0引言

微表處作為我國高速公路行業(yè)重要的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，在道路的輕微病害修復(fù)、增強(qiáng)道路使用性能方面具有不可替代作用,因其施工快捷方便,費(fèi)用低，對(duì)交通影響程度低,被廣泛運(yùn)用于瀝青路面后期的維護(hù)建設(shè)中時(shí)。瀝青膠結(jié)料因其較高的粘結(jié)強(qiáng)度,將集料裹附連接在一起，因此乳化瀝青作為微表處膠結(jié)料對(duì)混合料性能具有重要作用。使用性能優(yōu)異的乳化瀝青作為微表處膠結(jié)料是提升微表處長(zhǎng)期服役性能的重要研究方向。

水性環(huán)氧樹脂因其優(yōu)異的性能可,成為乳化瀝青常用的改性組分，形成的混合物體系不僅保留了環(huán)氧樹脂高強(qiáng)和高粘結(jié)的特性,還保留了瀝青獨(dú)有的特點(diǎn),將水性環(huán)氧樹脂應(yīng)用到瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程正受到廣泛關(guān)注。目前，常使用胺類作為固化劑，其易揮發(fā)、毒性大，對(duì)后續(xù)施工造成嚴(yán)重影響。

本文針對(duì)胺類固化劑的缺陷,采用具有用量少、不易揮發(fā)、綠色環(huán)保等特點(diǎn)的離子鹽作為環(huán)氧樹脂固化劑，對(duì)離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青開展性能分析。并將改性的環(huán)氧乳化瀝青作為微表處養(yǎng)護(hù)技術(shù)的膠結(jié)料，對(duì)微表處混合料進(jìn)行性能評(píng)價(jià)

1、實(shí)驗(yàn)

1.1原材料

（乳化）瀝青：采用SK-70^#基質(zhì)瀝青生產(chǎn)的拌合型陽離子乳化瀝青，基本性能如表1所示

(2)環(huán)氧樹脂及固化劑:水性環(huán)氧樹脂及胺類固化劑，邁圖化工有限公司產(chǎn)，主要技術(shù)性能分別如表2、表3所示；離子鹽固化劑：自制,簡(jiǎn)要制備流程如下：將一定量的2-氯乙酞胺和1-R基咪唑經(jīng)過加熱、回流生成前驅(qū)體，前驅(qū)體與一定量的二氰胺銀經(jīng)過反應(yīng)、過濾、提純等步驟制得。

(3)礦料及填料:微表處礦料的.大粒徑9.5mm,三檔集料粒徑分別為5～10mm、3～5mm和0～3mm。其中5～10mm和3～5mm的粗集料采用玄武巖集料，登封崇基建材有限公司；0～3mm細(xì)集料采用石灰?guī)r機(jī)制砂，登封宏昌水泥有限公司。微表處所用集料的技術(shù)性能如表4所示。填料為磨細(xì)的石灰?guī)r礦粉,禹州市順風(fēng)脫硫劑有限公司。

(4)水泥：天瑞P+F325水泥。

1.2 制備工藝

(1)離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青

目前，制備包括環(huán)氧樹脂在內(nèi)的改性乳化瀝青常用的方法有3種：第1種,將水性環(huán)氧樹脂.SBR膠乳等改性材料直接加到現(xiàn)成的乳化瀝青中,操作簡(jiǎn)單方便，容易實(shí)施,但存在穩(wěn)定性不足的問題；第2種，改性材料和乳化劑先混合均勻，再對(duì)瀝青進(jìn)行乳化得到改性乳化瀝青，這種方法穩(wěn)定性較好，適合大規(guī)模生產(chǎn)，但實(shí)驗(yàn)室制備較為麻鎮(zhèn):第3種,先對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性處理,然后再乳化制備成改性乳化瀝青，這種方法工藝較復(fù)雜,對(duì)設(shè)備要求較高。

本試驗(yàn)采用第1種方法，先將環(huán)氧樹脂和離子鹽固化劑按2:1質(zhì)量比均勻攪拌。然后按設(shè)定摻量加到基質(zhì)乳化瀝青中充分機(jī)械攪摔，得到高子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青。環(huán)氧樹脂、離子鹽固化劑、乳化瀝青的用量均按除去水的有效成分計(jì)。

