水性环氧树脂提高泡沫沥青冷再生混合料性能的方法
技术领域
本发明属于泡沫沥青冷再生路面的施工技术领域，具体涉及一种水性环氧树脂提高泡沫沥青冷再生混合料性能的方法。
背景技术
泡沫沥青是将一定的水注入热沥青使其体积发生膨胀形成大量沥青泡沫并在很短时间内破裂的一种特殊沥青材料。当泡沫沥青与集料接触时，沥青泡沫迅速化为“小颗粒”，散布于细集料(特别是粒径小于0.075mm)表面，形成粘有大量沥青的细料填缝料，经过拌和压实，这些细料能填充于湿冷粗料空隙并发挥类似砂浆的作用，使混合料达到稳定。
评价沥青发泡性能的传统指标为膨胀率和半衰期：膨胀率定义为泡沫沥青达到最大体积与未发泡沥青原始体积之比；半衰期指泡沫沥青从最大体积到达最大体积一半所需时间(以s计)。德国维特根公司的泡沫沥青冷再生试验表明，为获得高质量泡沫沥青混合料，膨胀率应大于15，半衰期在5～10s内。泡沫沥青处置材料的耐磨性能较热拌沥青混合料差，因此这类材料通常用作基层或底基层。泡沫沥青作为稳定剂或再生剂可以处置多种材料，从劣质筑路材料到刨铣的回收沥青混合料(RAP)都可以采用泡沫沥青进行处置。
添加外掺剂可有效改善泡沫沥青冷再生混合性能，目前常见外掺剂需通过高温作用才能和集料拌和，因此只能采用外掺剂改性基质沥青的方式来改善混合料性能，但改性后沥青存在发泡性能下降等问题。水性环氧树脂(简称WER)是一种高分子化合物，能够在室温条件下发生聚合反应生成三维网状结构的热固性材料，能有效弥补沥青高温稳定性不足等缺陷，其聚合产物显著提高了水泥砂浆的粘结性能及抗冻性能。因此，WER近几年逐渐被用作乳化沥青冷拌材料的改性剂，并取得较好效果，但在泡沫沥青冷再生混合料中的应用，国内外还未开展。
现有技术中包括以下问题：1.泡沫沥青冷再生混合料中沥青含量较少，仅能裹附部分细集料形成沥青胶浆，以“点焊”形式分布于混合料中，此时冷再生混合料主要由三部分构成：①由粗集料颗粒堆积而形成的骨架结构；②泡沫沥青裹覆细集料形成的沥青胶浆呈点状分布；③未被沥青裹覆的细集料处于松散状态填充于骨架集料间(如图1左侧所示)，导致混合料中有较多空隙，松散细料在水的作用下易流失，削弱了RAP等活性成分的弱化学键，使混合料抗拉、抗水损性能下降。
2.沥青为热塑性材料，夏季高温条件下再生层温度接近沥青软化点，此时沥青黏度下降，导致泡沫沥青胶浆粘聚力降低，在集料间润滑作用加剧，这种单纯“点焊”的沥青胶浆会迅速流动，产生失稳型车辙，使泡沫沥青冷再生混合料高温稳定性下降。
3.添加水泥后的泡沫沥青冷再生混合料(如图1右侧所示)，水泥可裹附部分松散细集料形成水泥胶浆起粘结和填充作用，水泥水化产物与泡沫沥青胶浆交织形成空间立体结构，在破坏路径上水泥胶浆与沥青胶浆共同提供抗力，有效提高胶结料高温稳定性和密实性，加入水泥可以改变混合料内部孔隙分布，使混合料内部孔隙分布更为均匀，阻止水分进入混合料内部，有效提高混合料水稳定性。但水泥掺量过高会严重影响混合料低温和疲劳性能，因此水泥用量受限，混合料仍存在高温稳定性和抗水损性能不足等问题。
4.添加外掺剂可以改善泡沫沥青冷再生混合料性能，目前常见外掺剂需通过高温熔融作用与混合料形成有机整体，若采取改性基质沥青的方式掺入外掺剂，改性后沥青存在发泡性能下降等问题。因此，探寻一种采取冷拌方式改善泡沫沥青冷再生混合料性能的外掺剂具有重要意义。
以上问题均出现在泡沫沥青冷再生混合料使用和施工过程中，在道路施工过程中需要考虑施工工艺可操作性和经济性。就改善泡沫沥青冷再生混合料性能而言，尚缺乏有效的冷拌外掺剂及其添加工艺。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种水性环氧树脂提高泡沫沥青冷再生混合料性能的方法。
本发明提供了一种水性环氧树脂提高泡沫沥青冷再生混合料性能的方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，将水性环氧树脂加入水中，在室温下搅拌均匀后加入拌合锅；步骤2，在拌合锅内加入矿料和水泥以及泡沫沥青，在室温下搅拌后得到掺有水性环氧树脂的泡沫沥青冷再生混合料。
在本发明提供的水性环氧树脂提高泡沫沥青冷再生混合料性能的方法中，还可以具有这样的特征：其中，泡沫沥青冷再生混合料中的水性环氧树脂的掺量为1.5％。
在本发明提供的水性环氧树脂提高泡沫沥青冷再生混合料性能的方法中，还可以具有这样的特征：其中，当施工气温为常温时，泡沫沥青冷再生混合料在45min内进行使用，当施工气温较低或较高时，泡沫沥青冷再生混合料在30min内进行使用。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的水性环氧树脂提高泡沫沥青冷再生混合料性能的方法，通过将水性环氧树脂作为冷拌外掺剂来制备泡沫沥青冷再生混合料，能够有效地改善泡沫沥青冷再生混合料的高温稳定性和抗水损性能。
附图说明
图1是本发明的实施例中的普通泡沫沥青冷再生混合料的微观结构示意图；
