瀝青路面抗凝冰損傷功能性修復(fù)材料試驗(yàn)研究

陳瑤，單麗巖，譚憶秋，陳志國

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150090；2.黑龍江大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150080；3.吉林省交通科學(xué)研究所，吉林長春 130012）

在冬季，云、貴高原地區(qū)易形成災(zāi)害性凝凍天氣［1］，凝聚在路面的“凍雨”將造成路面凝冰.反復(fù)的凍融循環(huán)作用會(huì)使表層瀝青與集料的黏結(jié)力下降，從而引發(fā)表面層細(xì)集料剝落、麻面等病害［2］.目前，國內(nèi)外對(duì)凝冰后路面的處治技術(shù)研究多集中于凝冰清除［3－6］、應(yīng)急性修復(fù)［7－8］等方面.在中國，當(dāng)?shù)缆方Y(jié)構(gòu)物產(chǎn)生嚴(yán)重病害而影響其使用性能時(shí)，往往采取再生［9－10］、加鋪或結(jié)構(gòu)性修復(fù)的手段維護(hù)［11－13］，且在修復(fù)時(shí)很少考慮材料對(duì)抗凍融及耐化學(xué)腐蝕性能的要求.路面凝冰損壞與結(jié)構(gòu)性破壞不同，根據(jù)凝冰損傷基理研究路表材料功能性補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，加強(qiáng)表面微損傷細(xì)集料的界面黏結(jié)能力是瀝青路面抗凝冰損傷的關(guān)鍵.鑒于此，研究高黏結(jié)力、高滲透性的瀝青路面抗凝冰損傷功能性修復(fù)材料（以下簡稱修復(fù)材料），對(duì)促進(jìn)中國路面養(yǎng)護(hù)新技術(shù)的發(fā)展將具有重要意義.

1 原材料與試驗(yàn)方案

1.1 原材料

基質(zhì)瀝青：90＃道路石油瀝青；陽離子乳化劑：慢裂型INDULIN AA－57陽離子乳化劑，無需調(diào)節(jié)pH 值；改性劑：陽離子SBR 膠乳（SBR），INDULIN 1468改性劑；滲透劑：G 助劑.

按預(yù)定工藝制備不同摻量改性劑及滲透劑修復(fù)材料，依據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中的試驗(yàn)方法制取其蒸發(fā)殘留物試樣.

1.2 試驗(yàn)方案

依據(jù)JTG E20—2011研究改性劑及滲透劑摻量變化對(duì)修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物常規(guī)物理性能的影響，包括彈性恢復(fù)、5℃延度等.

選取粒徑為0.3～0.6mm 的標(biāo)準(zhǔn)砂制備馬歇爾試件（見表1），采用標(biāo)準(zhǔn)砂滲透法評(píng)價(jià)修復(fù)材料的物理滲透性能［14］.于試件表面均勻噴灑16.2g修復(fù)材料，靜置12h后測定乳液的滲透深度，比較滲透劑摻量變化對(duì)滲透效果的影響.

表1 馬歇爾試件的配合比Table 1 Mix proportion of Marshall sample g

將濕輪磨耗試件浸水1h后于－20℃下冰凍6h，再于20℃下融化6h作為1次凍融循環(huán)，研究不同凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)修復(fù)材料黏附性能的影響.

分別考察室溫下不同浸水時(shí)間對(duì)修復(fù)材料抗水黏附性能的影響.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 SBR 改性劑對(duì)修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物性能的影響

圖1為SBR 摻量對(duì)修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物5℃延度的影響.由圖1可見，隨著SBR 摻量的增加，修復(fù)材料的低溫延性近似呈線性增長，當(dāng)SBR 摻量為7.0%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，其5℃延度＞120cm，低溫抗塑性變形能力顯著提升.

