天津市交通科学研究院 天津 300300
摘要：由于沥青混凝土材质本身的差异，以及受设计和施工水平的影响，沥青路面常常出现开裂、泛油、松散、坑槽等病害。根据水性环氧树脂的优点，结合乳化沥青的使用功能，将二者有机的结合起来是处理公路中病害，并满足公路良好服务水平的有效途径。本文将对水性环氧树脂改性乳化沥青材料的原材料的进行筛选和配伍性设计。通过正交试验确定各原材料比例和配置工艺优化来满足路用性能使用要求。
关键词：环氧树脂，乳化沥青，配伍性设计
1 沥青
乳化沥青中沥青质量一般为总质量的 50%～65%，而乳化沥青破乳后的性能主要取决于沥青，因此选择合适的沥青非常重要。沥青主要由芳香分、饱和分、胶质和沥青质组成。不同类型沥青的化学组成不同，乳化沥青的乳化性能及物理性能也会发生改变。
本文选择 SK70号、滨州70号和滨州90号三种基质沥青用于制备水性环氧树脂改性乳化沥青常温坑槽修补材料，其主要性能指标如表 1 所示。
表 1 基质沥青基本指标含量
2 水性环氧树脂制备方法
树脂通过不同的水性化途径可形成三种水分散形态：①水溶性；②胶束分散型；③乳液。水性环氧体系具有更多的选择组合（理论上具有9种的形态组合），但也增加了选择难度。同时在实际应用过程，通过加入大量的颜填料、助剂等，提高水性环氧体系应用性能同时也掩盖了水性环氧体系的不足甚至严重缺陷，这将增大更多的不确定因素和复杂性。
不管选择何种形态的水性环氧树脂和水性环氧固化剂，最终具有实际应用价值的水性环氧体系是一种分散多相结构，由水性环氧树脂、水性环氧固化剂、水等多相组成，其成膜机理不同于一般的聚合物乳液如丙烯酸乳液的成膜（凝结成膜，物理过程），同时与溶剂型环氧的成膜也不完全相同，在溶剂型环氧体系中，环氧树脂和固化剂均以分子形式溶解在有机溶剂中，形成的体系是均相的，固化反应在分子之间进行，因而固化反应进行得比较完全，所形成的固化物也是均相的。
表2 几种常用的制备水性环氧树脂的方法
性能较好的水性环氧树脂是由双组分组成：一是疏水性环氧树脂分散体（乳液）；二是亲水性的胺类固化剂。其中关键在于疏水性水性环氧树脂的乳化，环氧树脂的水性化主要有环氧树脂乳化及固化剂乳化两种途径。环氧树脂水性化制备方法主要包括乳化法和化学改性法。本课题选用了三种不同的水性环氧树脂进行配伍性设计。
3 乳化剂筛选分析
乳化剂是一种表面活性物质，由亲水的极性基团和亲油的非极性基团构成。乳化剂在乳化沥青中的含量很小，一般在 0.2%～2.0%之间，但乳化剂对乳化沥青的储存稳定性、破乳速度影响很大。同时，由于乳化沥青破乳后，部分乳化剂残留在沥青中，会对沥青的性能造成一定程度的影响。因此，乳化剂的合适选取对改性乳化沥青的制备非常重要。
乳化剂的种类很多，根据其离子电性可分为阳离子型和两性离子型乳化剂；根据其破乳速度分为慢裂型、中裂型和快裂型乳化剂。因此，制备乳化沥青时需要按照实际情况进行合理选择。
由于乳化沥青破乳速度直接影响到路面修补效果，为了保证填缝材料的流动性和渗透性，建议采用中裂或慢裂型乳化剂。本文选用 RH-1、RH-2、RH-3和RH-4四种乳化剂制备改性乳化沥青，其物理特性如表3所示。
表3 乳化剂物理性能
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4 固化剂筛选分析
水性环氧树脂本身是线型结构的，只有与固化剂交联后，变成体型结构的不溶的聚合物材料，才显示出特殊的使用性能。因此，环氧树脂的固化反应和固化剂是环氧树脂制备不同涂料及其它用途的重要部分。固化剂的种类有显在固化剂（如胺类、酸酐类、合成树脂类）和潜伏型固化剂等类型。
显在型固化剂为普通使用的固化剂，而潜伏型固化剂则指的是这类固化剂与环氧树脂混合后，在室温条件下相对长期稳定，而只需暴露在热、光、湿气等条件下，即开始固化反应。这类固化剂基本上是用物理和化学方法封闭固化剂活性的。显型固化剂可分为加成聚合型和催化型。所谓加成聚合型是指打开环氧基的环进行加成聚合反应，固化剂参加到三维网状结构中去。这类固化剂，如果加入量少，则固化产物连着未反应的环氧基。因此对这类固化剂来讲，存在一个适合的用量。而催化型固化剂则以阳离子或阴离子方式使得环氧基开环加聚，但是最终固化剂不加入到网状结构中去，即不存在等当量反应的合适用量。
固化反应受固化温度影响很大，温度增高，反应速率加快，凝胶时间变短；但是固化温度过高，常使固化物性能下降，所以存在固化温度的上限；必须选择固化速率和固化物性能折中的温度，作为合适的固化温度。按固化温度可以固化剂分为4类：低温固化剂的固化温度在室温以下，室温固化剂的固化温度为室温至50℃；中温固化剂的固化温度为50～100℃；高温固化剂的固化温度在100℃以上。室温类固化剂的种类较多，低温类固化剂品种较少。
按照固化剂的化学结构不同可以分为胺类固化剂，酸酐类固化剂以及合成树脂类固剂。
表4 不同类固化剂性能比较
因此，我们从水性环氧树脂与水性环氧固化剂的相容性入手，研究固化剂选择，最终确定为“二乙烯三胺”。乳化沥青体系中的沥青粒径大小，水性环氧树脂固化剂粒径大小均影响固化速度及固化效率，因此对设备及乳化剂要求很高。
5 pH调节剂
为了增加沥青材料的可乳化性，提高沥青材料的贮存稳定性，必须保证沥青乳液所需的酸碱度，故需加入一定量pH值调节剂。pH调节剂一般为酸性或碱性物质，对于阳离子乳化剂，需使用酸性调节剂，使乳化剂与溶液中的 H+反应生成带电基团，增强乳化剂的亲水性，从而发挥作用。常用的酸性调节剂有盐酸、硫酸、硝酸和磷酸。本文选择浓盐酸来调节乳液的pH值，其基本指标如表5 所示。
表5 浓盐酸基本性能
试验过程中发现，对于要求需要调节pH值的乳化剂，若不进行pH调节控制，则不能有效乳化；对于没有要求乳化剂来说，不进行pH调节控制便可以乳化，但若pH控制在 4～5 的酸性环境下，其乳化效果最佳。
参考文献：
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