超粘磨耗層拌和型改性乳化瀝青指標與材料開發(fā)研究*

于明明， 朱浩然， 朱富萬

(1.蘇交科集團股份有限公司， 江蘇 南京 211112；2.新型道路材料國家工程實驗室， 江蘇 南京 211112)

超粘磨耗層是在微表處技術上開發(fā)的新一代冷拌養(yǎng)護技術，是繼稀漿封層、微表處之后的第三代產(chǎn)品。它采用專用封層設備同時噴灑乳化瀝青粘結(jié)料、攤鋪拌和玻璃纖維的超粘磨耗層冷拌混合料，經(jīng)碾壓后形成新的磨耗層，相對于普通微表處，具有高耐磨性、高粘附性、高防水性、高應力吸收和應力擴散能力、超強抗裂能力、高穩(wěn)定性、施工快捷等特點。乳化瀝青是用于冷拌冷鋪型路面養(yǎng)護的重要原材料，對微表處、超粘磨耗層冷拌瀝青混合料的性能及應用效果影響極大。該文以拌和型改性乳化瀝青為研究對象，根據(jù)超粘磨耗層的特點，結(jié)合微表處用改性乳化瀝青的技術要求，提出適合的超粘磨耗層拌和型改性乳化瀝青指標要求，并結(jié)合室內(nèi)試驗，對制備出的符合要求的改性乳化瀝青進行乳化瀝青結(jié)合料和超粘磨耗層冷拌混合料性能測試，為超粘磨耗層的推廣應用提供支撐。

1 超粘磨耗層拌和型改性乳化瀝青指標優(yōu)化

超粘磨耗層結(jié)合了超薄磨耗層和微表處的特點，但與傳統(tǒng)的微表處又有所不同，主要體現(xiàn)在：1) 超粘磨耗層冷拌混合料中除級配骨料和改性乳化瀝青外，還摻有一定數(shù)量縱橫交錯的纖維材料；2) 超粘磨耗層冷拌混合料不是直接與原路面接觸，而是同步攤鋪于專用粘層改性乳化瀝青之上。因此，超粘磨耗層冷拌專用改性乳化瀝青主要是針對表層含有玻璃纖維的冷拌乳化瀝青混合料使用的，用于超粘磨耗層冷拌混合料的改性乳化瀝青除需考慮滿足冷拌乳化瀝青混合料本身的粘結(jié)性能、抗水損害性能、耐磨性能及拌和時間、攤鋪使用要求外，還需考慮其與超粘磨耗層噴灑專用粘層改性乳化瀝青及級配骨料的配伍性。

考慮到改性乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物含量和殘留物軟化點會直接影響混合料的耐久性，結(jié)合微表處用改性乳化瀝青的技術要求，將超粘磨耗層冷拌專用改性乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物含量要求值適當提高至≥62%，殘留物軟化點要求值適當提高至≥60 ℃。參照JTG/T F40-02-2005《微表處和稀漿封層技術指南》，提出表1所示超粘磨耗層冷拌專用改性乳化瀝青的技術要求。

表1 超粘磨耗層冷拌專用改性乳化瀝青的技術要求

表1中，貯存穩(wěn)定性根據(jù)施工實際情況選擇試驗天數(shù)，通常選用5 d，若乳化瀝青生產(chǎn)后能在第二天使用完，則可選用1 d。個別情況下改性乳化瀝青5 d的貯存穩(wěn)定性難以滿足要求，如果經(jīng)攪拌后能達到均勻一致且不影響正常使用，則改性乳化瀝青運至工地后應存放在附有循環(huán)或攪拌裝置的貯存罐內(nèi)，并進行循環(huán)或攪拌，否則不準使用。

2 拌和型改性乳化瀝青的制備

2.1 原材料

改性乳化瀝青的原材料主要有基質(zhì)瀝青、乳化劑、鹽酸(根據(jù)乳化劑使用要求選配)、瀝青改性劑、酸堿調(diào)節(jié)劑等。基質(zhì)瀝青選用中海油90#瀝青，其技術指標見表2。

表2 中海油90#基質(zhì)瀝青的技術指標

為使超粘磨耗層面層冷拌混合料擁有足夠的可施工時間和較快的開放交通時間，要求所制備的改性乳化瀝青具有慢裂快凝的特性，故使用慢裂快凝型乳化劑ML1和ML2。選擇丁苯橡膠SBR作為乳化瀝青改性劑。鹽酸、SBR膠乳均為市場銷售產(chǎn)品。

2.2 制備過程及樣品制備

乳化瀝青是一種自身不穩(wěn)定的熱力學體系，僅通過普通攪拌很難制備穩(wěn)定的乳液體系。采取高速剪切或膠體磨研磨方式，利用乳化劑的親水親油平衡特性，使被研磨的瀝青顆粒穩(wěn)定地分散于水相溶液中，乳化劑在瀝青顆粒表面并列排列，形成穩(wěn)定、緊密而具有一定彈性的單分子界面膜(見圖1)。

