环氧乳化沥青封层养护材料及其工程应用的研究

(上海市政工程设计研究总院集团广东有限公司，广东佛山 528200)

环氧乳化沥青封层养护材料及其工程应用的研究

易红晟

(上海市政工程设计研究总院集团广东有限公司，广东佛山 528200)

为有效解决沥青路面早期病害，及时进行路面养护，研发了一种新型封层材料，即环氧乳化沥青封层，提出水性环氧和乳化沥青的最佳配比和用量，以及石料用量。通过一系列路用性能验证试验及工程应用研究，已有数据显示：和现有的普通乳化沥青封层相比，环氧乳化沥青封层抗剥落性能及抗滑性能大幅度提高，具有优良的浅表固化效果，可以作为新一代沥青路面养护的封层材料。

沥青路面，封层，抗剥落性能，抗滑性能

近年来，我国高速公路越来越注重预防性养护，并开始尝试以表面处置为主要措施，对建成通车的高速路面进行路面薄层养护实践，收到了良好的技术经济效果。常见的表面处置措施包括雾封层养护技术、微表处养护技术、超薄磨耗层技术以及加铺层等。养护决策过程可以针对不同的路面性能问题，采取相适应的处置方式；然而不同的表面处置措施也存在不同的局限性，例如在我国运用较为广泛的微表处养护技术，可以有效地保护原有沥青路面，可以预防及处治沥青路面早期病害，如：微小裂缝及微小坑槽，微表处可以防止路面渗水及填补裂缝及坑槽，但其抗剥落能力不足，即耐久性问题得不到解决[1-6]。国内用的比较多的雾封层是一种造价较低的养护材料，对裂缝防治有一定效果，但其超薄表面覆盖抗水损害能力不足，并且容易磨耗剥落，强度不够，即其耐久性问题也无法保证[7-11]。通过工程现场检测及后期跟踪发现：传统的封层养护材料在一定程度上降低了沥青路面的摆值和构造深度，即降低了沥青路面的抗滑性能，并且在沥青路面的浅表固化效果不佳，抗剥落性能不足，对于改善路面构宏观效果往往都是有限的，以上缺点及不足影响了常见封层的使用。本文基于水性环氧树脂及乳化沥青母体材料，研发一种新型的沥青路面封层。

1 材料试验及设计

1.1 乳化沥青及水溶性环氧树脂的技术指标检测

试验研究所用乳化沥青试验结果见表1，满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011》的技术要求，所用水溶性环氧树脂的技术指标如表2所示，均满足规范要求。

在已有水性环氧树脂路面抗滑封层研究成果的基础上，综合考虑，选择表3乳化沥青和环氧树脂的配合比(质量百分比)，考虑经济、适用、耐久等要点，封层采用用量为：1.0kg/m2水性环氧树脂与乳化沥青混合物+2.0kg/m23mm～5mm石屑。

表1 乳化沥青检测结果Table 1 Emulsified asphalt technical specifications and test results

表2 水溶性环氧树脂技术指标Table 2 Water-soluble epoxy resin technical indicators

表3 混合液配合比Table 3 Mixture mixing ratio

1.2 新封层材料防水性能检测

本次混合液固化后渗水性能的比较旨在选择固化后不渗水的封层材料，确保沥青路面免于来至面层渗水导致的水损。具体试验是将拌合均匀的混合液均匀撒布在透水性路面(OGFC，设计空隙率为22%)表面，并均匀撒布石屑，按1.0kg/m2水性环氧树脂与乳化沥青混合物+2.0kg/m23mm～5mm石屑。封层固化后在其表面进行渗水试验[7]，统计3min水压下的渗水量作为分析对象，进行三次平行试验，取三次渗水量的平均值作为最终渗水量，试验结果显示新封层固化后不透水，即水性环氧乳化沥青封层有很好的防水优势。

2 加速加载试验对封层材料的浅表固化性能进行评价

本研究通过前期一系列配比试验，拟选定配比：乳化沥青∶环氧A∶环氧B=6∶1∶3作为封层材料的最优配比。仅靠上述试验及分析还不足以说明本次研发的材料能否具有优良的路用性能。因此本节拟开展新封层材料的路用性能试验并对其性能进行评价，最终成为其推广应用的根据。

为真实地模拟行车荷载对施工后的新封层表面的磨耗作用效果，采用自主研发的沥青路面加速加载试验设备对固化后的水性环氧乳化沥青封层及普通封层进行相同程度的加速加载磨耗试验，设备如图1所示。在该系统中，加载轮通过摩擦力驱动试件轮转动，以实现轮胎与沥青路面间相互接触磨耗作用的真实模拟。试件轮可以同时加载8个试件(平面尺寸为30cm×30cm)。该系统是一个全天候的沥青路面表面功能加速加载模拟试验系统[9]。

图1 沥青路面加速加载试验设备Fig.1 Road surface features acceleratedloading test system

2.1 试验方案

加速加载试验一次性可以放置8块弧形板，因此，为了与现有普通封层(乳化沥青碎石)路用性能进行比较，特成型八块弧形车辙板，其中4块表面均匀涂抹新封层材料(1.0kg/m2水性环氧树脂与乳化沥青混合物+2.0kg/m2的3mm～5mm碎石)，另外四块弧形板表面均匀涂抹1.0kg/m2乳化沥青+2.0kg/m2的3mm～5mm碎石)，待八块板表面封层固化后进行加速加载试验。

试验条件设置为：轮胎压力0.7MPa、轮胎荷载2.28kN、运行速度0.67r/s、温度设置为25℃。试验中按预定计划，分别在车轮作用次数达到0、5000、10000、20000、40000、70000、110000次时测量各试件的质量，取每组四块称量的均值作为数据分析对象。

