水性环氧乳化沥青在高速公路上应用论文

水性环氧乳化沥青在高速公路上的应用摘要：沥青路面是我国公路路面的主要形式之一，但沥青路面铺装完成后，暴露在空气中的沥青容易迅速氧化，导致沥青混凝土路面老化、失去弹性，出现麻面、松散、坑洞、裂缝等病害。

目前我国路面修补主要以乳化沥青为粘结材料进行沥青路面局部修补，但乳化沥青粘结性差、强度低等缺点制约其在沥青路面养护和维修中的推广和应用。

对于现有沥青路面养护，有效的减缓、防止路面老化，阻止沥青油脂、树脂的缺失至关重要，进行沥青混凝土路面表面活化再生及封层养护是解决的有效途径。

水性环氧乳化沥青是将化学反应固化的高分子聚合聚氨酯环氧树脂材料水性化后与乳化沥青混合、以冷拌方式制作沥青混合料或以雾状喷洒到路面表面，达到阻止水分渗入、防止表面松散、延缓路面老化、延长道路寿命的目的。

水性环氧乳化沥青不同于现行的沥青类热塑性材料，表现为超强的粘结力、优越的高低温性能，并且能抵抗汽油、柴油等对其腐蚀，因此在路面养护技术范畴可有广泛的应用途径。

关键词：水性环氧乳化沥青广泛应用
中图分类号：u4 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）02-01-01
一、绪论
1.1目前沥青路面存在的问题
沥青混凝土路面的沥青层由石油沥青与一定级配的优质骨料通
过高温拌和形成。

道路石油沥青是天然石油经馏分后的残留物，包含地沥青质、树脂、饱和分和芳香分等成分，具有较强的胶黏性、防水性和耐用性。

路面铺装完成后，暴露在空气中的沥青可迅速氧化：沥青中的轻质油分易于挥发变质，使沥青迅速硬化，阳光、空气、水的侵害、气候变化以及汽车排放污染物等的影响更大幅加快沥青的氧化变质速度，这导致沥青混凝土路面老化、失去弹性，出现麻面、松散、坑洞、裂缝等病害。

有效的减缓、防止路面老化，阻止沥青油脂、树脂的缺失至关重要，进行沥青混凝土路面表面活化再生及封层养护是解决问题的有效途径。

1.2现有养护材料技术及需求
沥青路面的预防性养护技术措施主要有裂缝处理、麻面或坑槽修补、路面整体防水抗滑抗松散老化的封层处理以及表面的薄层加铺或铣刨重铺等不同形式，目前主要采取传统的材料与手段，除热沥青混凝土薄层罩面及沥青面层铣刨重铺外，主要使用路面活化剂、乳化沥青或聚合物改性乳化沥青。

沥青活化剂的渗透效果有限，因此改善结果也有限；目前已有的各种聚合物改性乳化沥青的功能效果不一，但一直还没有非常实用耐久的养护改性材料，因此沥青路面的养护还主要使用乳化沥青。

由于乳化沥青粘结强度是通过水分蒸发、沥青破乳、沥青团粒下沉落到旧路面表面、并主要靠电性相吸形成的，因此粘结力相对较弱，尤其在夏季高温情况下容易造成行车抗滑力下降，影响行车安全。

而且尤为关键的是，乳化沥青是靠乳化剂进行沥青的乳化水分散的，其破乳后形成的沥青材料或
沥青胶结料中乳化剂依然存在，尤其是用于路面表面养护的乳化沥青材料，遇到雨水后乳化剂非常容易降低沥青的粘结效果，从而带来养护表面的不稳定，造成养护面松散脱落，效果迅速降低甚至功能丧失，养护技术措施失败率极高。

因此目前沥青路面的养护，非常需要实用的新型养护材料技术。

目前国内除传统采用乳化沥青进行沥青路面养护之外，一些单位也开始通过引进国外材料技术或自主研发材料进行养护技术的
探索与工程实践应用，尤其针对沥青路面的预防性养护出现了许多产品。