图2是本发明的实施例中的水性环氧树脂提高泡沫沥青冷再生混合料性能的方法的流程示意图；
图3是本发明的实施例中掺有水性环氧树脂的泡沫沥青冷再生混合料的微观结构示意图；
图4是本发明的实施例中的水性环氧树脂掺量为1.5％和0％的试件外观对比图；
图5是本发明的实施例中在水性环氧树脂不同掺加方式和掺量下泡沫沥青冷再生混合料的ITSR、空隙率和动稳定度；
图6是本发明的实施例中的水性环氧树脂在不同储存温度下的固化过程；
图7是本发明的实施例中的不同储存时间与储存温度下泡沫沥青冷再生混合料的动稳定度和ITSR。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
图2是本发明的实施例中的水性环氧树脂提高泡沫沥青冷再生混合料性能的方法的流程示意图。
如图2所示，本实施例提供了一种水性环氧树脂提高泡沫沥青冷再生混合料性能的方法，包括以下步骤：
步骤1，将水性环氧树脂加入水中，在室温下搅拌均匀后加入拌合锅。
步骤1中的搅拌时间为10s-20s。
步骤2，在拌合锅内加入矿料和水泥以及泡沫沥青，在室温下搅拌后得到掺有水性环氧树脂的泡沫沥青冷再生混合料。
本实施例中，拌合锅的搅拌速度为60rad/min，步骤2中先按比例将矿料和水泥加入拌合锅，随后喷入水，经过5s～10s搅拌后，喷入泡沫沥青，最后搅拌10s～20s，得到掺有水性环氧树脂的泡沫沥青冷再生混合料。
本实施例中，水性环氧树脂(WER)可在室温条件下发生聚合反应生成三维网状结构，能够有效弥补沥青高温稳定性不足等缺陷，其聚合产物也能改善水泥砂浆抗裂性能。
图3是本发明的实施例中掺有水性环氧树脂的泡沫沥青冷再生混合料的微观结构示意图。
如图3所示，WER改善泡沫沥青冷再生混合料性能的原理如下：首先，在混合料拌和过程中，WER能够单独裹附松散细集料形成环氧树脂胶浆，随着水分蒸发，生成粘结性强、致密性高的聚合产物。其次WER能够对水泥砂浆较大空隙进行填充，减少空隙数量，增加结构密实性；且适量WER在泡沫沥青胶浆中能够形成交联结构，对沥青颗粒及胶浆具有嵌锁和加筋效果，能够提高沥青胶浆的致密性和稳定性(如图4所示)。因此，WER能够作为提高泡沫沥青冷再生混合料路用性能的理想改性剂。
本实施例中，还通过对比WER三种不同添加方式：方式1为先配置WER，再与矿料、水泥、沥青和水一起加入到拌和锅中；方式2为先将配置好的WER加入水中，搅拌均匀后再与矿料、水泥和沥青一起加入拌和锅内；方式3则是待泡沫沥青冷再生混合料生产结束时，将配制好WER加入到混合料中搅拌均匀。
图5是本发明的实施例中在水性环氧树脂不同掺加方式和掺量下泡沫沥青冷再生混合料的ITSR、空隙率和动稳定度。
如图5所示，在确保三种掺加方式混合料总拌和时间一致的条件下，得出最优掺加工艺为方式2。
本实施例中，在兼顾WER对沥青胶结料性能改善效果和经济性的基础上，测定WER在0.5％、1.0％、1.5％、2.0％四种掺量下对应泡沫沥青冷再生混合料的水稳定性(通过成型和养生泡沫沥青冷再生混合料标准马歇尔试件，测试试件空隙率并进行劈裂试验，以干湿劈裂强度比表征混合料的抗水损性能)与高温稳定性(通过成型和养生车辙试件，并进行60℃车辙试验，以动稳定度表征混合料的高温稳定性)，最后得到泡沫沥青冷再生混合料中的水性环氧树脂的掺量为1.5％。
本实施例中，还在不同储存时间、储存温度下对泡沫沥青冷再生混合料进行性能分析，具体过程如下：由于温度对WER固化反应速度(如图6所示)、水泥水化速度、泡沫沥青胶浆可塑性均有较大影响。因为不同季节施工气温差距较大，在分析储存时间对混合料性能影响时，需要考虑储存混合料时的温度，因此根据常见施工温度，设置20℃、30℃和40℃的储存温度进行干、湿劈裂试验。
图7是本发明的实施例中的不同储存时间与储存温度下泡沫沥青冷再生混合料的动稳定度和ITSR。
如图7所示，随着储存时间增长，混合料的抗水损性能和高温稳定性呈下降趋势，其中30min内，混合料抗水损性能下降程度小，而45min以后，当储存温度为20℃和40℃时，混合料的抗水损性能大幅度下降，甚至出现不满足规范限值要求。因此为充分发挥WER的改善作用，建议在常温时，在45min内将制备的泡沫沥青冷再生混合料从拌和厂运送至现场摊铺压实，当并且施工气温较低或较高时，运输时间宜控制在30min内。
通过本实施例的水性环氧树脂提高泡沫沥青冷再生混合料性能的方法制备得到的泡沫沥青冷再生混合料的混合料抗水损性能可提高10％左右，高温稳定性分别提高30％～50％，在这种制备方法下的沥青发泡性能不会受到影响，且在施工过程中具有极高的可操作性。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的水性环氧树脂提高泡沫沥青冷再生混合料性能的方法，通过将水性环氧树脂作为冷拌外掺剂来制备泡沫沥青冷再生混合料，能够有效地改善泡沫沥青冷再生混合料的高温稳定性和抗水损性能。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