2.2 浅表固化性能评价方法及结果

试件在试验过程中受轮胎压力、摩擦力以及离心力的多重作用，这种加速加载模拟试验比实际封层面受力状况更为苛刻，研究不同加速加载阶段封层材料试件的抗剥落性可以反映其浅表固化性能及耐久性能。本研究通过测量材料在不同加速加载作用次数后试件的质量损失率来表征试件的浅表固化及耐久性能。试件的质量损失由式(1)来计算。

(1)

式中：Mloss为封层材料的质量损失率；mi为车轮荷载作用i次数后封层材料加弧形板的重量；m1为封层材料加弧形板的初始重量，m0为未涂抹封层材料的弧形板重量。两组试件在不同荷载作用次数后，质量损失的变化如图2所示。

图2 不同封层质量损失率随荷载作用次数的变化Fig.2 Different seal coat mass loss rate withthe changes of loading times

由图2可以看出：(1)随着加速加载作用次数的增加，两种封层材料的质量损失率都呈增加趋势；(2)作用5000次，普通封层材料重量损失率比较大，超过45%，随作用次数的不断增加损失率基本无变化，原因是普通封层材料经过5000次加速加载作用后轮迹带处的材料已经基本损失完全，因此后期封层材料损失率保持不变；(3)对于新封层，前期加速加载作用5000次时损失率达14.2%，作用20000次后这种损失率递增趋势趋于平缓，增加缓慢，作用110000次时，新封层材料损失率接近20%，远远小于普通封层48%的损失率。(4)综合比较两种封层材料，无论是前期质量损失还是后期最终损失率，新封层均损失最少，损失较慢。可以预测在基层上摊铺面层时，施工作业车辆对新封层的磨耗作用很小，因此新封层表现出优良的浅表固化性能。

3 封层抗滑性能分析

本研究所提出的新封层材料由于其较好的浅表固化性和粘结性，能够很好地将细集料(石屑等材料)粘结在原有路表面，且不易脱落，因此在改善路表面微观构造有很好的效果，也能在一定程度上改善路表面的宏观构造，并且由于较好的粘结性能够较好地保持石屑不脱落，保证抗滑性能衰减幅度较为缓慢。

本研究通过室内加速加载试验与试验段研究，对加铺新封层的沥青混凝土路面抗滑性能进行了全过程的模拟方程。构造深度(TD)、摆值(BPN)随加速加载作用次数的变化曲线，如图3～图4所示。

图3 加速加载试验模拟原路面加铺新封层全过程TD变化曲线Fig.3 Accelerated loading test to simulatethe original pavement overlay on the newsealing layer TD change curve

图4 加速加载试验模拟原路面加铺新封层全过程BPN变化曲线Fig.4 Accelerated loading test to simulatethe original pavement overlay on the newsealing layer BPN change curve

由图3～图4可知，新封层能够快速恢复原有沥青路面的抗滑性能，并延缓路面的抗滑性能衰减，可作为矫正高速公路沥青路面抗滑性能的优化措施予以应用于实际工程。

4 新封层工程应用

本研究在广东韶赣高速公路选取YK37+500～YK38+000段的超车道铺设500m新封层试验段。新封层试验段施工情况与实际效果图见图5～图6。

图5 新封层试验段铺设现场Fig.5 New seal test section laid

图6 新封层铺设实际效果Fig.6 New seal laid the actual effect

铺筑前后对YK37+800截面与YK37+900截面抗滑指标(BPN和TD)进行测定，铺筑新封层先后的抗滑指标对比如表4所示。

表4 新封层试验段抗滑性能检测结果Table 4 The anti-sliding performance of the testing section for the new seal test results

由图7～图8可见，铺筑新封层后路面的摩擦系数BPN和构造深度TD得到了较大的提升。其中摩擦系数BPN值的提升幅度为30%～40%，构造深度TD值的提升幅度为36%～45%，说明新封层具有优良的抗滑性能，可以显著提高原沥青路面抗滑性能。

图7 摆值提升图Fig.7 BPN promotion figure

图8 构造深度提升图Fig.8 TD promotion figure

5 结论

(1)从经济和适用性考虑，新封层材料的配比为：乳化沥青∶环氧树脂A∶环氧树脂B=6∶1∶3。新封层材料施工应用为：1.0kg/m2水性环氧树脂与乳化沥青混合物+2.0kg/m2的3mm～5mm碎石，不透水。

(2)新封层材料具有良好的浅表固化性能及抗剥落性能，并且能够快速恢复原有沥青混路面的抗滑性能，并延缓路面的抗滑性能衰减，可作为矫正高速公路沥青路面抗滑性能的优化措施予以应用于实际工程。

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WaterborneEpoxyEmulsionAsphaltSealCoatMaterialsandItsEngineeringApplicationResearch

YI Hong-sheng

(Shanghai Municipal Engineering Design Institute (Group) Co.，Ltd，Guangdong Co.，Ltd，Foshan 528200，Guangdong，China)

To solve effectively the early diseases of asphalt pavement，pavement maintenance in time，we developed a new seal material，namely epoxy emulsion asphalt layer，and put forward the optimal formula of waterborne epoxy and emulsified asphalt and dosage. Through a series of experiment research and engineering application，existing data show：compared with the existing common emulsified asphalt sealing layer，epoxy emulsion asphalt layer’s peeling resistance and skid resistance performance are greatly improved，has good effect of superficial curing，can be used as a new generation of seal coat material for asphalt pavement maintenance.

asphalt pavement，seal coat，peeling resistance，anti-sliding performance

U 416.2