加熱型瀝青路面灌縫膠的研究

陳松，李福起，裴曉光，韓凌

（中海油（青島）重質油加工工程技術研究中心有限公司，山東青島266500）

工程師園地

加熱型瀝青路面灌縫膠的研究

陳松，李福起，裴曉光，韓凌

（中海油（青島）重質油加工工程技術研究中心有限公司，山東青島266500）

本文以綏中36-1基質瀝青為原料，考察了2種改性劑、2種相容劑對加熱型瀝青路面灌縫膠性能的影響。結果表明，改性劑與相容劑的種類、添加量以及改性劑復配比例對灌縫膠的性能有較大的影響。在此基礎上，研制出適用于嚴寒地區(qū)的加熱型瀝青路面灌縫膠。

預防性養(yǎng)護；路面裂縫；改性瀝青；相容劑；復配改性劑

加熱型瀝青路面灌縫膠目前已廣泛應用于高等級公路預防性養(yǎng)護工作中。通過對路面裂縫的早期修補能夠有效的延緩路面病害發(fā)生，推遲翻修、重建的時間，延長路面使用壽命，從而以有限的投入獲得更大的路面服役能力[1-4]。

國外對路面預防性養(yǎng)護材料的研究起步較早，目前，已經建立了完整的路面裂縫修補施工技術方案以及路面裂縫修補材料的性能評價體系[5-7]。我國于二十世紀90年代中后期開始引進瀝青路面灌縫技術，應用于高等級道路的預防性養(yǎng)護工作，并獲得顯著收效[3]。目前，我國公路管理部門以及材料供應商在引進國外高性能材料和先進的施工技術以外，全都將目光投向了新材料、新技術的開發(fā)和應用。隨著人們預防性養(yǎng)護觀念的建立以及我國公路工程方面工作由新建向養(yǎng)護維修轉移，對灌縫材料的需求量和產品質量均有大幅度提高，所以對高性能灌縫材料的開發(fā)仍然是廣大公路材料研發(fā)人員在今后一段時期內關注的重點[8-11]。

本文利用聚合物改性劑復配的方式對綏中36-1基質瀝青進行改性，考察了改性劑、相容劑的種類、加入量以及改性劑復配比例等因素對灌縫膠性能的影響，制備了符合JT/T 740-2009質量標準并且適用于嚴寒地區(qū)的加熱型瀝青路面灌縫膠。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

本試驗所用基質瀝青為中海油（青島）重質油加工工程技術研究中心有限公司生產的中海油36-1 AH-90，基質瀝青的性質見表1，兩種相容劑C1、C2為富含芳烴餾分油，其組分分析見表2，兩種改性劑M1、M2均為高分子合成材料，其中M1屬于熱塑彈性體改性劑，M2屬于橡膠類改性劑。

1.2 灌縫膠的制備

本試驗中灌縫膠制備過程如下：按照一定比例將基質瀝青與相容劑混合均勻，緩慢升高溫度至160℃，在高速攪拌的條件下加入改性劑，再升高溫度到190℃，在此溫度下繼續(xù)高速攪拌，待改性劑在瀝青與相容劑體系中得到充分分散、溶脹后，取樣分析。

表1 基質瀝青性質Tab.1 Performance of base asphalt

表2 相容劑性質Tab.2 Performance of compatibilizers

1.3 灌縫膠的質量指標

本試驗以JT/T 740-2009《橡膠瀝青灌縫膠》中要求的25℃錐入度、軟化點、60℃流動值、25℃彈性恢復率以及-30℃低溫拉伸5個檢測項目來考察所制備的瀝青路面灌縫膠的性能。該標準按照不同的適用條件將灌縫膠產品分成4種類型，技術指標見表3。