如深圳恩华公司引进以色列技术的tl-2000路面涂刷养护材料，其目的在于防止雨水下渗、改善路面麻面或松散病害，该种材料为丙酮类物质，是非水性的化工配料，添加的许多石粉容易沉淀，造成材料干稠硬涩，而且化工气味重、涂刷后路面构造衰减明显，因此使用没有得到工程普遍认可。

再如沥再生产品是一种促进路面沥青再生的美国技术产品，为焦油类材料，用煤焦油进行稀释，但煤焦油并不会固化，因此形不成有效粘结，遇雨水容易流失，对路面微裂缝的封闭效果并不好，而且其具有极强的致癌效果，不利于环保，但该种产品能够明显改变沥青路面表面颜色，对道路的出新效果较好，因此得到了一些公路管理机构的采用。

沥青路面养护中还有深圳馗道公司引进的美国产品cap也较为常见，其为橡胶粉与乳化沥青、氯丁胶乳相混溶的粘性材料，但其也因氯丁胶乳不固化而不容易干，而且为促进其向沥青混合料内部渗透，添加了红料成分用来加强沥青路面的表面融解，其实添加的就是溶剂油，该种处
理手段实质上破坏了旧有路面的表面结构，所以使用时间不长即会导致路面老化急剧加速，从而带来路面表层更严重的损坏，造成路面使用性能难以达到预期效果，同时也进一步大幅增加路面养护成本。

1.3水性环氧沥青养护技术
结合沥青路面的材料特点，东南大学在系统研究沥青路面养护技术的基础上，开发了一种胶粘结以及抗松散老化的养护产品创新性解决方案——水性环氧乳化沥青养护技术。

该技术可针对坑槽修补、桥头沉降跳车修补、车辙修补提供现场冷补混合料的胶结材料，并可形成成套修补技术，对沥青路面表面老化、松散、渗水可提供抗滑封层处理技术，从而可有效解决路面快速修补及行车质量、延缓沥青路面的氧化降解，大大延长沥青路面的使用寿命，而且从视觉上完全可以达到翻新的效果。

该种新型养护材料技术是将高分子聚合的聚氨酯环氧树脂材料水性化后与乳化沥青混合、以冷拌方式制作沥青混合料或以液状喷洒到路面表面，通过环氧树脂成分的化学反应形成空间网状封固沥青的防水固化强度及强粘结效果。

因其可以直接同旧沥青路面混合料相粘结，所以可以直接填补坑槽、车辙形成与旧沥青混合料的良好整体性，从而有效填补路面不平整辙槽或沉降重新形成平整行驶路面，也可以通过液料喷洒有效的附着于沥青路表而使沥青上层老化面性能不再恶化，从而达到阻止水分渗入、防止表面松散、延缓路面老化、延长道路寿命的目的。

对用于封层洒布情况，由于添加
了减小液料表面能的纳米材料及改善路面色质的碳黑成分，洒布的封层材料在渗透之后才发生固化反应，不仅能够更好的渗入路表孔隙起到有效防水抗老化功效，而且在形成粘结及抗滑的同时还表现出崭新的养护路容效果，使养护路面更崭新漂亮。

对用于拌和混合料情况，它不同于现行的传统沥青类热塑性材料，表现为良好的水性和易性、超强的粘结力、优越的高温稳定性和低温抗裂性，并且能抵抗汽油、柴油对其腐蚀。

但该新技术的工程实用化还需要工程应用加以完善。

二、水性环氧沥青路表封层技术及施工
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。

但乳化沥青粘结性差、强度低等缺点制约其在沥青路面养护和维修中的推广和应用。

若在乳化沥青中添加水性环氧树脂，则可以显著提高其粘结性、强度及柔韧性。

水性环氧树脂乳化沥青冷拌混合料技术是将高分子聚合的聚氨酯环氧树脂材料水性化后与乳化沥青混合、以冷拌方式制作沥青混合料，通过环氧树脂成分的化学固化反应形成空间网状封固沥青的防水固化强度及强粘结效果。

