树脂掺量的提高，两种乳化型冷补沥青混淆料动稳定度明显提高，而趁魅辙深度却显著降低，当BH-653水性环氧树脂掺量抵达9%、EP-50水性环氧树脂掺量抵达6%，两种水性环氧乳化型冷补料高温抗趁魅辙性能改善水平逐渐放缓，标明水性环氧树脂掺量并非越多越好，因此在选定其掺量时，应综合考虑经济本钱及性能改善。

(2)4种冷补料中，溶剂型LBR冷补料的高温抗变形能力zui差，当BH-653掺量凌驾1.5%时、EP-50掺量凌驾1.7%时，两种冷补料的高温抗变形能力要优于HMA，这也说明接纳水性环氧树脂对普通乳化型冷补料进行改性的计划是可行的。

低温性能：水性环氧乳化型冷补料低温抗裂性能试验结果见图4。

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

由图4可知：

(1)随着水性环氧组分掺量的增加，两种水性环氧乳化型冷补料的破坏应变逐渐降低，且低于HMA以及溶剂型LBR冷补料。由于溶剂型冷补料中的稀释剂降低了沥青的黏度，因此其低温抗裂性能较优；而水性环氧树脂虽提高了胶结料的强度指标，可是却降低了胶结料的延展性，使胶结料体现出脆硬性，因此其对乳化型冷补料的低温抗裂性能具有一定损害作用。

(2)水性环氧乳化型冷补料于秋季修补坑槽的低温抗裂性能优于春季修补坑槽，这是因为夏季高温情况更有利于水性环氧乳化沥青的破乳固化。

(3)当BH-653水性环氧树脂掺量抵达9%、EP-50水性环氧树脂掺量抵达6%，两种水性环氧乳化型冷补料低温性能降低幅度逐渐变小，说明水性环氧树脂对乳化型冷补料低温性能影响有限。

水稳性能：水性环氧乳化型冷补料浸水马歇尔试验结果如图5所示。

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

由图5可知：

(1)随着水性环氧树脂掺量的增加，两种乳化型冷补料的残留稳定度逐渐变大，即说明其水稳性能逐渐提高，当水性环氧树脂掺量大于3%时，两种水性环氧乳化型冷补料的残留稳定度已大于80%，满足水稳性能要求；而溶剂型ＬＢＲ冷补料残留稳定度＜80%，不满足规范要求。

(2)当ＢH-653水性环氧树脂掺量抵达9%、ＥＰ-50水性环氧树脂掺量抵达6%，两种水性环氧乳化型冷补料水稳性能增加幅度逐渐变缓，说明水性环氧树脂对乳化型冷补料水稳性能改善效果有限，且这种变革趋势与强度、高温性能相似。

界面黏结性能：水性环氧乳化型冷补料黏结性能试验结果如图6所示。

水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

由图6可知：

(1)随着水性环氧树脂掺量的增加，两种乳化型冷补料与旧路面的黏结强度均明显提高，当BH-653水性环氧树脂掺量抵达9%、EP-50水性环氧树脂掺量抵达6%，两种水性环氧乳化型冷补料黏结强度增长速度也逐渐放缓。

(2)坑槽经水性环氧乳化型冷补料修补后，水性环氧乳化沥青在常温下会以流动状态逐渐渗透到原路面结构，破乳固化后，可作为黏结层提供部分黏结强度；而LBR溶剂型冷补料中的稀释沥青流动性和渗透性差，无法在原路面结构内形成渗透深度，故其黏结强度比乳化沥青��；热拌沥青混淆料中的SK90�；柿で嘣诔Ｎ孪吗ざ冉洗�，流动性ji差，无法渗透到原路面，因此其与原路面结构黏结强度较小。

(3)接纳热拌沥青混淆料或LBR溶剂型冷补料对沥青路面坑槽修补时，为包管新旧路面的黏结性，应在界面涂刷一层黏结液，而水性环氧乳化型冷补料由于胶结料自身较好的黏结性能和渗透性能，无需涂刷黏结液，施工工艺简单。

结论

剖析水性环氧乳化型冷补沥青混淆料强度形成机理，接纳经验公式法、革新马歇尔试验法、谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散损失试验确定了乳化型冷补料的油石比，研究了水性环氧树脂类型及掺量对乳化型冷补料性能的影响，获得以下结论：

(1)水性环氧乳化型冷补料的强度形成陪同着乳化沥青破乳、环氧树脂固化历程，在修补坑槽一段时间后强度方能抵达zui大值。

(2)通过经验公式法、革新马歇尔试验法、谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散损失试验确定了乳化型冷补料的油石比为4.65%。

(3)水性环氧树脂对乳化型冷补料的强度、高温性能、水稳性能及界面黏结性能具有明显提升作用，而对低温抗裂性能改善缺乏，且随着水性环氧组分掺量的提高，性能影响幅度逐渐变缓，在综合考虑性能改善及整天职析，确定BH-653水性环氧树脂掺量为9%、EP-50水性环氧树脂掺量为6%。

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全文完宣布于《中外公路》2021年10月?作者简介：张贺亮，男，高级工程师

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水性环氧乳化型冷补沥青混淆料性能评价

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