水性环氧乳化沥青混合料试验方法研究

特别报道

282011年10期（总第82期）

基金项目：陕西省交通科技项目（KY08－01）。

作者简介：冯亚军（1980－），男，陕西延安人，工程师。

水性环氧乳化沥青混合料试验方法研究

冯亚军1

，赵

乐

2

（1.陕西省高速公路建设集团公司，陕西

西安710061； 2.长安大学，陕西西安710064）

摘

要：在国内外，环氧沥青的应用和研究不断深入，而关于水性环氧乳化沥青的研究尚处于起步阶段，相应的试验

方法和设计指标都不成熟。本文通过大量试验，并根据水性环氧的特性，对现有规范中和使用中的试验方法进行修正，提出了修正的马歇尔试验方法，主要对马歇尔试件击实方法和养生条件进行了细致研究，为水性环氧乳化沥青混合料配合比设计研究提供了依据。

关键词：水性环氧乳化沥青；修正马歇尔试验；试验方法中图分类号：U414

文献标识码：B

环氧树脂是及其优良的胶结材料。但由于其不菲的价格及其难以驾驭的强度增长，限制了其在路面工程上的使用。国际上目前在道路上使用最多的是环氧树脂沥青，主要用在长大桥梁的钢桥面上，造价高昂。环氧沥青混合料具有广阔的应用前景，是钢桥面铺装、路面磨耗层、超重载交通道路的理想筑路材料，主要拥有以下几个优点：

（1）强度高、刚度大。热拌环氧沥青混凝土有很高的强度，其马歇尔稳定度可高达40kN ，流值和一般普通沥青混凝土大致相当。

（2）优良的抗疲劳性能。无论是环氧沥青混凝土本身的疲劳性能还是混凝土和钢板复合试件的疲劳性能，环氧沥青混凝土都远大于普通沥青混凝土。（3）优良的高温稳定性。环氧沥青是一种热固性材料，在高温下会变软但不会流动。

（4）较强的粘结性。由于环氧沥青本身可以作为强粘结材料使用，所以往往也可以作为层间粘结层使用。

水性环氧乳化沥青混合料的强度形成机理、力学性质等都有别于普通乳化沥青混合料，因而，其试验方法应与普通乳化沥青混合料有所不同。乳化沥青混合料的试验方法在国内主要依照上世纪90年代后期交通部阳离子乳化沥青课题协作组推荐的修正马歇尔试验方法。

1原材料参数

乳化沥青混合料主要作为路面的表面功能层来使

用，为了能体现出水性环氧树脂的添加对混合料性能

的影响，本文采用密级配细粒式AC －10作为试验级配，矿质集料级配见表1。

表1

矿质集料级配

筛孔/mm 13．29．54．752．361．180．60．30．150．075矿粉

通过率/%100

90

52

38

25

18．513．59．5

6

本文中采用的环氧树脂为自乳化型，并采用胺类固化剂，与之配伍的乳化沥青应呈碱性。试验使用的乳化沥青和环氧树脂技术性质见表2、表3。

表2

乳化沥青技术性质

试验项目品种及代号

BCR 破乳速度

慢裂粒子电荷

阴离子（－）筛上剩余量（1．18mm ）/%不大于0．1蒸发残留物

含量/%56．7

针入度（100g ，

25ħ，5s ）/0．1mm 85软化点/ħ48延度（15ħ）/cm

64与矿料的粘附性，裹覆面积

不小于2/3

贮存稳定性

5天/%0．6

表3水性环氧树脂固化体系物理性质

环氧树脂自乳化型改性E44外观乳白色均匀流体

含固量/%48 52pH 值6 8比重/g ·cm －3

1．06 1．08环氧值（100%固体份）0．16 0．19

最低成膜温度ħ

8

固化剂

水溶性常温固化剂

2011年10期（总第82期）

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2试验方法研究

本文的试验方法是在交通运输部阳离子乳化沥青课题协作组修正马歇尔试验方法上进行的再修正，主要针对于高温稳定性试验。高温试件的相关力学试验结果用来表征路面的成型强度，而常温试件在室温中养生，影响因素较少，是用来表征路面结构的初期强度的。试验修正的范围主要在试件的击实和养生两方面。

