超薄磨耗層用高粘改性乳化瀝青的研制

徐華杰，王文峰，牛曉偉(.江蘇東方路橋建設養(yǎng)護有限公司;.江蘇省交通科學研究院股份有限公司)

超薄磨耗層用高粘改性乳化瀝青的研制

徐華杰1，王文峰2，牛曉偉2
(1.江蘇東方路橋建設養(yǎng)護有限公司;2.江蘇省交通科學研究院股份有限公司)

摘要:研究了用于超薄磨耗層養(yǎng)護技術的高粘改性乳化瀝青的配方技術和生產(chǎn)工藝，考察了乳化劑的種類和SBS改性劑的摻量對改性瀝青及改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物性能的影響。結(jié)果表明，采用進口JS－2乳化劑，SBS改性劑摻量達到3．5%時，制備得到的改性乳化瀝青滿足超薄磨耗層用高粘改性乳化瀝青的技術指標和應用需求。

關鍵詞:乳化瀝青;高粘;改性;超薄磨耗層;研制

中圖分類號:U416．2

文獻標識碼:??: C

文章編號:??:1008－3383(2015) 01－0005－02

收稿日期:2014－10－28

作者簡介:徐華杰(1965－)，男，安徽桐城人，高級工程師，從事公路工程建設養(yǎng)護與管理。

Abstract:Research has been done to study ingredient design and preparation of high－viscosity modified emulsified asphalt．This paper investigates the influence on performance of residue of modified asphalt emulsion by varying contents of SBS and kinds of emulsifier．With performance test，it shows that modified emulsified asphalt with 3．5%－content of SBS could meet request of standard for modified emulsified asphalt when JS－2 was applied into it，which can also satisfy applying－request of Ultra－thin bonded wearing course．

Development and Preparation of high－viscosity modified emulsified asphalt used for Ultra－thin bonded wearing course

XU Hua－jie1，WANG Wen－feng2，NIU Xiao－wei2
(1. Jiangsu Eastern Highway＆Bridge Construction Maintenance Co．，Ltd; 2. Jiangsu Transportation Institute)

Key words: Emulsified Asphalt，High Viscosity，Modification，Ultra－thin bonded wearing course，Preparation

超薄磨耗層是我國高等級路面快速養(yǎng)護的重點發(fā)展方向之一，它是一種超長耐久的表面層，具有抗滑、抗車轍、抗磨耗、排水、降噪等優(yōu)良的使用性能。其作為有效的預防性養(yǎng)護措施已逐步應用在我國高等級公路中。該技術實施成功的關鍵之一是作為粘層的高粘改性乳化瀝青的使用。高粘改性乳化瀝青具有較高的粘度，能將罩面與原路面牢固地聯(lián)接為一個整體;同時高粘改性乳化瀝青具有較強的滲透性能，可以滲入原路面的細小裂縫中，封閉空隙，避免水分下滲，造成水損害;利用罩面熱混合料的熱量促使改性乳化瀝青破乳，乳液上升破乳后可封閉下部空隙，從而形成上部具有耐磨、排水、降噪的多功能磨耗層，下部具有防水、封閉裂縫的瀝青膜。

高粘改性乳化瀝青的關鍵性能在于此種乳化瀝青具有粘度高、粘結(jié)性好、破乳速度適宜的特點。在高粘改性乳化瀝青的制備過程中，乳化劑的種類和改性劑的劑量不僅對乳化瀝青的破乳速度、粘度變化起到主要作用，同時也是影響乳化瀝青粘結(jié)性能的關鍵因素。用SBS改性瀝青制備高粘改性乳化瀝青已成為高性能乳化瀝青研發(fā)的熱點，從配方的選擇和優(yōu)化出發(fā)，研究了高粘改性乳化瀝青的關鍵性能影響因素，并進而開發(fā)出一種可用于超薄磨耗層的高粘改性乳化瀝青。

1　試驗

1．1主要原材料及設備

乳化用改性瀝青的改性劑為線型SBS(苯乙烯－丁二烯嵌段共聚物)，由燕山石化提供，型號: 1301－1。采用的JS－1和JS－2改性瀝青專用乳化劑由阿克蘇諾貝爾公司提供。SK70#基質(zhì)瀝青、穩(wěn)定劑、輕質(zhì)油均由江蘇寶利瀝青股份有限公司提供。

