0引言

微表處作為我國高速公路行業(yè)重要的養護技術(shù)，在道路的輕微病害修復、增強道路使用性能方面具有不可替代作用,因其施工快捷方便,費用低，對交通影響程度低,被廣泛運用于瀝青路面后期的維護建設中時(shí)。瀝青膠結料因其較高的粘結強度,將集料裹附連接在一起，因此乳化瀝青作為微表處膠結料對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料是提升微表處長(cháng)期服役性能的重要研究方向。

水性環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂高強和高粘結的特性,還保留了瀝青獨有的特點(diǎn),將水性環(huán)氧樹(shù)脂應用到瀝青路面養護工程正受到廣泛關(guān)注。目前，常使用胺類(lèi)作為固化劑，其易揮發(fā)、毒性大，對后續施工造成嚴重影響。

本文針對胺類(lèi)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(shù)脂固化劑，對離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青開(kāi)展性能分析。并將改性的環(huán)氧乳化瀝青作為微表處養護技術(shù)的膠結料，對微表處混合料進(jìn)行性能評價(jià)

1、實(shí)驗

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(yáng)離子乳化瀝青，基本性能如表1所示

(2)環(huán)氧樹(shù)脂及固化劑:水性環(huán)氧樹(shù)脂及胺類(lèi)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(guò)加熱、回流生成前驅體，前驅體與一定量的二氰胺銀經(jīng)過(guò)反應、過(guò)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細集料采用石灰巖機制砂，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。填料為磨細的石灰巖礦粉,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(shù)脂在內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(shù)脂.SBR膠乳等改性材料直接加到現成的乳化瀝青中,操作簡(jiǎn)單方便，容易實(shí)施,但存在穩定性不足的問(wèn)題；第2種，改性材料和乳化劑先混合均勻，再對瀝青進(jìn)行乳化得到改性乳化瀝青，這種方法穩定性較好，適合大規模生產(chǎn)，但實(shí)驗室制備較為麻鎮:第3種,先對基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性處理,然后再乳化制備成改性乳化瀝青，這種方法工藝較復雜,對設備要求較高。

本試驗采用第1種方法，先將環(huán)氧樹(shù)脂和離子鹽固化劑按2:1質(zhì)量比均勻攪拌。然后按設定摻量加到基質(zhì)乳化瀝青中充分機械攪摔，得到高子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青。環(huán)氧樹(shù)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。

(2)肢類(lèi)固化環(huán)氧乳化瀝青

先將環(huán)氧樹(shù)脂和胺類(lèi)固化劑按1:I質(zhì)量比均勻攪拌。然后按設定摻量加到基質(zhì)乳化瀝青中充分機械攪拌，得到胺類(lèi)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，加入水攪排均勻,礦料、填料均潤濕后，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性能測試方法

環(huán)氧樹(shù)脂的性能測試:將混合均勻的環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑混合液倒入啞鈴型試模中，置于60℃環(huán)境中養護7d,取下啞鈴型試件測試拉伸性能,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規程對改性乳化瀝青進(jìn)行三大指標和黏附性試驗。利用熒光顯微鏡分析環(huán)氧樹(shù)脂與乳化瀝青的相容性。

微表處應用性能測試:微表處混合料按照JTC E20-2011規定進(jìn)行不同浸水時(shí)間下的濕輪廓耗試驗和動(dòng)穩定度試驗。

2環(huán)氧樹(shù)脂性能分析

2.1離子鹽和胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)脂的拉伸性能(見(jiàn)圖1)

由圖1可見(jiàn)，離子鹽固化環(huán)氧樹(shù)脂試件斷裂時(shí)拉伸強度為74mpa，遠高于胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)脂的45mpa，具有優(yōu)異的拉伸性能。相對于胺類(lèi)固化劑，離子鹽作為環(huán)氧樹(shù)脂固化劑對環(huán)氧瀝青拉伸性能提升具有更大潛力。

2.2 離子鹽和胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)脂的熱力學(xué)分析

由圖2可見(jiàn)，隨著(zhù)溫度不斷升高，環(huán)氧樹(shù)脂先經(jīng)歷玻璃化轉變，隨后開(kāi)始分解。離子鹽固化環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃化轉變和分解溫度分別為308、324℃,均高于胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)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(guò)程中，發(fā)生破乳同時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行固化反應。固化反應主要是環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑之間的交聯(lián)反應，同時(shí)伴隨著(zhù)環(huán)氧樹(shù)脂與乳化瀝青的交聯(lián)作用.通過(guò)所述的交聯(lián)反應形式,環(huán)氧樹(shù)脂與乳化瀝青形成一個(gè)整體的三維空間交聯(lián)結構,具有較高的強度、粘結力、溫度穩定性。

目前，常用的胺類(lèi)固化劑固化機理如圖3所示。離子鹽固化劑對環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應機理如圖4所示，陰陽(yáng)2種離子配合協(xié)同固化,陽(yáng)離子具有親電性,陰離子具有親核性,相比胺類(lèi)固化劑，樹(shù)脂的開(kāi)環(huán)難度大大降低，使環(huán)氧樹(shù)脂在相對較低的溫度實(shí)現固化。