圖1 SBR 摻量對(duì)蒸發(fā)殘留物5℃延度的影響Fig.1 5℃ductility with different SBR contents

圖2為SBR 摻量對(duì)修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物彈性恢復(fù)性能的影響.由圖2可見，隨SBR 摻量的增加，修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物彈性恢復(fù)性能逐步提升，當(dāng)SBR 摻量為1.0%時(shí)，其彈性恢復(fù)能力為26.7%，當(dāng)SBR 摻量為3.0%，5.0%和7.0%時(shí)，其彈性恢復(fù)能力分別為51.3%，82.7%和85.7%，而且當(dāng)SBR 摻量為5.0%時(shí)，其彈性恢復(fù)能力的增長幅度最大.

圖2 SBR 摻量對(duì)蒸發(fā)殘留物彈性恢復(fù)性能的影響Fig.2 Elastic recovery with different SBR contents

2.2 G 助劑對(duì)修復(fù)材料儲(chǔ)存穩(wěn)定性能及滲透性能的影響

G 助劑摻量對(duì)修復(fù)材料儲(chǔ)存穩(wěn)定性能的影響如表2所示.

表2 G助劑摻量對(duì)修復(fù)材料儲(chǔ)存穩(wěn)定性能的影響Table 2 Storage stability with different G contents

由表2可見，當(dāng)G 助劑摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為2.0%，3.0%時(shí)，修復(fù)材料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性能均滿足規(guī)范要求，但當(dāng)G 助劑摻量為4%時(shí)，隨儲(chǔ)存時(shí)間的延長，試管底部有皂液析出，故G 助劑摻量應(yīng)具上限要求.

表3為G 助劑摻量對(duì)修復(fù)材料滲透性能的影響.由表3可見，G 助劑有助于提高修復(fù)材料的滲透性能，G 助劑摻量為3.0%，固含量為62.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的修復(fù)材料，其滲透深度為8.5mm，滲透效果較好.

表3 G助劑摻量對(duì)修復(fù)材料滲透性能的影響Table 3 Permeability with different G contents

2.3 高滲透性、高黏性修復(fù)材料復(fù)配改性試驗(yàn)研究

鑒于G 助劑與SBR 對(duì)修復(fù)材料的改性作用不同，在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)該材料進(jìn)行了復(fù)配改性研究.

2.3.1 復(fù)配改性對(duì)修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物彈性恢復(fù)性能的影響

圖3為復(fù)配改性對(duì)修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物彈性恢復(fù)性能的影響.由圖3（a）可見，與未摻加G 助劑的SBR 改性修復(fù)材料相比，G 助劑的摻加可提升修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物的彈性恢復(fù)能力，經(jīng)過5.0%SBR＋3.0%G，7.0%SBR＋3.0%G 復(fù)配改性后，其蒸發(fā)殘留物的彈性恢復(fù)能力分別提高了3.6%，5.7%.

圖3 復(fù)配改性對(duì)修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物彈性恢復(fù)性能的影響Fig.3 Elastic recovery with different SBR and G contents

由圖3（b）可見，修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物的彈性恢復(fù)能力隨G助劑摻量的增加而有不同程度的提升，與未摻加G助劑的SBR 改性修復(fù)材料相比，其提高幅度為5.72%～10.39%，彈性恢復(fù)水平均超過90%.

2.3.2 復(fù)配改性對(duì)修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物5℃延度的影響

圖4為復(fù)配改性對(duì)修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物5℃延度的影響.由圖4（a）可見，與未摻加G 助劑的SBR改性修復(fù)材料相比，G 助劑對(duì)其蒸發(fā)殘留物5℃延度影響較大.5.0%SBR＋3.0%G 的5℃延度下降了39.8%；7.0%SBR＋3.0%G 的5℃延度下降了38.2%.這說明G 助劑對(duì)修復(fù)材料的低溫抗塑性變形能力有不利影響.

由圖4（b）可見，修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物5℃延度隨G 助劑摻量的增加而有不同程度的降低，下降幅度為38.2%～59.1%，其中摻3.0% G 助劑修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物5℃延度（76.4cm）的下降幅度最小，低溫抗塑性變形能力較好.

