顧曉楠

（江蘇東方路橋建設(shè)養(yǎng)護(hù)有限公司，江蘇南京 211801）

0 引言

高速公路作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，在盤活區(qū)域經(jīng)濟(jì)、提升物流便捷度等方面發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。交通運(yùn)輸部數(shù)據(jù)顯示，2021 年全國(guó)高速公路平均每天車流量高達(dá)3200 萬(wàn)輛次。為滿足高速公路的使用需求，延長(zhǎng)其使用壽命，消除行車風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)對(duì)路面裂縫、車轍、坑槽等病害加強(qiáng)處治，并定期開展養(yǎng)護(hù)工作，借助水性環(huán)氧樹脂等新材料、新工藝，提高養(yǎng)護(hù)效率，提升高速公路總體服務(wù)能力，滿足現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求。

1 水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料概述

本文通過(guò)總結(jié)水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的基本屬性，梳理其制備方法，為制訂高速公路養(yǎng)護(hù)方案提供方向性引導(dǎo)，切實(shí)發(fā)揮材料屬性，避免技術(shù)應(yīng)用的盲目性。

1.1 水性環(huán)氧樹脂基本特點(diǎn)

近年來(lái)，我國(guó)加大高速公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)力度，根據(jù)有關(guān)部門公布的數(shù)據(jù)，2021 年，國(guó)內(nèi)高速公路總里程達(dá)到16.91 萬(wàn)km，同比增加8100km。高速公路規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，對(duì)于現(xiàn)有公路養(yǎng)護(hù)工作提出了更高的要求。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，為搶占養(yǎng)護(hù)窗口期、提高施工效率、壓縮成本投入，越來(lái)越多的團(tuán)隊(duì)傾向于將水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料作為高速公路養(yǎng)護(hù)的主要材料，通過(guò)養(yǎng)護(hù)材料的優(yōu)化選擇，提高了對(duì)瀝青路面、水泥混凝土路面、裂縫修復(fù)、基層穩(wěn)固等養(yǎng)護(hù)任務(wù)的完成率[1]。水性環(huán)氧樹脂在制備過(guò)程中，以水作為連續(xù)相，通過(guò)必要的技術(shù)方法，將環(huán)氧樹脂分散于水體之中，通過(guò)液滴或者微粒的方式，與水體充分混合，獲取性能穩(wěn)定的乳液。水性環(huán)氧樹脂在充分保留環(huán)氧樹脂基本屬性的同時(shí)，有著較強(qiáng)的綠色屬性。

與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑型環(huán)氧樹脂相比，水性環(huán)氧樹脂不僅有著良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)特性，還能有效減少污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，因而逐步在公路橋梁等工程建設(shè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。具體而言，水性環(huán)氧樹脂環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，對(duì)多種底材有著較強(qiáng)的依附能力，固化后形成的涂膜耐腐蝕能力較強(qiáng)，抗化學(xué)藥品能力突出。水性環(huán)氧樹脂由于不含有機(jī)溶劑或揮發(fā)性有機(jī)化合物，因此在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，不會(huì)對(duì)空氣產(chǎn)生污染，減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，水性環(huán)氧樹脂制備工藝更加成熟，生產(chǎn)成本更為低廉，加之其可燃性較差、無(wú)毒副作用，使運(yùn)輸、存儲(chǔ)及應(yīng)用的安全性大幅度提高，同時(shí)也降低了運(yùn)輸、存儲(chǔ)與應(yīng)用成本。而且，水性環(huán)氧樹脂制備難度較低，可以在常溫狀態(tài)下固化，不需要特殊的固化應(yīng)用條件。

1.2 水性環(huán)氧樹脂制備方法

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間探索，水性環(huán)氧樹脂制備方法日益成熟，技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)改性法、機(jī)械法和相反轉(zhuǎn)法等制備方式，完成水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的加工制備任務(wù)。具體而言，化學(xué)改性法又稱為自乳化法，其原理在于將親水性化學(xué)功能團(tuán)引入分子骨架，從而獲得較強(qiáng)的乳化能力，但這種制備方式的技術(shù)流程較多、工藝參數(shù)復(fù)雜、總體成本較高；機(jī)械法主要適用于少量水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的生產(chǎn)制備，該生產(chǎn)工藝的成本較低，操作難度較小，但是在技術(shù)因素的局限下，水性環(huán)氧乳液顆粒的分散粒徑較大，形狀不規(guī)則，穩(wěn)定性較差，成膜效果達(dá)不到預(yù)期；相反轉(zhuǎn)法的技術(shù)原理是將聚合物從油包水轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，進(jìn)而生成的水性環(huán)氧樹脂[2]，這種制備方式盡管操作難度較低，但是生成的乳液穩(wěn)定性不高，加之含有更多表面活性劑，使成膜后涂膜的硬度、耐溶劑性受到影響，難以達(dá)到預(yù)期要求。為更好地發(fā)揮水性環(huán)氧樹脂的材料優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)材料的實(shí)用屬性，在高速公路養(yǎng)護(hù)施工中，要轉(zhuǎn)換觀念，優(yōu)化材料應(yīng)用基本思路，推動(dòng)后續(xù)系列養(yǎng)護(hù)工作高質(zhì)量開展。