因其具有良好的粘结性能，可以直接同旧沥青路面混合料相粘结，所以可以直接填补坑槽、车辙形成与旧沥青混合料的良好整体性，从而可有效填补路面不平整辙槽或沉降，重新形成平整行驶路面，也可以通过液料喷洒有效的附着于沥青路表而使沥青表层老化面得到封闭、性能不再恶化，从而达到阻止水分渗入、防止表面继续老化松
散、延长道路使用寿命的目的。

2.1 水性环氧沥青路表封层技术及其特点
从经济效益上来讲，炼油厂从石油中提取出的新的更高级的精细化工产品的利润比单纯卖沥青要高得多，因此许多炼油厂已经在精炼石油过程中不再产生沥青，而市场对沥青的需求是上升的，这样就增加了沥青的价格，使得沥青材料的性能更差、价格更高。

值得庆幸的是，科研小组开发了一种高效、低成本的沥青老化养护产品解决方案-水性环氧乳化沥青表层养护技术，可以有效的延缓沥青面层的氧化降解，而且从视觉上完全可以达到路面翻新的效果，这样可以大大降低沥青路面的翻新改造工程沥青需求量，并有效保证沥青路面的使用寿命极大延长。

新型的水性环氧乳化沥青表面养护材料是将一种高分子聚合的热固性环氧树脂材料水性化后与乳化沥青混合、以雾状喷洒到路面，因其可以直接同沥青路面表层完整融合，所以使沥青上层老化面性能得以改善，从而达到延缓路面老化、延长道路寿命的目的。

它不同于现行的沥青类热塑性材料，表现为超强的粘结力、优越的高低温性能以及强大的抗腐蚀能力，并且能抵抗汽油、柴油对其的腐蚀。

水性环氧乳化沥青表面养护材料可以通过均匀喷洒直接同沥青路面表面完整融合，使沥青上层老化面性能得以改善，并增强路表柔性，有效改善路面性能，保持并还原路面沥青油份，使路面延长使用寿命。

具体表现为以下特点：
（1）低粘度、高渗透性使其可以有效渗入原有沥青路面表层和孔隙中形成保护层，减小路面孔隙率，增强路面的承载能力，延长路面使用寿命；
（2）超强粘结性、抗氧化性可使路面初期产生的脱粒、松散得以重新粘结，形成一个新的有沥青弹性的面层，有效的减少路面老化所产生的裂缝；
（3）因其有超强的粘结力和固化硬化特点，能够保证路面的摩擦力基本不受影响，使用过程中还可以撒一些骨料加强路面的微观摩擦力；
（4）它不同于煤焦油涂料浮在表层，也不同于乳化沥青的有限粘结，而是完全渗透、固化粘结于原有沥青混凝土中成为整体，因此可以有效的隔离水和空气，使路面减少水破坏、空气氧化和汽车排放污染物腐蚀，从而延缓路面老化；
（5）它施工简单，几小时后即可通车，可用于各种道路沥青路面的养护。

2.2 水性环氧沥青路表封层施工实践
2.2.1 水性环氧沥青路表封层施工
本工程的试验实践选择在高速公路lxk119+004处，此处沥青上面层结构为ak-13a，一直处于正常使用，因一辆小型客车行驶至该路段时发生自然停留在紧急停靠带上，小客车的自燃高温导致原路面严重烧伤，沥青严重老化导致粗集料剥落、松散，部分地方出现坑塘。