3.2 改性瀝青三大指標分析

在乳化瀝青中分別摻入0.3%、6%、12%、15%的環(huán)氧樹(shù)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性能測試，并與相同摻量的胺類(lèi)固化環(huán)氧乳化瀝青進(jìn)行對比，結果如表5所示。

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

這是因為環(huán)氧樹(shù)脂體系加入的濃度越大，環(huán)氧乳化瀝青的剛性越大,導致環(huán)氧乳化瀝青的針入度不斷減??；環(huán)氧樹(shù)脂乳液與固化劑形成三維空間網(wǎng)狀結構提高了乳化瀝青的高溫穩定性,軟化點(diǎn)顯著(zhù)升高；同時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂為熱固性樹(shù)脂,這種三維空間網(wǎng)狀結構使得乳化瀝青變脆，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(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)脂，對延度的降低作用同樣高于胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)脂。

3.3 黏附性

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

由圖5、圖6可見(jiàn)，隨著(zhù)環(huán)氧樹(shù)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(kāi)始減少,瀝青與集料的黏附性提高。在環(huán)氧樹(shù)脂摻量為0,即采用基質(zhì)瀝青時(shí),集料表面剝落.嚴重,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(shù)脂摻量≥6%、胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)脂摻量≥12%，集料基本無(wú)剝落現象,這說(shuō)明了環(huán)氧體系的摻入使瀝青的抗水損害的能力顯著(zhù)增強。這是由于環(huán)氧樹(shù)脂分子鏈中的極性基團可以增強改性乳化瀝青與集料的結合能力,同時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂固化后形成了骨架結構，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，因為離子鹽固化環(huán)氧樹(shù)脂對乳化瀝青改性效果更明顯的作用，相同摻量下對軟化點(diǎn)提升作用遠高于胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)脂。

3.4微觀(guān)分析

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

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

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

4  混合料性能研究

4.1 水穩定性能

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(shù)脂對瀝青性能的改善情況影響。微表處施工初始階段，環(huán)氧樹(shù)脂未發(fā)生固化，混合料中的水分開(kāi)始揮發(fā),主要靠乳化瀝青膠結形成初始強度;環(huán)氧樹(shù)脂開(kāi)始發(fā)生固化反應，瀝青的性能得到明顯改善，作為微表處膠結料路用性能進(jìn)一步提高。環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)對瀝青的改性,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，本文分別對離子鹽固化環(huán)氧樹(shù)脂、胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)脂的瀝青微表處進(jìn)行水穩定性能分析。開(kāi)展不同浸水時(shí)間下的濕輪磨耗試驗(見(jiàn)圖8),分析浸水時(shí)間對環(huán)氧乳化瀝青微表處混合料水穩定性的影響,結果如圖9所示。

由圖9可見(jiàn)，相同浸水時(shí)間下,對于離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青,環(huán)氧樹(shù)脂摻量越大,磨耗值越小，抗剝落性能越好，與瀝青的黏附性測試結果一致，環(huán)氧樹(shù)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(cháng)逐漸增大，增大趨勢隨環(huán)氧樹(shù)脂摻量增加明顯減弱。這是由于摻量較低時(shí),對瀝青的改性作用有限，對集料剝落產(chǎn)生的阻礙作用有限;當摻入足夠多的環(huán)氧樹(shù)脂后,環(huán)氧樹(shù)脂對瀝青改性形成足夠的強度，能夠明顯減弱荷載和水對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

均遠低于常規的胺類(lèi)固化劑，具有更好的水穩定性能。

4.2高溫性能

微表處作為道路表面病害的修復養護技術(shù)，運行過(guò)程中受車(chē)輛、環(huán)境直接影響，需要在高溫條件下受車(chē)輛荷載仍具有結構層保持穩定的能力。采取動(dòng)穩定度試驗來(lái)驗證離子鹽固化環(huán)氧樹(shù)脂不同摻量下的抗高溫變形的能力，并且與胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)脂乳化瀝青微表處混合料的高溫性能進(jìn)行對比，結果如圖10所示。

由圖10可見(jiàn)，隨著(zhù)環(huán)氧樹(shù)脂摻量的不斷增加，離子鹽和胺類(lèi)乳化瀝青微表處混合料的動(dòng)穩定度均顯著(zhù)提高，高溫穩定性不斷提升。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)穩定度均高于胺類(lèi),當摻量為15%時(shí)，動(dòng)穩定度提高了30%,這說(shuō)明了離子鹽固化環(huán)氧樹(shù)脂在抵抗高溫變形能力方面遠優(yōu)于胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)脂。

5結論

(1)當環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂的拉伸強度為74 MPa,遠高于胺類(lèi)固化環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂固化劑對環(huán)氧瀝青力學(xué)和耐熱性能提升具有更大優(yōu)勢。

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

(3)隨著(zhù)環(huán)氧樹(shù)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，水穩定性能顯著(zhù)提高，動(dòng)穩定度增大,抗高溫變形能力不斷增強;相同摻量下，以離子鹽固化環(huán)氧乳化瀝青作為膠結料較胺類(lèi)固化環(huán)氧乳化瀝青的改性效果更明顯。