2.1乳液的添加量

本文使用阴离子乳化沥青和一定比例的水性环氧树脂作为乳液，拌和时不需要加水，所以乳液的总量即为混合料中流体的总量，乳化沥青的用量，对不同级配的集料是不同的，交通部阳离子乳化沥青课题协作组根据对乳化沥青混合料研究以及从沥青混合料沥青膜合理厚度的分析中得出以下经验公式

P =0.06A +0.12B +0.2C

式中：P 为试用乳液占矿料干质量的百分率，

%；A 为大于2.5mm 矿料占全部矿料总量的百分率，

%；B 为粒径为2.5 0.074mm 矿料占全部矿料总量的百分率，

%；C 为小于0.074mm 矿料占全部矿料总量的百分率，%。根据以上公式计算出的乳化沥青用量不一定就是实际合适的用量，建议根据计算的结果，上下各调节0.5%、1%制作试件，然后进行相关试验选择最佳乳液用量。

2.2加料拌和顺序

本文使用的水性环氧树脂属于自乳化型，可以很方便的和乳化沥青混合均匀，具体方法是先将乳化沥青和环氧树脂以一定的参配比例搅拌均匀，再加入固化剂，搅拌均匀后方可与矿料拌和。

加料顺序关键的不同点在于矿粉的添加时机，现在国内外主要有以下2种：

（1）将集料拌和均匀，加入水性环氧乳化沥青，拌和均匀后加入矿粉再拌和。

（2）将集料和矿粉一起拌和均匀，然后加入水性环氧乳化沥青拌和。

表4为在实验室中采用2种不同方法通过人工拌和所得结果。

表4

采用2种不同方法通过人工拌和所得结果

拌和方式乳液

用量/%密度/g ·cm

－3

VV /%VMA /%VFA /%稳定度/kN （1）92．3646．9218．8363．32．76（2）

9

2．362

7．17

19．14

62．5

1．46

在试验中发现，用方法（2）在拌和时，乳液接

触矿料后有较多结团。进行稳定度试验时，试件有部分矿料脱落，试件整体强度较低。经分析，这主要是由于矿粉的比表面积较大，人工拌和的速度和强度较低，造成乳液在混合料中分布不均匀，大粒径集料沥青膜较薄，粘结力不足。

建议在进行实验室研究时采用方法（1）。现场拌和机械拌和能力较强时采用方法（2）。并且总的拌和时间在均应2min 以内。2.3击实成型

交通部阳离子乳化沥青课题协作组推荐的方法是总击实次数为双面各50次，以下的次数均为双面，分2次击实，首次击实25次，经过110ħ高温养生24h 后再次击实25次。

我国公路沥青路面施工技术规范的方法为总击实次数为75次，分2次击实，首次击实50次，经过110ħ高温养生24h 后再次击实25次。

经过试验，分别采用了以上2种方法，首先击实次数从50次增加到75次并没有明显的将石料击碎，并使试件的密实度有一定程度的增加。同时，在首次击实50次后，由于乳化沥青还没完全破乳，有一定的流动性，部分乳液被击出，所以在次修正为首次击实35次，第二次击实40次，减少了乳液损失，并加强了第二次击实的压密效果。

再击实的目的主要是压实排出水分后试件中遗留的孔隙，也符合实际路面工作时路面结构不断压密的这一过程。经过试验表明，在60ħ中养生48h 后击实，试件中水分基本蒸干，环氧沥青与套模结合紧密，击实时对试件侧面产生不利影响，所以建议在60ħ下养生24h 进行再击实。2.4

养生条件

现行的乳化沥青混合料试验方法里采用110ħ的养生温度养生24h ，经过试验研究，110ħ对于一般乳化沥青可以迅速达到破乳状态，水分快速蒸发。但是由于温度较高，沥青已经有了很大的流动性，和实际中乳化沥青的常温使用的条件有所不同。

对于水性环氧树脂，由于采用了常温固化剂，在110ħ下迅速固化，又因为水分的快速蒸发，而环氧树脂固化后不具有流动性，在试件中的水分蒸发膨胀，形成了类似蜂窝的结构，对于试件形成强度是不利的。

根据以上特点，建议在试件养生时采用60ħ养生，在这个温度下，试件中的水分缓缓散发，一般沥青也达到了它的软化点，并且在60ħ下，常温水性环氧树脂初始固化时间大约在4h 。而当110ħ时在