水性环氧树脂乳化沥青制备与粘结性能研究_鲁彬.pdf

收稿日期：2022-11-08作者简介：鲁彬，男，工程师，学士，主要从事道路养护材料研发、应用和推广工作。通讯作者：董雨明，男，教授级工程师，博士，主要从事沥青路面养护技术和工程、沥青路面结构与材料研究工作。引文格式：鲁彬，邢鹏，陈相，等.水性环氧树脂乳化沥青制备与粘结性能研究 J.市政技术，2023，41（3）：23-28.（LUB，XINGP，CHENX，et al.Study on preparation and bonding properties of waterborne epoxy resin emulsified asphalt J.Journal of municipal technology，2023，41（3）：23-28.）文章编号：1009-7767（2023）03-0023-06第41卷第3期2023年3月Vol.41，No.3Mar.2023DOI:10.19922/j.1009-7767.2023.03.023Journal of Municipal Technology水性环氧树脂乳化沥青制备与粘结性能研究鲁彬1，2，邢鹏1，2，陈相1，2，董雨明1，2*（1.中交基础设施养护集团有限公司，北京 100011；2.中交路桥检测养护有限公司，北京 101301）摘要：根据不同水性环氧树脂与固化剂掺配比例制备水性环氧树脂乳化沥青，在高温与水波扰动复合作用下测试其黏附性，以探究在水环境下水性环氧树脂对乳化沥青粘结性能的影响，同时探究了水性环氧树脂乳化沥青延度（5 ）、软化点和动态剪切流变性能对其抗变形性能的影响。研究结果表明：随着水性环氧树脂掺量的增加，水性环氧树脂乳化沥青脱落率降低。根据动态剪切流变试验可知，水性环氧树脂乳化沥青蒸发残留物的复数剪切模量与车辙因子均随着水性环氧树脂掺量的增加而增大，表明当固化剂活泼氢当量相对于环氧体系过量时，会降低乳化沥青的粘结性能。水性环氧树脂的环氧值与固化剂活泼氢当量按比例增加，增强了水性环氧树脂乳化沥青在高温与水波扰动复合作用下的粘结性能。关键词：水性环氧树脂；乳化沥青；黏附性；抗变形性能中图分类号：U 414文献标志码：AStudy on Preparation and Bonding Properties of Waterborne EpoxyResin Emulsified AsphaltLu Bin1，2，Xing Peng1，2，Chen Xiang1，2，Dong Yuming1，2*（1.CCCC Infrastructure Maintenance Group Co.，Ltd.，Beijing 100011，China；2.CCCC Road&Bridge Inspection&Maintenance Co.，Ltd.，Beijing 101301，China）Abstract：The waterborne epoxy resin emulsified asphalt was prepared by different mixing ratios of waterborne epoxyresin and curing agent.Ana its adhesion was tested under the combined action of high temperature and the distur-bance of water wave to explore influence of waterborne epoxy resin on the adhesion of emulsified asphalt in waterenvironment.At the same time，the influence of ductility（5），softening point and dynamic shear rheological prop-erties of waterborne epoxy resin emulsified asphalt on its deformation resistance was investigated.The results showthat asphalt abscission rate of the waterborne epoxy resin asphalt decreases with the increase of waterborne epoxyresin content.The dynamic shear rheological test shows the complex shear modulus and rutting factor of evaporationresidue of waterborne epoxy resin emulsified asphalt increase with the increase of the content of waterborne epoxyresin，indicating that when the content of active hydrogen in the curing agent is excessive compared with the epoxysystem，the adhesion performance of the emulsified asphalt will be reduced.When epoxy value of waterborne epoxyresin and active hydrogen equivalent of curing agent is increased in proportion，the adhesion performance of water-borne epoxy resin emulsified asphalt under the combined action will be enhanced.Key words：waterborne epoxy resin；emulsified asphalt；adhesion；deformation resistance第3期1.2水性环氧树脂乳化沥青制备采用先乳化后改性的工艺制备水性环氧树脂乳化沥青。