表3 加熱型瀝青路面灌縫膠質量指標Tab.3 Specification ofhot-applied sealant for pavement

2 結果與討論

2.1 不同類型改性劑對灌縫膠性能的影響

加熱式瀝青路面灌縫膠主要用于路面裂縫的修補，因此，與作為面層鋪筑的重交瀝青和改性瀝青在技術指標上存在較大的差別。在路面養(yǎng)護中，灌縫膠的作用是對裂縫的密封，阻止雨雪對基層損害，所以它需要具有良好的粘結性能以及抗變形能力。目前，高等級公路上最常見的橫向裂縫大多是因為氣溫的變化而導致的溫縮裂縫，可見對于灌縫材料來說，要有足夠的高溫抗變形能力和低溫下與瀝青混凝土的粘結性能。除此之外，為了適應裂縫形狀隨著溫度以及荷載的變化而發(fā)生的改變，灌縫材料還要具有一定的彈性恢復能力。

目前，橡膠、熱塑彈性體以及熱塑性樹脂等大多數的合成材料已經廣泛應用于改性瀝青的制備，憑借出色的力學性能能夠大幅度提高改性后瀝青的性質。本試驗分別選取兩種改性瀝青制備過程中常用的改性劑M1、M2對基質瀝青進行改性，并按照灌縫膠的技術要求，對比兩種改性劑對高溫抗變形能力、低溫粘結性能以及彈性變形能力的影響，結果見表4。

表4 不同改性劑灌縫膠的性能Tab.4 Performance of variation asphaltwithmodifier

由表4可知，加入改性劑后錐入度降低，軟化點、彈性恢復率以及-30℃拉伸斷裂最大位移均有提高，可見本試驗中選擇的兩種改性劑對灌縫材料所要求的性能有改善的作用。

高溫性能改性效果：M1＞M2；抵抗彈性形變性能改性效果：M1＞M2；低溫粘結性能改性效果：M1＞M2，即熱塑彈性體改性劑M1在加熱型路面灌縫膠材料的制備過程中作用優(yōu)于橡膠類改性劑M2，下面以M1作為改性劑考察兩種相容劑對灌縫材料的性能影響。

2.2 相容劑對灌縫膠性能的影響

相容劑是改性瀝青制備中常用的一種添加劑，向基質瀝青中調入相容劑能夠改善原瀝青中的組分配比，有助于提高改性劑與基質瀝青的相容性，從而使聚合物的性能更好的體現在改性瀝青中。通過前面試驗已知，加入改性劑后錐入度降低，瀝青塑性變差，并且改性劑加入量較大難以在瀝青中均勻分散，故在前面試驗的基礎上分別向M1、M2改性的瀝青中加入相容劑C1，考察相容劑的加入對改善灌縫膠的塑性以及低溫粘結性的作用，結果見表5。

表5 灌縫膠低溫性能Tab.5 Low temperature performanceof sealant

由表5可知，通過調和相容劑能夠改善灌縫膠低溫抗拉伸能力，這是由于加入相容劑一方面改善了聚合物改性劑與基質瀝青的相容性，使得改性劑溶脹更加充分，分散更加均勻；另一方面相容劑在低溫延伸性方面優(yōu)于基質瀝青，替代一部分基質瀝青后可以提高灌縫膠的延伸性能，改善低溫拉伸性能。下面考察了兩種相容劑C1、C2在不同添加量的條件下對灌縫膠性能的影響，見圖1～5。

圖1 相容劑添加量對灌縫膠錐入度的影響Fig.1 Cone penetration ofvariation asphaltwith contentof compatibilizer

圖2 相容劑添加量對灌縫膠軟化點的影響Fig.2 Softening pointofvariation asphaltwith contentof compatibilizer

圖3 相容劑添加量對灌縫膠流動值的影響Fig.3 Flow ofvariation asphaltwith contentof compatibilizer

圖4 相容劑添加量對灌縫膠彈性恢復率的影響Fig.4 Resilience ofvariation asphaltwith contentof compatibilizer

圖5 相容劑添加量對灌縫膠低溫粘結性的影響Fig.5 Bond of variation asphaltwith contentof compatibilizer