試驗用攪拌機和高速剪切機由福祿克電子儀器儀表公司提供;膠體磨由阿克蘇諾貝爾公司提供。

1．2改性瀝青的制備

在容器中加入一定量SK70#基質(zhì)瀝青，升高溫度至175～180℃，開動高速剪切機，按比例加入SBS改性劑，高速剪切0．5 h后加入一定量的輕質(zhì)油，轉(zhuǎn)為低速攪拌，控制攪拌時間為3～4 h;待SBS完全溶解、溶脹后加入穩(wěn)定劑，繼續(xù)攪拌0．5 h。冷卻得到改性瀝青樣品，備用。

1．3改性乳化瀝青的制備

在皂液灌中按照一定比例將乳化劑與熱水配置成皂液，調(diào)節(jié)pH值為2．0～2．5。瀝青與皂液按照質(zhì)量比65∶35調(diào)節(jié)好相應的流量，開啟試驗用大膠體磨，將瀝青和皂液同時加入膠體磨，乳化穩(wěn)定后，在接收口接受冷卻的乳化瀝青樣品，待測。

1．4性能測試

瀝青、改性瀝青、改性乳化瀝青的相關性能測試按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》執(zhí)行。其中，氣溶膠法破乳速度按照ASTM D244標準進行測試。

2　結(jié)果與分析

2．1高粘改性乳化瀝青性能指標分析

超薄磨耗層用高粘改性乳化瀝青雖然是作為粘層油噴灑使用的，但超薄磨耗層對粘層改性乳化瀝青的要求非常

高，固含量要求大于65%，且要求相應蒸發(fā)殘留物具有較高的軟化點和較好的延展性。表1給出了高粘改性乳化瀝青性能指標。見表1。

表1　高粘改性乳化瀝青技術要求

從表1可以看出，超薄磨耗層用高粘改性乳化瀝青的破乳速度要求40%(ASTM D244方法測試)，意味著其在使用時應表現(xiàn)為中裂或者快裂。從超薄磨耗層施工工藝亦可知道，在高粘改性乳化瀝青撒布完成后，需立即在該粘層上進行磨耗層混合料的攤鋪，因此要求乳化瀝青在高溫下具備快速破乳并與熱拌混合料形成緊密粘結(jié)的能力。一般而言，乳化瀝青的破乳速度主要取決于乳化劑的選擇和用量，乳化劑特殊的分子結(jié)構，決定了其破乳過程和破乳速度，因此在不同乳化瀝青應用領域，應選用不同的乳化劑類型。影響乳化瀝青粘度的影響因素主要有瀝青含量、乳化劑的種類、增稠劑的用量等，其中增稠劑的用量是調(diào)整乳化瀝青粘度的有效手段。

從表1所列蒸發(fā)殘留物的軟化點、延度及彈性恢復指標可以看出，僅對基質(zhì)瀝青進行乳化，很難達到表中要求，因此，需要對基質(zhì)瀝青先行改性后再制備改性乳化瀝青。

2．2改性劑摻量對改性瀝青性能指標的影響

為研究改性劑摻量對改性瀝青性能的影響，選擇了四種SBS摻量對基質(zhì)瀝青進行改性，穩(wěn)定劑摻量保持不變，改性瀝青指標檢測結(jié)果見表2。考慮到后期改性瀝青的乳化效果以及乳化的容易程度，本研究將改性瀝青的針入度通過輕質(zhì)油組分調(diào)整至80～90(0．1 mm)之間。

表2　四種SBS摻量下改性瀝青的性能比較

由表2可知，通過添加輕質(zhì)油組分可將改性瀝青的針入度調(diào)整至80～90(0．1 mm)，以滿足乳化要求。由表1可知，高粘改性乳化瀝青殘留物軟化點要求大于55℃，10℃延度大于40 cm。表2改性瀝青測試結(jié)果表明，當改性劑摻量在3．0%以上時，軟化點為55．5以上，而5℃延度就可以達到60 cm，明顯高于技術要求。其中4．0%劑量的改性瀝青延度較低，可能的原因在于，隨著改性劑摻量改性瀝青變硬，5℃延度較難拉伸。通過離析指標觀測，所得改性瀝青具有較好的穩(wěn)定性。