根据理论计算的环氧基团与活泼氢当量比（11）初步预估固化剂用量，再根据环氧基团与活泼氢当量的有效含量计算得出水性环氧树脂与固化剂的质量比（11.8），按上述比例配制质量比为10085的水性环氧树脂乳液与固化剂乳液。分别配制水性环氧树脂过量、适量和固化剂过量等5组试样。水性环氧树脂（A组分）和固化剂（B组分）质量掺配比例分别为10055、10070、10085、100100和100115，将A、B组分依次掺入到乳化沥青中，在室温下使用搅拌机搅拌（转速600 r/min），10 min后制得均匀的水性环氧树脂乳化沥青。水性环氧树脂乳化沥青制备流程如图1所示。1.3水波扰动条件下的黏附性试验参考JTG E202011公路工程沥青及沥青混合料试验规程中乳化沥青与粗集料的黏附性试验方法进行水性环氧树脂乳化沥青与集料的黏附性试验。由于掺入水性环氧树脂乳液提高了黏附性，而传统试验方法难以区分在不同环氧组分含量下黏附性的差异，故利用搅拌机制造动态水环境对试验方法进行改进。采用高功率搅拌机搅拌恒温水箱中具有一定温度的水，以模拟实际沥青路面胶结料同时受到高温和水的浸泡冲刷作用，使集料表面的沥青受到高温与水损害的复合影响。分别计算按5种掺配比例制备的水性环氧树脂乳液（掺量为5%）试样的脱落率，以此作为评价沥青黏附性的指标。在试验过程中由于粘结料质量变化较小，所有质量秤量均采用精密电子天平，数据精确至0.01 g。1.4拉伸性能试验采用5种掺配比例，水性环氧树脂乳液掺量为5%，根据GB/T 5282009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定要求制备拉伸性能试验的试样，并测试水性环氧树脂乳化沥青的拉伸性能，从而分析其粘结性能。1.5软化点与延度试验选取适宜的掺配比例制备水性环氧树脂乳化沥青试样，参照JTG E202011公路工程沥青及沥青混合料试验规程对试样的软化点与延度分别进行测试。1.6动态剪切流变试验采用外掺法制备水性环氧树脂掺量分别为3、5和7的水性环氧树脂乳化沥青蒸发残留物，通过动态剪切流变试验探究水性环氧树脂乳化沥青蒸发残留物的抗变形性能和高温稳定性能。试验条件：应变为8%，交频率为10 rad/s，环境温度分别为46、52、58、64、70、76。2结果与讨论2.1水性环氧树脂与固化剂相对关系对黏附性与粘结性能的影响沥青混合料抗水损害的能力反映在沥青材料性能上的关键指标是黏附性与粘结性能，因此黏附性与粘结性能的增强有利于提高沥青混合料抗动水冲刷的能力。通过水性环氧树脂乳化沥青在水波扰动条件下的黏附性试验，计算出不同掺配比例下水性环氧树脂乳化沥青脱落率（如图2所示），并对比分析水性环氧树脂与固化剂相对关系对水性环氧树脂乳化沥青黏附性的影响后，采用拉伸试验测试其粘结性能。由图2可知，随着固化剂掺配比例的增加，集料棱角处沥青油膜剥落越来越不明显，脱落率呈先下降后上升的趋势。即：当固化剂掺配比例增加至85时，集料棱角处沥青油膜增厚，脱落率达到最小值图1水性环氧树脂乳化沥青制备流程Fig.1 Preparation process of waterborne epoxy modifiedemulsified asphalt图2不同掺配比例下水性环氧树脂乳化沥青脱落率Fig.2 Expulsion rate of waterborne epoxy resin emulsified asphalt（WEREA）with different mixture ratios鲁彬等：水性环氧树脂乳化沥青制备与粘结性能研究25Journal of Municipal Technology第41卷（5）；当固化剂掺配比例继续增加时，集料棱角处沥青油膜开始脱落。试验结果表明：当固化剂达到最佳掺量前，随着固化剂掺配比例的增加，沥青的粘结性能和抗动水冲刷能力逐渐增强；当固化剂达到最佳掺量时，随着固化剂掺配比例的增加，沥青的抗动水冲刷能力逐渐增强；当固化剂达到最佳掺量后，随着固化剂掺配比例的减少，沥青的抗动水冲刷能力逐渐减弱。拉伸试验前将试件和拉伸夹具置于室温条件下（2426）控温不少于3 h，采用（50050）mm/min的速率进行拉伸试验。不同掺配比例下水性环氧树脂乳化沥青拉伸强度与断裂伸长率如图3所示。由图3可知，当水性环氧树脂掺量较多时，乳化沥青拉伸强度与断裂伸长率均较低。随着固化剂掺配比例的增加，拉伸强度与断裂伸长率逐渐上升，当固化剂掺配比例增加至10085，即环氧基团与活泼氢当量比为11时，断裂伸长率达到峰值；当固化剂掺配比例继续增加时，拉伸强度与断裂伸长率均下降。因此，为保障水性环氧树脂乳化沥青的黏韧性，环氧基团与活泼氢当量存在最佳掺配比例，固化剂掺配比例在一定范围内增加有利于增强粘结性能，但其掺量不宜过多。2.2水性环氧树脂掺量对低温稳定性能的影响水性环氧树脂乳化沥青蒸发残留物的延度（5）（如图4所示）可反映乳化沥青的低温稳定性能。由图4可知，当水性环氧树脂掺量分别为0%、3%、5%和7%时，水性环氧树脂乳化沥青蒸发残留物延度（5）分别为150、62、11、4 cm。随着水性环氧树脂掺量的增加，水性环氧树脂乳化沥青蒸发残留物延度显著降低。水性环氧树脂掺量的增加，使其在固化过程中的交联度得到了提高，在延度试验拉伸过程中，水性环氧树脂固化物形成的交联体系导致水性环氧树脂乳化沥青柔度降低，呈脆性变化趋势，伸长率下降。结合微表处等技术措施对水性环氧树脂乳化沥青的技术要求，宜将水性环氧树脂掺量控制在5%以下。2.3水性环氧树脂对高温稳定性能与抗变形性能的影响软化点附近温度是沥青材料黏性特征转变的显著阶段，也反映了水性环氧树脂乳化沥青的高温稳定性能。不同水性环氧树