圖1 乳化瀝青顆粒的分布

采用先改性后乳化工藝制備改性乳化瀝青。先制備SBR改性瀝青，再對SBR改性瀝青進行乳化。試驗條件為：中海油90#基質(zhì)瀝青；油水比為60∶40；皂液pH值為2.0；改性劑選用SBR膠乳，劑量為4%；皂液溫度為55～60 ℃；瀝青溫度為135～140 ℃。

通常情況下，SBR改性劑摻量越高，穩(wěn)定劑比例越大，改性瀝青的軟化點越高，延度越好，針入度降低。結(jié)合已有工程經(jīng)驗，SBR膠乳用量取4.0%～4.5%。添加4.0% SBR膠乳的改性瀝青具有較好的軟化點和延度(見表3)，能滿足改性瀝青高低溫性能要求。

表3 SBR改性瀝青的性能指標

乳化劑的類型和用量對改性乳化瀝青的破乳速度起到?jīng)Q定性作用，特別是超粘磨耗層，既要滿足混合料拌和要求，又要保證攤鋪后能快速通車。通過改變?nèi)榛瘎┑呐浔群蛽搅恐苽涞?種慢裂快凝型改性乳化瀝青見表4。

表4 改性乳化瀝青樣品中乳化劑的配比和摻量

3 拌和型改性乳化瀝青性能評價

3.1 粒徑分析

乳化瀝青的粒徑直接關系到乳化瀝青的穩(wěn)定性，粒徑越小，分布越窄，所制備的乳化瀝青越穩(wěn)定。對制備的3種改性乳化瀝青進行粒徑分布測試，結(jié)果見表5、圖2。

表5 改性乳化瀝青樣品的粒徑分布

注：D50、D90分別為體積累計50%和90%的乳化瀝青顆粒粒徑。

從表5和圖2可看出：所制備的3種改性乳化瀝青均具有較單一的粒徑，其中采用2.5%ML1制備的改性乳化瀝青的粒徑最小，采用ML1和ML2復配所制備的樣品的粒徑最大，說明采用2.5%ML1所制備的乳化瀝青具有更好的乳化特性和儲存穩(wěn)定性；雖然采用2.5%ML2制備的乳化瀝青樣品的粒徑稍大，但整體粒徑范圍在3%～6%，且50%的粒徑在3.68 μm以下，亦具有良好的乳化特性?？紤]到ML2的售價比ML1低，出于成本考慮，后續(xù)試驗樣品的性能測試主要針對3號樣品。

1號樣品

2號樣品

3號樣品

3.2 乳化瀝青性能測試

按照上述技術指標，對所制備的3號樣品進行性能測試，結(jié)果見表6。

從表6可看出：采用2.5%ML2乳化劑、SBR膠乳制備的改性乳化瀝青符合超粘磨耗層冷拌專用改性乳化瀝青的技術要求。

3.3 乳化瀝青與集料配伍性分析

對3號改性乳化瀝青進行各組成材料配伍性研究。根據(jù)所用集料篩分結(jié)果(見表7)和ISSA-Ⅲ型級配要求，調(diào)整確定粗、中、細三檔集料配比為19∶19∶62，相應級配設計和合成級配曲線見表8和圖3。

表6 超粘磨耗層冷拌專用改性乳化瀝青性能測試結(jié)果

表7 集料篩分結(jié)果

表8 集料級配設計(粗∶中∶細=19∶19∶62)

圖3 集料級配設計曲線

按照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進行稀漿混合料拌和試驗與粘聚力試驗，評價超粘磨耗層拌和型乳化瀝青與集料各組分之間的配伍性，結(jié)果見表9。

表9 冷拌乳化瀝青混合料性能測試結(jié)果

注：粘聚力測試試驗條件為戶外31 ℃，自然破乳固化。

從表9可看出：用2.5% ML2制備的陽離子改性乳化瀝青的拌和時間達到125 s，滿足混合料拌和要求；1 h濕輪磨耗值滿足規(guī)范要求，說明成型的混合料具有較好的配伍性；粘聚力試驗結(jié)果滿足規(guī)范要求，表明混合料能滿足開放交通的要求。采用該乳化瀝青成型的超粘磨耗層冷拌混合料的性能完全滿足ISSA A-143-2010的要求，具有較好的路用性能及施工和易性，可滿足施工需要。

4 結(jié)論

(1) 拌和型改性乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物含量≥62%，殘留物軟化點≥60 ℃。

(2) 采用中海油90#基質(zhì)瀝青，經(jīng)慢裂快凝型乳化劑2.5%ML2乳化、SBR膠乳改性所制備的改性乳化瀝青符合超粘磨耗層拌和型改性乳化瀝青的技術要求，且制備的超粘磨耗層冷拌混合料具有較好的路用性能及施工和易性，可滿足施工需要。