由圖可見，相容劑的加入能夠明顯提高灌縫膠的錐入度，相同條件下加入C1比C2提高錐入度幅度大；與錐入度規(guī)律一致，相容劑的加入使得軟化點降低，并且在等量條件下C1比C2的軟化點更低；C2對灌縫膠的流動值影響較小，當C2在0～100%范圍內增加時，試驗結果均沒有超過5mm，C1在添加量大于75%時流動值超過標準要求的5mm，從組分分析結果看C2的重組分含量高，可能是導致高溫性能較好的原因；隨著相容劑添加量的增加，兩組試驗的彈性恢復率均呈現先增加后減小的趨勢，這是由于相容劑加入量低的條件下灌縫膠主要呈現的是基質瀝青的塑性，形變后難以恢復，隨著加入量提高，聚合物得到了充分的溶脹，此時主要呈現聚合物的彈性特征，進一步增大相容劑的添加量由于相容劑作為軟組分使得灌縫膠的錐入度迅速增加，從而彈性特征又轉為塑性特征；通過比較兩種相容劑對灌縫膠低溫拉伸性能的影響，可以看出相容劑C1對增加低溫拉伸最大位移作用更加明顯。綜上所述，在灌縫膠改性方面，輕組分含量高的C1對低溫性能方面貢獻高，而重組分含量高的C2對高溫性能方面貢獻高，本文為了制備適用于嚴寒地區(qū)使用的灌縫膠，故在后面的試驗中選取C1作為相容劑。

2.3 聚合物改性劑含量對灌縫膠性能的影響

通過前面試驗確定出改性劑M1、相容劑C1對基質瀝青的改性效果較好，故在相容劑C1與基質瀝青質量比為1∶1的條件下，考察改性劑M14種添加量下對灌縫膠性能的影響，結果見表6。

表6 不同M1加入量灌縫膠的性能Tab.6 Performance of variation asphaltwith content ofM1

由表6可知，隨著改性劑M1添加量增加，錐入度降低，軟化點升高，彈性恢復率升高。4組試驗樣品高溫性能均非常出色，流動值為0mm，同時低溫指標也均滿足規(guī)范要求值，但彈性恢復率的數值卻超過上限要求值，這樣材料自身的內聚力過高，使用過程中容易與瀝青路面分離，嚴重者會造成灌縫粘結處瀝青混凝土開裂。這是由于熱塑彈性體改性劑M1在改性過程中交聯成為網絡結構的連續(xù)相，使得改性瀝青在整體上具有了彈性體的特征，所以大大提高了高、低溫使用性能，但也使得彈性恢復率升高。橡膠類改性劑M2在改性機理方面有別于熱塑彈性體改性劑M1，通過自身的溶脹而成為連續(xù)相，改性瀝青的性能大部分依靠改性劑的特性，故在高溫、低溫以及彈性性能方面均低于M1，可見單獨使用M1、M2均無法得到所有指標均滿足要求的產品，下面考慮兩種改性劑復配對灌縫膠產品性能的影響。

2.4 復配改性劑對灌縫膠性能的影響

在相容劑C1與基質瀝青質量比為1∶1的條件下，分別考察加入10%M1、35%M2、10%M1+35%M2改性后的瀝青性能，結果見表7。

表7 不同比例M1與M2灌縫膠的性能Tab.7 Performance of variation asphaltwith ratio of M1to M2

由表7可知，通過M1與M2復合改性能夠保留原有的高溫抗流動性以及低溫粘結性，同時M2作為填充物也可以在一定程度上減弱原有材料的彈性恢復率指標，調節(jié)添加劑適當的比例可以得到滿足JT/T 740-2009《橡膠瀝青灌縫膠》技術指標要求的嚴寒型產品。