图2.1 已形成小的坑塘、沥青老化、松散有剥落的现象
像出现如此小面积病害在高速公路来说是十分难处理的，一般采用铣刨病害路面然后用新混合料重新摊铺碾压，这样的话就需要大量的施工机械上路施工，高速公路车流量大、车速高，大批的施工机械停在高速公路上安全系数就会降低很多，加上高速公路是控制出入口和分离方向行驶的，这样就会使混合料的运距增加，增加费用。

十多个平方的摊铺使用的混合料的用量很少，这样拌合楼在生产的时候也是十分的困难的，而且，十多个平方混合料在运输过程当中是十分容易冷掉的，混合料温度降低之后如果不在碾压温度范围，混合料是很难碾压密实的。

所以为了确保混合料温度需要增加混合料方量，多的方量碾压不下去冷掉后只有扔掉，这样又造成无端的浪费。

采用水性环氧乳化沥青表面养护将这一切困难与缺点全部克服。

水性环氧乳化沥青是将化学反应固化的高分子聚合聚氨酯环氧树脂材料水性化后与乳化沥青混合、以冷拌方式制作沥青混合料，小面积施工时完全可以在现场根据施工面积的大小进行配比拌合材料，这样就省去了考虑温度与运距的问题，施工工艺更为简便、直接。

考虑路面被火烧后松散程度，我们的处理方案定为：正常材料配比按环氧a组分：b组分：乳化沥青为3：1：4控制，实际环氧与乳化沥青的固体比例由1：1，实际配用料1组50公斤。

图2.2 人工施工后的路表成型质量效果情况
实践表明，该种水性环氧沥青养护技术对路面的表面预防性养
护具有较好的适应性，能够处理不同的路面状况、改善路表性能并可极大的推迟甚至取代路面矫正性养护技术的实施。

但针对不同的旧路状况，所采取的水性环氧沥青封层处理的技术措施也应该是不一样的，需要结合具体的路面状况进行有针对性的养护技术方案的设计，而且该种表面处理性养护技术措施只能起到改善表面功能作用，而不能解决路面的结构性问题。

2.2.2 水性环氧沥青路表封层实际效果
为评定路面抗滑能力和路面渗水的改善情况，采用摆式摩擦系数测定仪分别对原有路面及经水性环氧乳化沥青封层处理后的路面进行测试，采用路面渗水仪测试路面的密水性能和渗水情况如图2.3所示，试验测试结果如表2.1所示。

图2.3 摆式摩擦仪和路面渗水仪的测试
表2.1 摩擦系数和渗水试验的测试
试验原路面处理后的路面
摩擦系数试验54 59
渗水试验 40ml（3min）不渗水
由表2.1所示，经水性环氧乳化沥青封层处理后的路面抗滑能力有所提高，但涨幅不大，主要原因是原路面中的细集料被雨水冲刷严重，以粗集料为主，呈半松散状态，路面抗滑能力较好。

渗水试验的结果表明，原路面在3min时间内渗透的水量达40ml，而处理后的路面未出现渗透现象，主要原因是采用水性环氧乳化沥青封层处理后，水性环氧乳化沥青能够完全封闭路表裂隙及稳定松散混
合料。

工程试验实践表明，水性环氧树脂乳化沥青的路面封层养护技术具有显著的胶固抗松散、渗透封闭防水、抗沥青老化及改善路表抗滑效果，而且经过水性环氧养护封层处理后路表的外观效果改善也非常明显，因此，该种水性环氧沥青养护技术对路面的表面养护具有较好的适应性，能够处理不同的路面状况、改善路表性能并可极大的推迟甚至取代路面矫正性养护技术的实施，节约大量的养护资金。

三、结论
通过水性环氧乳化沥青封层布技术的应用情况表明，水性环氧乳化沥青封层能够非常有效的阻止路面水的浸入，能够更有效的保护路面结构，而且经过处理后路表的外观效果改善明显，保持了路面沥青油份，使路面延长使用寿命。

由此可以预见，水性环氧乳化沥青混合料作为路面修补的一种新型材料，应该会有更为广阔的工程应用前景。

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