(2)肢類固化環(huán)氧乳化瀝青

先將環(huán)氧樹脂和胺類固化劑按1:I質(zhì)量比均勻攪拌。然后按設(shè)定摻量加到基質(zhì)乳化瀝青中充分機(jī)械攪拌，得到胺類固化環(huán)氧乳化瀝青。

(3)MS-3型微表處混合料

將不同檔礦料、填料按比例混合，加入水?dāng)嚺啪鶆?span>,礦料、填料均潤(rùn)濕后，加入離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青快速攪拌20-30s,完全攪拌均勻得到微表處混合料。

1.3性能測(cè)試方法

環(huán)氧樹脂的性能測(cè)試:將混合均勻的環(huán)氧樹脂和固化劑混合液倒入啞鈴型試模中，置于60℃環(huán)境中養(yǎng)護(hù)7d,取下啞鈴型試件測(cè)試?yán)煨阅?span>,拉伸速率為2mm/min。同時(shí)從啞鈴型試件上刮下部分粉體采用差示掃描熱儀進(jìn)行熱力學(xué)分析。

環(huán)氧乳化瀝青的性能測(cè)試：采用電爐直接加熱的方法除去環(huán)氧乳化瀝青中的水分制備燕發(fā)殘留物。按照JTC E20-2011 (公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程對(duì)改性乳化瀝青進(jìn)行三大指標(biāo)和黏附性試驗(yàn)。利用熒光顯微鏡分析環(huán)氧樹脂與乳化瀝青的相容性。

微表處應(yīng)用性能測(cè)試:微表處混合料按照JTC E20-2011規(guī)定進(jìn)行不同浸水時(shí)間下的濕輪廓耗試驗(yàn)和動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)。

2環(huán)氧樹脂性能分析

2.1離子鹽和胺類固化環(huán)氧樹脂的拉伸性能(見圖1)

由圖1可見，離子鹽固化環(huán)氧樹脂試件斷裂時(shí)拉伸強(qiáng)度為74mpa，遠(yuǎn)高于胺類固化環(huán)氧樹脂的45mpa，具有優(yōu)異的拉伸性能。相對(duì)于胺類固化劑，離子鹽作為環(huán)氧樹脂固化劑對(duì)環(huán)氧瀝青拉伸性能提升具有更大潛力。

2.2 離子鹽和胺類固化環(huán)氧樹脂的熱力學(xué)分析

由圖2可見，隨著溫度不斷升高，環(huán)氧樹脂先經(jīng)歷玻璃化轉(zhuǎn)變，隨后開始分解。離子鹽固化環(huán)氧樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變和分解溫度分別為308、324℃,均高于胺類固化環(huán)氧樹脂的250、279℃,表明其耐熱性良好。

3   改性乳化瀝青性能分析

3.1 改性機(jī)理分析

環(huán)氧乳化瀝青在水分蒸發(fā)、噴酒、與集料拌和攤鋪過程中，發(fā)生破乳同時(shí)環(huán)氧樹脂進(jìn)行固化反應(yīng)。固化反應(yīng)主要是環(huán)氧樹脂和固化劑之間的交聯(lián)反應(yīng)，同時(shí)伴隨著環(huán)氧樹脂與乳化瀝青的交聯(lián)作用.通過所述的交聯(lián)反應(yīng)形式,環(huán)氧樹脂與乳化瀝青形成一個(gè)整體的三維空間交聯(lián)結(jié)構(gòu),具有較高的強(qiáng)度、粘結(jié)力、溫度穩(wěn)定性。

目前，常用的胺類固化劑固化機(jī)理如圖3所示。離子鹽固化劑對(duì)環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)機(jī)理如圖4所示，陰陽2種離子配合協(xié)同固化,陽離子具有親電性,陰離子具有親核性,相比胺類固化劑，樹脂的開環(huán)難度大大降低，使環(huán)氧樹脂在相對(duì)較低的溫度實(shí)現(xiàn)固化。

3.2 改性瀝青三大指標(biāo)分析

在乳化瀝青中分別摻入0.3%、6%、12%、15%的環(huán)氧樹脂金額離子鹽固化劑混合物，進(jìn)行離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青的三大指標(biāo)性能測(cè)試，并與相同摻量的胺類固化環(huán)氧乳化瀝青進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表5所示。