3 結論

（1）制備瀝青路面灌縫膠的過程中，兩種聚合物改性劑對產品性能貢獻排序，高溫性能：M1＞M2；抗彈性形變性能：M1＞M2；低溫粘結性能：M1＞M2，即熱塑彈性體改性劑M1在加熱型路面灌縫膠材料的制備過程中作用優(yōu)于橡膠類改性劑M2。

（2）在路面瀝青灌縫膠的制備過程中相容劑不僅起到改善材料延伸性的作用，而且與基質瀝青調和增大了軟瀝青組分的比例，促進聚合物改性劑的溶脹分散，從而得到理想的力學指標。本試驗所考察的兩種相容劑，添加輕組分含量高的C1得到的灌縫膠低溫性能較好，而添加重組分含量高的C2得到的灌縫膠高溫性能較好，在制備嚴寒地區(qū)使用的灌縫材料時宜采用輕組分含量高的相容劑。

（3）改性劑M1與M2復配制備灌縫膠能夠達到單獨使用M1改性制備灌縫膠的高溫抗變形性能與低溫拉伸性能，降低材料的彈性恢復率指標。在相容劑添加量50%，改性劑M1加入量10%，改性劑M2加入量35%的條件下，得到了滿足JT/T740-2009標準要求的嚴寒型橡膠瀝青灌縫膠產品。

［1］孫祖望.瀝青路面養(yǎng)護維修技術的發(fā)展與新材料、新工藝、新技術的應用［J］.建設機械技術與管理,2011,17（8）:22-25.

［2］馬進福.灌縫技術［J］.建設機械技術與管理,2007,（2）:70-73.

［3］王松根.預防性養(yǎng)護策略與應用技術［R］.2011.

［4］劉燁,尹如軍,王國安.公路裂縫處理技木及設備［J］.筑路機械與施工機械化,2004,（3）:25-31.

［5］李峰,黃頌昌,石小培.瀝青路面裂縫密封膠的低溫性能評價［J］.武漢理工大學學報,2011,33（8）:53-57.

［6］吳寧,張璠.瀝青路面裂縫修補材料的技術性能及控制指標試驗研究［J］.中外公路,2011,31（1）:191-195.

［7］楊曙嵐,林毅,張璠.瀝青路面裂縫修補材料的性能指標探討［J］.現代交通技術,2008,5（5）:10-13.

［8］韓靜.瀝青路面預防性養(yǎng)護材料的開發(fā)及技術性能研究［D］.西安:長安大學碩士論文,2012.

［9］林春梅.大溫差地區(qū)瀝青路面橫縫規(guī)律調查與灌縫工藝研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學碩士論文,2011.

［10］楊澤軍.利用膠粉摻配瀝青制備路面灌縫材料［J］.建設機械技術與管理,2009,22（7）:92-93.

［11］蘇小雷,付躍松.高性能瀝青路面灌縫膠的制作及應用［J］.中國公路,2012,（20）:115-117.

Study on hot-app lied sealants for pavem ent

C HEN Song,L I Fu-qi,P EI Xiao-guang,H AN Ling
（Heavy Oil Process Engineering&Technology Research Center Co.,Ltd.,CNOOC（Qingdao），Qingdao 266500，China）

s：This paper studied the performance of hot-applied sealant,which was modified by 2 kinds of modifier and 2 kinds of compatibilizers from Suizhong 36-1 base asphalt.The results showed that the properties of the sealant have a significant relationship with the kind and content of additives,ratio between in the constituent the compound modifiers.On this basis,hot-applied sealant for cold regionswas developed.

pavement preventive maintenance；pavement crack；modified asphalt；compatibilizer；compound modifier

U416.217

A

1002-1124（2014）07-0061-04

2014-05-20

陳松（1985-），男，漢族，河北省石家莊人，2011年畢業(yè)于中國石油大學（北京），化學工程專業(yè)，碩士研究生，現就職于中海油（青島）重質油加工工程技術研究中心有限公司，主要從事石油瀝青技術研究工作。