关键词：水性环氧乳化沥青 | 冷再生混合料 | 路用性能 | 耐久性
乳化沥青冷再生技术是指将沥青混合料回收料破碎、筛分后，以一定的比例与新集料、乳化沥青及再生剂在常温下拌和、摊铺、碾压形成沥青路面结构层，使其恢复路面原有使用性能的一种施工工艺。相较于热再生技术，冷再生技术具有施工工艺简单、污染物排放量小、成本低、生产效率高等优点[1]，是一种新兴的资源利用方式。但通过大量实践经验发现，乳化沥青冷再生技术仍存在早期强度不高、耐久性差等问题[2]。
水性环氧乳化沥青借助水性环氧树脂对乳化沥青进行改性，固化破乳后形成以环氧树脂为网络骨架、沥青均匀穿插于骨架中的环氧改性沥青，具有环氧树脂高黏结力和乳化沥青施工便利的优点，广泛应用在道路养护工程中[3-4]。基于此，本文选用水性环氧乳化沥青制备冷再生混合料，通过室内试验测试路用性能，为其在公路工程中的应用奠定理论基础。
原材料
水性环氧乳化沥青
乳化沥青技术性能指标见表1。水性环氧树脂与固化剂均为实验室自制，配比为3∶2(质量比)，技术性能指标见表2。
集料与水泥
RAP料取自济南市某道路翻修现场。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)抽提旧沥青，性能指标如表3所示。
由表3可知，原路面沥青已老化。新集料选用粒径范围为9.5mm~19mm的石灰岩。水泥为P·O42.5级普通硅酸盐水泥。新集料与水泥性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)。
水
试验用水为当地饮用水
冷再生混合料配合比设计
本研究中RAP料占比为70%，加入1%(占集料总质量的比例)的水泥提高冷再生混合料早期强度[5]。根据《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T5521-2019)，采用细粒式A乳化沥青冷再生合成级配，级配范围及合成级配见表4。
zui佳含水率的确定
根据《公路土工试验规程》(JTG3430-2020)中T0131击实试验确定水性环氧乳化沥青冷再生混合料的zui佳含水量。以乳化沥青用量为4.0%，设计含水量为3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%共7组冷再生混合料，测定其干密度。不同含水率下冷再生混合料干密度如图1所示。
由图1可以看出，随着含水率的增加，冷再生混合料的干密度呈现先升高后降低的变化规律。当含水率为4.0%，此时冷再生混合料的干密度达到zui大值，为2.305g/cm³。
zui佳乳化沥青用量的确定
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0716沥青混合料劈裂试验，以劈裂强度峰值的均值确定zui佳乳化沥青用量。以zui佳含水量为4.0%，设计水性环氧乳化沥青用量为3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%共5组冷再生混合料。不同乳化沥青掺量下冷再生混合料劈裂强度如图2所示。
由图2可知，劈裂强度随乳化沥青掺量的增加先增大后减小。且乳化沥青掺量为4.3%时，劈裂强度取得zui大值。当乳化沥青用量不大于4.3%时，随着乳化沥青用量的增加，破乳后的乳化沥青、水泥等构成黏结材料，填充集料间的空隙，降低骨料间的滑移，从而改善乳化沥青冷再生混合料的劈裂强度。当乳化沥青用量大于4.3%之后，随着乳化沥青用量的增加，冷再生混合料内部依然存在大量未破乳的乳化沥青，减弱了胶结料的黏结性，由此导致劈裂强度降低。
配合比设计结果
以zui佳含水量为4.0%和zui佳乳化沥青用量为4.3%，成型标准马歇尔试件，双面击实50次后105℃养生24h，再双面击实25次。根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)进行试验，冷再生混合料配合比设计结果如表5所示。试验结果均满足规范要求。
冷再生混合料路用性能
高温稳定性
对不同水性环氧树脂掺量下的冷再生混合料进行车辙试验，以动稳定度评价其高温稳定性。试验温度设置为60℃，轮压为0.7MPa，试验结果如图3所示。
由图3可看出，水性环氧乳化沥青冷再生混合料动稳定度随水性环氧树脂掺量的增加而增大，使得高温稳定性提升。这是由于随着水分的蒸发，水性环氧树脂在混合料内部固化形成空间网状结构，且掺量越大，该结构强度就越大，在高温条件下冷再生混合料抵抗车辙能力就越强[6]。当水性环氧树脂掺量超过10%以后，冷再生混合料高温稳定性提高幅度减小，这是因为混合料内部的环氧树脂空间网状结构基本形成，继续加大水性环氧树脂掺量对该结构强度的提高效果不明显。此时，冷再生混合料动稳定度已超过5000次/mm，远超《道路用水性环氧树脂乳化沥青混合料》(GB/T38990-2020)的要求。
低温抗裂性