由表5可見，隨環(huán)氧樹脂摻量增加，環(huán)氧乳化瀝青的針入度出現(xiàn)較為明顯的下降,但下降程度逐漸趨于平緩；軟化點(diǎn)平穩(wěn)上升；延度則逐漸減小，當(dāng)環(huán)氧樹脂和固化劑總摻量超過6%時(shí)延度急劇下降,當(dāng)摻量達(dá)到15%時(shí)離子鹽體系的延度接近0。

這是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂體系加入的濃度越大，環(huán)氧乳化瀝青的剛性越大,導(dǎo)致環(huán)氧乳化瀝青的針入度不斷減??；環(huán)氧樹脂乳液與固化劑形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)提高了乳化瀝青的高溫穩(wěn)定性,軟化點(diǎn)顯著升高；同時(shí)環(huán)氧樹脂為熱固性樹脂,這種三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使得乳化瀝青變脆，降低了乳化瀝青的延性。相同摻量下，離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青的針入度和軟化點(diǎn)的性能提升程度明顯高于胺類固化環(huán)氧樹脂，對(duì)延度的降低作用同樣高于胺類固化環(huán)氧樹脂。

3.3 黏附性

水損害是瀝青路面的主要破壞形式之一，利用黏附性評(píng)價(jià)環(huán)氧乳化瀝青與集料的粘結(jié)特性和抗水侵害的能力，測(cè)試結(jié)果如圖5、圖6所示。

由圖5、圖6可見，隨著環(huán)氧樹脂和固化劑摻量的不斷增加，經(jīng)水煮后集料表面的瀝青剝落程度開始減少,瀝青與集料的黏附性提高。在環(huán)氧樹脂摻量為0,即采用基質(zhì)瀝青時(shí),集料表面剝落.嚴(yán)重,這是由于基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)較低，瀝青趨于流動(dòng)態(tài)的緣故。離子鹽固化環(huán)氧樹脂摻量≥6%、胺類固化環(huán)氧樹脂摻量≥12%，集料基本無剝落現(xiàn)象,這說明了環(huán)氧體系的摻入使瀝青的抗水損害的能力顯著增強(qiáng)。這是由于環(huán)氧樹脂分子鏈中的極性基團(tuán)可以增強(qiáng)改性乳化瀝青與集料的結(jié)合能力,同時(shí)環(huán)氧樹脂固化后形成了骨架結(jié)構(gòu)，束縛了瀝青的流動(dòng)，.終使得環(huán)氧乳化瀝青極大改善了與集料的黏附性。離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青的黏附效果更加明顯，因?yàn)殡x子鹽固化環(huán)氧樹脂對(duì)乳化瀝青改性效果更明顯的作用，相同摻量下對(duì)軟化點(diǎn)提升作用遠(yuǎn)高于胺類固化環(huán)氧樹脂。

3.4微觀分析

環(huán)氧樹脂在熒光作用下可呈現(xiàn)出不同顏色，乳化瀝青不產(chǎn)生任何變化,在熒光顯微鏡下根據(jù)顏色分布,觀察環(huán)氧樹脂在乳化瀝青中的分布狀態(tài)，結(jié)果如圖7所示。

由圖7可見，當(dāng)離子鹽固化環(huán)氧樹脂摻量為0,只有乳化瀝青時(shí)，整個(gè)視野沒有產(chǎn)生任何熒光，乳液以顆粒的狀態(tài)穩(wěn)定存在。當(dāng)分別摻入9%的離子鹽固化環(huán)氧樹脂和胺類固化環(huán)氧樹脂后，乳液的顆粒仍然穩(wěn)定存在,環(huán)氧樹脂開始形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，表明離子鹽固化環(huán)氧樹脂均勻分布在乳化瀝青中，與普通的胺類固化環(huán)氧樹脂具有同樣的相容穩(wěn)定性。

綜上，離子鹽作為環(huán)氧樹脂固化劑對(duì)乳化瀝青的針入度、軟化點(diǎn)和黏附性等性能提升遠(yuǎn)優(yōu)于普通的胺類固化劑，同時(shí)具有優(yōu)異的相容性，延度比普通的胺類固化劑的下降程度較大