圖4 復(fù)配改性對(duì)修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物5℃延度的影響Fig.4 5℃ductility with different SBR and G contents

2.3.3 復(fù)配改性對(duì)修復(fù)材料滲透性能的影響

表4為復(fù)配改性原液的滲透性能.由表4可見，摻2.5%G 助劑試件的滲透深度僅為2.0～2.5mm，摻2.8%G 助劑試件的滲透效果有所提升，平均滲透深度為11.0～13.0mm，而摻3.0%G 助劑試件的平均滲透深度為13.0～14.0mm，滲透效果顯著.

表4 復(fù)配改性原液的滲透性能Table 4 Permeability with different SBR and G contents

表5為路表構(gòu)造深度試驗(yàn)數(shù)據(jù).由表5可見，修復(fù)材料對(duì)路表構(gòu)造深度的影響較小.當(dāng)初始路表構(gòu)造深度較大時(shí)，涂刷修復(fù)材料后，路表構(gòu)造深度下降6.5%，涂刷普通乳化瀝青時(shí)，路表構(gòu)造深度下降22.8%；當(dāng)初始路表構(gòu)造深度較小時(shí)，涂刷修復(fù)材料，路表構(gòu)造深度下降15.4%，涂刷普通乳化瀝青時(shí)，路表構(gòu)造深度下降42.0%.

表5 路表構(gòu)造深度試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 5 Test data of texture depth

2.4 修復(fù)材料關(guān)鍵性能評(píng)價(jià)

2.4.1 抗水性能

圖5為修復(fù)材料的抗水性能.由圖5可見，噴灑修復(fù)材料的濕輪磨耗試件浸水1h，1，6d的磨耗值分別為541.2，402.9，288.2g／m2，其修復(fù)初期的抗水性能逐漸提升，隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長，修復(fù)材料對(duì)表面細(xì)集料的黏附作用不斷增強(qiáng)；而無修復(fù)試件和噴灑普通乳化瀝青試件的抗水性能則隨浸水時(shí)間的延長而下降，當(dāng)浸水6d時(shí)，修復(fù)后試件與二者相比，其抗磨耗性能分別提升了76.2%，44.6%，抗水黏附效果優(yōu)異.

2.4.2 抗凍融磨耗性能

圖5 修復(fù)材料的抗水性能Fig.5 Water resistance of the material

圖6為修復(fù)材料的抗凍融磨耗性能.由圖6可見，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，修復(fù)材料的抗磨耗性能逐漸提升，具有較好的抗凍融效果；無修復(fù)試件的抗磨耗性能則逐漸下降，凍融循環(huán)20次時(shí)，噴灑修復(fù)材料的試件與對(duì)比試件相比，其細(xì)集料抗磨耗性能提升了87.2%，抗凍融黏附效果優(yōu)異.

圖6 修復(fù)材料的抗凍融磨耗性能Fig.6 Freeze－thaw resistance of the material

3 結(jié)論

（1）SBR 有助于修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物的低溫延性及彈性恢復(fù)能力，對(duì)提高其抗凍融黏附具有顯著效果.

（2）G 助劑對(duì)提高修復(fù)材料滲透性能具有顯著作用，但需控制其摻量，摻量較小時(shí)，滲透效果不佳，而摻量較大時(shí)，則對(duì)其儲(chǔ)存穩(wěn)定性能造成不利影響.

（3）G 助劑與SBR 復(fù)配改性時(shí)，G 助劑的摻加有助于修復(fù)材料蒸發(fā)殘留物的彈性恢復(fù)性能和滲透性能，但對(duì)其5℃延性有不利影響，3.0%G＋7.0%SBR 復(fù)配改性后，修復(fù)材料的整體性能較好.

（4）修復(fù)材料的高滲透性使其對(duì)路表構(gòu)造深度影響小，抗水及抗凍融黏附性能優(yōu)異.

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