2．3乳化劑對高粘改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物性能的影響

相比較普通乳化瀝青的生產(chǎn)，改性乳化瀝青生產(chǎn)對設備的要求較高。需要采用密閉乳化膠體磨設備，設備需要一定的背壓和功率。同時要求乳化劑的乳化能力很強，以滿足改性瀝青較高粘度下均勻分散于水相中。采用進口乳化劑JS－1和JS－2，使用阿克蘇諾貝爾的中試膠體磨設備，分別將制備得到的四種劑量改性瀝青進行乳化。乳化改性瀝青結(jié)果見表3。

表3　乳化改性瀝青現(xiàn)象

從表3可知，采用進口JS－1乳化劑對四種劑量的SBS改性瀝青，當改性劑摻量達到4．0%時，改性瀝青無法完成乳化過程，流出的樣品粘稠，發(fā)生迅速變黑、破乳的現(xiàn)象。原因在于，隨著改性劑摻量的添加，改性瀝青粘度逐漸增大，乳化該改性瀝青需要更多能量轉(zhuǎn)換成水包油的乳液，且該乳化劑降低表面張力的能力有限，即使得到水包油的乳化瀝青，也會很快導致破乳，發(fā)生上述現(xiàn)象。根據(jù)JS－1的乳化結(jié)果，同時依據(jù)經(jīng)驗，在進行JS－2進行乳化試驗時，僅選擇對改性劑摻量為3．0%和3．5%該性瀝青進行乳化，乳化效果良好。

采用JS－1乳化成功得到三種配方下改性乳化瀝青分別進行測試，乳化瀝青殘留物性能測試結(jié)果見表4。

表4　JS－1改性乳化瀝青殘留物性能測試結(jié)果

分析采用乳化劑JS－1乳化三種改性瀝青殘留物性能，對比乳化前改性瀝青的性能發(fā)現(xiàn)，采用JS－1乳化劑可顯著提高瀝青的針入度，使得乳化瀝青破乳成膜后瀝青變軟，明顯高于技術要求范圍。這不僅降低瀝青在使用過程中的高溫性能，同時也會降低磨耗層的粘結(jié)性能。也因此明顯降低了瀝青的軟化點。由表4可知，SBS改性劑摻量為2．5%、3．0%、3．5%的乳化瀝青軟化點均不能滿足大于55℃的要求，同時彈性恢復也不能滿足要求，10℃延度結(jié)果大于100，表明該乳化瀝青具有優(yōu)良的低溫拉伸性能。因此，雖然前期制備的改性瀝青性能滿足指標要求，但采用JS－1乳化劑對改性瀝青乳化后，其蒸發(fā)殘留物性能發(fā)生明顯改變，不能滿足指標要求。

采用JS－2乳化劑成功得到兩種配方下改性乳化瀝青，分別對其蒸發(fā)殘留物性能進行測試，結(jié)果列于表5。

表5　JS－2改性乳化瀝青殘留物性能測試結(jié)果

對比表5和表2可知，最終蒸發(fā)殘留物的針入度、軟化點和彈性恢復較相應改性瀝青有所改變，但采用JS－2乳化劑對改性瀝青性能影響較小，劑量3．5%SBS改性乳化瀝青完全滿足建議指標要求，可作為高粘改性乳化瀝青的生產(chǎn)配方。

2．4高粘改性乳化瀝青性能對比

依據(jù)前文所述配方，采用乳化劑JS－2，SBS劑量為3．5%時，制備得到高粘改性乳化瀝青產(chǎn)品，對其進行各項性能檢測，與殼牌超薄磨耗層用高粘改性乳化瀝青——Navoband樣品進行比較，結(jié)果見表6。

表6　高粘改性乳化瀝青性能對比

續(xù)表6　

由表6中可知，自行制備的高粘改性乳化瀝青滿足殼牌公司提供的指標要求，可用于超薄磨耗層養(yǎng)護工藝。同時發(fā)現(xiàn)，殼牌公司Navoband軟化點只有51℃，并沒有達到該公司設計的軟化點要求。因此，高粘改性乳化瀝青在施工工藝中，將罩面層與路面層粘結(jié)為整體仍然是該施工工藝中的主要目的。

3　結(jié)論

通過高粘改性乳化瀝青性能指標分析，分別采用JS－1 和JS－2乳化劑制備了不同改性劑摻量下的改性乳化瀝青。當SBS摻量為3．5%時，采用乳化劑JS－2制備得到高粘改性乳化瀝青能夠滿足技術要求，可應用于超薄磨耗層工藝。由JS－1乳化瀝青的結(jié)果表明，乳化劑的種類選擇是影響改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物性能關鍵因素之一。

參考文獻:

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