2 水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在高速公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用思路

為了確保水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的應(yīng)用效果，切實(shí)滿足高速公路養(yǎng)護(hù)要求，施工團(tuán)隊(duì)要轉(zhuǎn)換觀念，明確養(yǎng)護(hù)工作要求，設(shè)定應(yīng)用主要場(chǎng)景，不斷提升水性環(huán)氧樹脂材料應(yīng)用效能。

2.1 水性環(huán)氧樹脂的高效性應(yīng)用原則

高速公路養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，著眼水性環(huán)氧樹脂應(yīng)用場(chǎng)景，施工團(tuán)隊(duì)要遵循高效性的材料應(yīng)用原則，實(shí)現(xiàn)制備工藝、應(yīng)用方式、施工要求的有效聯(lián)動(dòng)，以更好地增強(qiáng)高速公路養(yǎng)護(hù)能力。具體而言，施工團(tuán)隊(duì)要發(fā)揮自身主觀能動(dòng)性，吸收借鑒以往經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確把握高速公路養(yǎng)護(hù)的任務(wù)與目標(biāo)，確定水性環(huán)氧樹脂的使用條件、應(yīng)用流程，不斷調(diào)整優(yōu)化材料參數(shù)，以充分發(fā)揮水性環(huán)氧樹脂的作用。例如，在使用水性環(huán)氧樹脂配置環(huán)氧砂漿的過(guò)程中，著眼砂漿使用場(chǎng)景，采取試驗(yàn)制成的方式，進(jìn)行高水性環(huán)氧樹脂乳液、中水性環(huán)氧樹脂乳液以及低水性環(huán)氧樹脂乳液的分類驗(yàn)證，確定其與砂漿混合后，砂漿物化屬性的相關(guān)變化，通過(guò)拉伸強(qiáng)度測(cè)試，論證砂漿實(shí)用屬性，確立砂漿制備方案，持續(xù)提升抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等基礎(chǔ)性能[3]。例如，高水性環(huán)氧樹脂乳液的密度在1.21g/cm3，抗拉強(qiáng)度為15.2MPa；中水性環(huán)氧樹脂乳液的密度在1.15g/cm3，抗拉強(qiáng)度為10.4MPa；低水性環(huán)氧樹脂乳液的密度在1.1g/cm3，抗拉強(qiáng)度為2.1MPa。通過(guò)對(duì)水性環(huán)氧樹脂摻加量進(jìn)行科學(xué)調(diào)控，可以最大限度地保證砂漿的抗拉伸強(qiáng)度，滿足高速公路的養(yǎng)護(hù)需求。

2.2 水性環(huán)氧樹脂的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)用原則

水性環(huán)氧樹脂作為目前較為成熟的高速公路養(yǎng)護(hù)材料，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)在保證高速公路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的前提下，降低修復(fù)成本，減少費(fèi)用支出。施工團(tuán)隊(duì)需要發(fā)揮主觀能動(dòng)性，加強(qiáng)技術(shù)流程與施工材料的管理，依托全面細(xì)致的管理舉措，增強(qiáng)水性環(huán)氧樹脂利用效率。施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)參考以往經(jīng)驗(yàn)，制定水性環(huán)氧樹脂使用制度，細(xì)化制備、運(yùn)輸、使用要求，規(guī)范施工行為，有序控制水性環(huán)氧樹脂用量，減少額外費(fèi)用產(chǎn)生。在利用水性環(huán)氧樹脂與水泥、砂進(jìn)行摻和時(shí)，按照1∶4∶3 的比例制備的修復(fù)砂漿，與其他砂漿相比，不僅黏度大、防水性好、工藝簡(jiǎn)單，而且水泥、砂石的用量較少，實(shí)現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)成本與養(yǎng)護(hù)質(zhì)量全方位兼顧，有效控制高速公路總體養(yǎng)護(hù)費(fèi)用[4]。