4  混合料性能研究

4.1 水穩(wěn)定性能

環(huán)氧乳化瀝青微表處路用性能主要受混合料水分蒸發(fā)和環(huán)氧樹脂對(duì)瀝青性能的改善情況影響。微表處施工初始階段，環(huán)氧樹脂未發(fā)生固化，混合料中的水分開始揮發(fā),主要靠乳化瀝青膠結(jié)形成初始強(qiáng)度;環(huán)氧樹脂開始發(fā)生固化反應(yīng)，瀝青的性能得到明顯改善，作為微表處膠結(jié)料路用性能進(jìn)一步提高。環(huán)氧樹脂通過對(duì)瀝青的改性,間接提高微表處性能，乳化瀝青具有逆水化作用，受水損害較大。因此，本文分別對(duì)離子鹽固化環(huán)氧樹脂、胺類固化環(huán)氧樹脂的瀝青微表處進(jìn)行水穩(wěn)定性能分析。開展不同浸水時(shí)間下的濕輪磨耗試驗(yàn)(見圖8),分析浸水時(shí)間對(duì)環(huán)氧乳化瀝青微表處混合料水穩(wěn)定性的影響,結(jié)果如圖9所示。

由圖9可見，相同浸水時(shí)間下,對(duì)于離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青,環(huán)氧樹脂摻量越大,磨耗值越小，抗剝落性能越好，與瀝青的黏附性測(cè)試結(jié)果一致，環(huán)氧樹脂明顯提高微表處混合料抗水損性能。磨耗值隨浸水時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增大，增大趨勢(shì)隨環(huán)氧樹脂摻量增加明顯減弱。這是由于摻量較低時(shí),對(duì)瀝青的改性作用有限，對(duì)集料剝落產(chǎn)生的阻礙作用有限;當(dāng)摻入足夠多的環(huán)氧樹脂后,環(huán)氧樹脂對(duì)瀝青改性形成足夠的強(qiáng)度，能夠明顯減弱荷載和水對(duì)微表處混合料的剝落作用。9%摻量下,離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青微表處混合料的不同浸水時(shí)間磨耗值

均遠(yuǎn)低于常規(guī)的胺類固化劑，具有更好的水穩(wěn)定性能。

4.2高溫性能

微表處作為道路表面病害的修復(fù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)，運(yùn)行過程中受車輛、環(huán)境直接影響，需要在高溫條件下受車輛荷載仍具有結(jié)構(gòu)層保持穩(wěn)定的能力。采取動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)來驗(yàn)證離子鹽固化環(huán)氧樹脂不同摻量下的抗高溫變形的能力，并且與胺類固化環(huán)氧樹脂乳化瀝青微表處混合料的高溫性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖10所示。

由圖10可見，隨著環(huán)氧樹脂摻量的不斷增加，離子鹽和胺類乳化瀝青微表處混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均顯著提高，高溫穩(wěn)定性不斷提升。相同摻量下離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青微表處混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均高于胺類,當(dāng)摻量為15%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度提高了30%,這說明了離子鹽固化環(huán)氧樹脂在抵抗高溫變形能力方面遠(yuǎn)優(yōu)于胺類固化環(huán)氧樹脂。

5結(jié)論

(1)當(dāng)環(huán)氧樹脂與離子鹽固化劑的質(zhì)量比為2:1時(shí)，離子鹽固化環(huán)氧樹脂的拉伸強(qiáng)度為74 MPa,遠(yuǎn)高于胺類固化環(huán)氧樹脂的45MPa,力學(xué)性能明顯提高;同時(shí),玻璃化溫度和分解溫度分別從250、279℃升高到308℃和324℃,表明其耐熱性良好，離子鹽作為環(huán)氧樹脂固化劑對(duì)環(huán)氧瀝青力學(xué)和耐熱性能提升具有更大優(yōu)勢(shì)。

(2)離子鹽作為環(huán)氧樹脂固化劑對(duì)乳化瀝青的針入度、軟化點(diǎn)和黏附性等性能提升遠(yuǎn)優(yōu)于普通的胺類固化劑，并且環(huán)氧樹脂摻量越高，提升效果越明顯;延度比普通的胺類固化劑的下降程度較大;熒光顯微鏡分析離子鹽環(huán)氧樹脂在乳化瀝青中均勻分布,具有良好相容效果。

(3)隨著環(huán)氧樹脂摻量的增加,環(huán)氧乳化瀝青微表處混合料的濕輪磨耗值減小，水穩(wěn)定性能顯著提高，動(dòng)穩(wěn)定度增大,抗高溫變形能力不斷增強(qiáng);相同摻量下，以離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青作為膠結(jié)料較胺類固化環(huán)氧乳化瀝青的改性效果更明顯。