对不同水性环氧树脂掺量下的冷再生混合料进行低温弯曲试验，以zui大弯拉应变评价其低温性能。试件为标准车辙板切割试件，试件尺寸为250mm×30mm×35mm。设置试验温度为-10℃，加载速率为50mm/min，试验结果如图4所示。
由图4可以看出，随着水性环氧树脂掺量的增加，冷再生混合料弯拉应变呈现减小的趋势，使得低温抗裂性降低。这是由于环氧树脂为3大热固性树脂之一，增加了混合料的刚度[7]，导致混合料脆性增大，在低温条件下，更易发生脆性断裂。当水性环氧树脂掺量为20%时，相较于普通乳化沥青冷再生混合料，弯拉应变只下降13.4%，说明水性环氧树脂的掺入对冷再生混合料低温抗裂性消极影响较小。
水稳定性
采用沥青混合料冻融劈裂试验评价水性环氧乳化沥青冷再生混合料的水稳定性。采用马歇尔击实法成型圆柱体试件，双面各击实50次。试验温度为25℃，加载速率为50mm/min，试验结果如表6、图5所示。
从图5可以看出，冷再生混合料TSR随水性环氧树脂掺量增加而增加，使得水稳定性逐渐提高。这一方面是由于水性环氧树脂可提高集料间的黏附性，从而提高了冷再生混合料对水的抵抗能力；另一方面是由于水性环氧树脂固化后在混合料内部形成交联网状结构，可提高冷再生混合料的刚度，同时也具有一定的抗水损害能力。当水性环氧掺量为5%时，冷再生混合料TSR已超过80%，符合《道路用水性环氧树脂乳化沥青混合料》(GB/T38990-2020)要求。
耐久性
通过四轮加载磨耗试验，以每小时试件质量损失率，评价水性环氧乳化沥青冷再生混合料的耐久性。以沥青混合料车辙试验方法成型试件。试验轮载为0.7MPa，加载速率为3600次/h，试验结果如图6所示。
由图6可看出，在相同加载时间下，冷再生混合料质量损失率随水性环氧树脂掺量的增加而逐渐减小，使得耐久性逐渐提升；且随着加载时间的增加，水性环氧乳化沥青冷再生混合料质量损失率的斜率逐渐减小。当水性环氧树脂掺量超过10%时，质量损失率远低于普通乳化沥青冷再生混合料，此时水性环氧树脂在冷再生混合料内部已形成骨架结构。综合考虑，水性环氧乳化沥青冷再生混合料的zui佳水性环氧树脂掺量为10%。
结语
(1)采用自制水性环氧体系制备70%RAP掺量的水性环氧乳化沥青冷再生混合料，通过击实试验确定zui佳含水量为4%，通过沥青混合料劈裂试验确定zui佳乳化沥青用量为4.3%，zui佳配合比设计结果满足规范要求。
(2)水性环氧乳化沥青冷再生混合料相较于普通乳化沥青混合料有着更好的路用性能，且随着水性环氧树脂掺量的增加，水性环氧乳化沥青冷再生混合料高温稳定性、水稳定性、耐久性逐渐提高；低温抗裂性逐渐降低，但降幅不大。
(3)通过室内试验得出，水性环氧乳化沥青冷再生混合料中水性环氧树脂zui佳掺量为10%。
参考文献：
[1]李强,许傲,陈浩,等.级配和水泥掺量对泡沫沥青冷再生混合料路用性能的影响[J].铁道科学与工程学报,2021,18(2):402-407.
[2]李志刚,汪德才,李丽娟,等.填料含量对乳化沥青冷再生混合料宏微观性能的影响[[J].公路,2020,65(11):27-32.
[3]何永泰,郑南翔,徐安.水性环氧树脂-SBR复合改性乳化沥青性能研究[J].公路,2021,66(3):27-34.
[4]侯芸,董元帅,樊云龙,等.基于微观角度水性环氧乳化沥青固化机理研究[J].公路,2020,65(9):245-250.
[5]丁新东,曹新明.乳化沥青和水泥掺量对冷再生混合料性能的影响研究[J].硅酸盐通报,2020,39(2):459-465.
[6]王清洲,马小江,董利伟,等.冷拌冷铺水性环氧乳化沥青混合料性能研究[J].热固性树脂,2019,34(6):31-35
[7]王盘盘,王双双,甄少华.水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的配比设计及性能研究[J].化工新型材料,2021,49(1):273-278.
全文完 发布于《公路 》2022年4月第4期
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通常的车辙测试设备，仅对路面材料进行非常慢速的加载测量，不能模拟真实交通情况，不能模拟真实车轮碾压，也不能进行反复加载。相比之下，PaveMLS11这一套路面加速加载测试设备，可在路面上进行实际加载。通过PAVETEST®操作软件，PaveMLS11的荷载可进行成比例计算加载，以确保轮压和真实路面状态上的全部尺寸车辆车轮加载保持同一水平。因此，PaveMLS11的试验结果可用于模拟常规的真实荷载状态，设备可直接用于研究路面上层125mm厚的沥青层路面性能（无论是实验室路面还是现场路面）。因此，此小型加速加载设备对于研究现场真实路面状态上的全部尺寸车辆车轮加载下路面性能研究，具有非常宝贵的价值。
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