2.3 水性環(huán)氧樹脂的實(shí)用性應(yīng)用原則

在使用水性環(huán)氧樹脂進(jìn)行公路養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中，為更加充分地發(fā)揮材料優(yōu)勢(shì)，壓縮養(yǎng)護(hù)流程，提升養(yǎng)護(hù)效率，搶占窗口期，需要及時(shí)調(diào)整技術(shù)方案，根據(jù)養(yǎng)護(hù)內(nèi)容，形成可行性強(qiáng)、操作性好的技術(shù)體系。例如，在高速公路混凝土膨脹裂縫的修復(fù)中，施工團(tuán)隊(duì)要根據(jù)施工標(biāo)準(zhǔn)，立足施工場(chǎng)景，使用專業(yè)機(jī)械設(shè)備對(duì)混凝土表面予以鑿除，并使用打磨機(jī)進(jìn)行二次打磨，然后使用水性環(huán)氧樹脂砂漿對(duì)鑿除區(qū)域的混凝土表面進(jìn)行修復(fù)、補(bǔ)平?？紤]到高速公路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在進(jìn)行新舊混凝土黏結(jié)的過(guò)程中，施工人員應(yīng)將水性環(huán)氧樹脂與水泥、砂的摻和比控制在1∶4∶2。

3 水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在高速公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用路徑

高速公路養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，對(duì)于水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的應(yīng)用，施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)準(zhǔn)確把握材料屬性，從實(shí)踐角度出發(fā)，完善復(fù)合材料應(yīng)用體系，優(yōu)化施工流程，發(fā)揮水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)養(yǎng)護(hù)工作高質(zhì)量開展。

3.1 使用水性環(huán)氧樹脂進(jìn)行瀝青乳化

高速公路運(yùn)行過(guò)程中，路面在車輛載荷作用下，會(huì)承受一定的剪切應(yīng)力，使得路面平整度持續(xù)下降，影響行車的安全性與穩(wěn)定性。為應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題，保證路面平整度，一些施工團(tuán)隊(duì)習(xí)慣使用乳化瀝青作為修復(fù)材料對(duì)高速公路進(jìn)行修復(fù)。乳化瀝青是現(xiàn)階段常規(guī)性的高速公路路面修復(fù)材料，在實(shí)際使用過(guò)程中，表現(xiàn)出低污染、便捷、高效等特點(diǎn)，對(duì)于瀝青路面養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。但是必須清楚地認(rèn)識(shí)到，普通的乳化瀝青黏結(jié)能力相對(duì)不足、材料彈性不佳、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不高，難以保證修復(fù)質(zhì)量以及耐久性。在某些特殊情況下，極易出現(xiàn)二次甚至多次修補(bǔ)的情況，嚴(yán)重影響了高速公路的通行能力。將水性環(huán)氧樹脂與乳化瀝青進(jìn)行充分混合，借助水性環(huán)氧樹脂特殊的分子結(jié)構(gòu)，對(duì)乳化瀝青的性能有著明顯的提升作用。在水性環(huán)氧樹脂的改性作用下，乳化瀝青性狀更為穩(wěn)定，各類屬性參數(shù)得以提升，能快速修復(fù)路面裂縫等病害，表現(xiàn)出更強(qiáng)的實(shí)用屬性[5]。在利用水性環(huán)氧樹脂進(jìn)行瀝青乳化的過(guò)程中，施工團(tuán)隊(duì)要嚴(yán)格遵循技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合養(yǎng)護(hù)需求，根據(jù)乳化瀝青用量計(jì)算水性環(huán)氧樹脂制備量。通過(guò)對(duì)水性環(huán)氧樹脂的科學(xué)化、高效化應(yīng)用，不斷增強(qiáng)材料應(yīng)用效能，推動(dòng)瀝青乳化改性的順利完成。使用水性環(huán)氧樹脂對(duì)乳化瀝青完成改性后，施工團(tuán)隊(duì)要制訂施工計(jì)劃，有序組織相關(guān)施工活動(dòng)。結(jié)合過(guò)往經(jīng)驗(yàn)，改性乳化瀝青存放時(shí)間超過(guò)1d后，容易出現(xiàn)析水分層現(xiàn)象，析出水分后，乳化瀝青的黏結(jié)度、強(qiáng)度將明顯下降。為應(yīng)對(duì)這種情況，使用水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青時(shí)，要控制制備時(shí)間，避免改性制備與施工作業(yè)間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響最終的施工效果。同時(shí)，對(duì)于已經(jīng)完成制備的改性乳化瀝青，要采取密封存儲(chǔ)的方式，避免風(fēng)吹、雨淋及陽(yáng)光直射。在改性乳化瀝青施工環(huán)節(jié)，要對(duì)施工溫度、濕度等因素進(jìn)行靈活把控，如果氣溫較低或者瀝青稠度較大，需要進(jìn)行必要的加熱處理，以保證改性乳化瀝青快速完成噴灑作業(yè)。準(zhǔn)備工作結(jié)束后，施工團(tuán)隊(duì)操作噴灑車等設(shè)備進(jìn)行噴灑作業(yè)，考慮施工環(huán)境的特殊性，施工人員要對(duì)噴灑車進(jìn)行調(diào)試，避免設(shè)備參數(shù)調(diào)控不當(dāng)，出現(xiàn)改性乳化瀝青不能順暢噴灑等問(wèn)題。噴灑結(jié)束后，施工團(tuán)隊(duì)要及時(shí)開展養(yǎng)護(hù)處理，借助必要的養(yǎng)護(hù)舉措，確保改性乳化瀝青發(fā)揮材料優(yōu)勢(shì)，完成施工建設(shè)任務(wù)。

3.2 使用水性環(huán)氧樹脂制作灌縫用漿

水性環(huán)氧樹脂與水泥按照一定的比例進(jìn)行調(diào)配，形成具有一定黏稠度的漿液，主要用于高速公路水泥基建縫隙的填充、修復(fù)以及表面加固。與傳統(tǒng)修復(fù)材料相比，使用水泥水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，可以壓縮修復(fù)環(huán)節(jié)，減少傳統(tǒng)高速公路表面加固處理中的干燥環(huán)節(jié)，提高施工效率，壓縮施工周期。同時(shí)，水泥水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，可以有效應(yīng)對(duì)行車荷載所帶來(lái)的剪切力，增強(qiáng)了路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，水泥水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在進(jìn)行灌縫養(yǎng)護(hù)時(shí)，其抗壓強(qiáng)度在3d 內(nèi)可以到達(dá)25MPa，28d 后可以達(dá)到41MPa，并且灌縫用漿的膨脹率始終保持在0.05%范圍內(nèi)，符合高速公路路面細(xì)微裂縫的養(yǎng)護(hù)要求。為更好地提升高速公路灌縫用漿的修復(fù)性能，施工人員在水泥水性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備中，要結(jié)合養(yǎng)護(hù)要求，靈活選擇水泥種類。如控制灌縫用漿制備材料的粒徑，在寬度小于1mm 的細(xì)小裂縫養(yǎng)護(hù)中，對(duì)于水泥、骨料等材料，其粒徑30μm 的含量應(yīng)當(dāng)?shù)陀?%，粒徑6μm 的含量應(yīng)超過(guò)40%。

3.3 制備水性環(huán)氧樹脂砂漿

在水性環(huán)氧樹脂砂漿制備環(huán)節(jié)，結(jié)合水性環(huán)氧樹脂的基本屬性，對(duì)水資源用量進(jìn)行合理控制，能夠確保水性環(huán)氧樹脂砂漿具備較強(qiáng)的早期強(qiáng)度，提升高速公路路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，水性環(huán)氧樹脂砂漿制備中，水泥用量應(yīng)當(dāng)控制在30%左右，如果水泥用量過(guò)大或者過(guò)少，都會(huì)影響砂漿性能，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。施工過(guò)程中，要加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)管，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)反饋處理。同時(shí)根據(jù)溫度、濕度等條件，做好相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)工作，借助必要的養(yǎng)護(hù)舉措，減少修復(fù)區(qū)域再次發(fā)生裂縫等病害的概率。

3.4 使用水性環(huán)氧樹脂進(jìn)行基層穩(wěn)定

施工團(tuán)隊(duì)在利用水性環(huán)氧樹脂進(jìn)行高速公路基層養(yǎng)護(hù)修復(fù)的過(guò)程中，要充分考量高速公路基層所處環(huán)境，預(yù)設(shè)可能出現(xiàn)的病害或者損傷，在此基礎(chǔ)上，采取有效修復(fù)舉措，開展基層修復(fù)工作。具體而言，高速公路車流量較大，基層承受的壓力較大，出現(xiàn)基層斷裂的概率較高。為應(yīng)對(duì)上述情況，施工團(tuán)隊(duì)要根據(jù)高速公路所處區(qū)域的氣候、水文條件，靈活調(diào)節(jié)水性環(huán)氧樹脂的使用量，以保證最終修復(fù)效果。根據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)公布的數(shù)據(jù)，水性環(huán)氧樹脂的使用量與高速公路基層材料的抗壓強(qiáng)度、密度、防水性能有著正相關(guān)關(guān)系，因此，在實(shí)際施工環(huán)節(jié)，施工團(tuán)隊(duì)要持續(xù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)水性環(huán)氧樹脂使用量的精準(zhǔn)控制。

4 結(jié)語(yǔ)

水性環(huán)氧樹脂與乳化瀝青、混凝土等水泥基層材料結(jié)合使用優(yōu)勢(shì)明顯，借助完備的施工方案、合理的施工舉措，能有效增強(qiáng)高速公路路面的抗裂縫和抗車轍性能，提升高速公路的通行能力。本文在分析水性環(huán)氧樹脂特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，梳理養(yǎng)護(hù)工作思路，在實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等原則指導(dǎo)下，細(xì)化水性環(huán)氧樹脂應(yīng)用策略，拓寬水性環(huán)氧樹脂應(yīng)用途徑，確保高速公路養(yǎng)護(hù)施工有序推進(jìn)。