基于層間粘結(jié)的高黏改性乳化瀝青性能評(píng)價(jià)及應(yīng)用

（1.北京市政路橋建材集團(tuán)有限公司門頭溝瀝青廠，北京 102300；2.北京市政路橋正達(dá)道路科技有限公司，北京 102600；3.北京市政路橋建材集團(tuán)有限公司，北京 100176）

瀝青路面層間結(jié)合不良是影響其使用壽命的重要因素[1-3]，因此，瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范及設(shè)計(jì)規(guī)范中均明確要求瀝青路面層間必須噴灑粘層油，以使路面形成整體結(jié)構(gòu)，避免路面層間滑移或擁包、車轍等病害發(fā)生。

目前，常用的粘層油為PC-3 乳化瀝青和SBR 膠乳改性的PCR 改性乳化瀝青，PC-3 乳化瀝青溫度穩(wěn)定性差，粘結(jié)能力有限，PCR 改性乳化瀝青雖在一定程度上提高了粘層的高溫性能和粘結(jié)力，但提高幅度有限，對(duì)于層間粘結(jié)要求較高的路況，很難滿足要求，如超薄罩面與原路面間、水泥路面加鋪瀝青路面間、長(zhǎng)大縱坡路段、重載路段等[1,4-6]。為了改善瀝青路面層間粘結(jié)性能，研制了基于SBS 改性瀝青的高黏改性乳化瀝青。

本文以北京地區(qū)道路大修工程為依托，選用自主研制的高黏改性乳化瀝青，采用斜剪試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)對(duì)其層間粘結(jié)性能進(jìn)行了考察，并與市場(chǎng)常用的PCR 改性乳化瀝青、PC-3 乳化瀝青及無粘層油情況進(jìn)行了對(duì)比。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

基質(zhì)瀝青：GS70 號(hào)瀝青；SBS 改性劑：6302H，中石油獨(dú)山子石化公司提供；SBR 膠乳：PC1468，上海龍孚材料技術(shù)有限公司提供。

1.2 改性瀝青制備

將加熱好的基質(zhì)瀝青和相容劑按一定比例加入容器中，開動(dòng)剪切機(jī)低速剪切攪拌并升溫至175 ℃，然后邊高速剪切邊加入SBS 改性劑，剪切1 h，然后邊攪拌邊加入穩(wěn)定劑，攪拌發(fā)育2 h。

1.3 改性乳化瀝青制備

1.3.1 SBS 改性乳化瀝青

先將皂液和SBS 改性瀝青加熱到設(shè)定的溫度，然后將二者按照設(shè)定的比例泵送進(jìn)膠體磨，磨出口保持一定的壓力，并經(jīng)過冷卻換熱。

1.3.2 PCR 改性乳化瀝青

先制備PC-3 乳化瀝青，然后邊攪拌PC-3乳化瀝青邊加入一定比例的SBR 膠乳溶液，攪拌均勻。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 常規(guī)指標(biāo)

乳化瀝青常規(guī)技術(shù)指標(biāo)根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）進(jìn)行檢測(cè)。

1.4.2 剪切強(qiáng)度

剪切強(qiáng)度采用斜剪試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。斜剪試驗(yàn)試件由兩塊45°斜角試件拼接而成，乳化瀝青涂刷在兩塊斜角試件之間，具體成型和試驗(yàn)方法參照文獻(xiàn)[7]進(jìn)行，斜角試件所用材料為AC-20 瀝青混合料。

1.4.3 拉拔強(qiáng)度

拉拔強(qiáng)度采用拉拔試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。拉拔試驗(yàn)所用的復(fù)合試件：5 cmAC-20 瀝青混凝土+粘層乳化瀝青+5 cmAC-13 瀝青混凝土，試件直徑為100 mm，具體成型和試驗(yàn)方法參照文獻(xiàn)[7]進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 剪切強(qiáng)度

2.1.1 噴灑量對(duì)剪切強(qiáng)度的影響

在25 ℃下進(jìn)行斜剪試驗(yàn)，測(cè)定不同種類乳化瀝青噴灑量對(duì)剪切強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 不同種類乳化瀝青噴灑量對(duì)剪切強(qiáng)度影響

圖1表明，隨乳化瀝青用量增加，三種乳化瀝青的剪切強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)，這說明粘層乳化瀝青噴灑量必須限定，否則影響瀝青路面層間抗剪性能。相同改性劑用量下，基于SBS 改性瀝青制備的高黏改性乳化瀝青的抗剪切強(qiáng)度大于SBR 改性乳化瀝青，兩種改性乳化瀝青的抗剪切強(qiáng)度大于非改性的PC-3 乳化瀝青。另外，圖1表明，對(duì)于SBS 改性乳化瀝青來說，SBS 用量為3.2%和3.6%時(shí)，二者剪切強(qiáng)度相差不大，這說明在實(shí)際應(yīng)用過程中，改性劑用量需要優(yōu)化。

2.1.2 溫度對(duì)剪切強(qiáng)度影響

溫度對(duì)不同粘層材料層間剪切強(qiáng)度的影響見圖2。圖2表明，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，高黏改性乳化瀝青的層間剪切強(qiáng)度最大，其次為PCR 改性乳化瀝青，再者為PC-3 乳化瀝青和無粘層油；四種材料層間剪切強(qiáng)度的差值隨溫度升高呈減小趨勢(shì)，溫度為60 ℃，PC-3 乳化瀝青和無粘層油的剪切強(qiáng)度基本一致，說明此時(shí)由于粘層油在高溫的作用下已經(jīng)失去粘結(jié)能力，甚至?xí)跇O端情況下起到層間的潤(rùn)滑作用，基本失去粘結(jié)的性能。而60 ℃時(shí)，高黏改性乳化瀝青的層間剪切強(qiáng)度最大，這說明高黏改性乳化瀝青具有良好的層間粘結(jié)性能。

圖2 溫度對(duì)不同粘層材料層間剪切強(qiáng)度的影響

另外，由圖2可知，剪切強(qiáng)度隨溫度升高呈快速減小變化規(guī)律，這說明其對(duì)溫度比較敏感。對(duì)于無粘層油、PC-3 乳化瀝青、PCR 改性乳化瀝青和高黏改性乳化瀝青來說，40 ℃剪切強(qiáng)度只有25 ℃的53%～58%，60 ℃剪切強(qiáng)度只有25℃的25%～30%左右。這說明，瀝青路面層間粘結(jié)受溫度影響非常大，大于粘層油本身的影響，當(dāng)溫度較高時(shí)，瀝青面層層間剪切強(qiáng)度將會(huì)大幅下降，這也就是為何夏季高溫瀝青路面易發(fā)生推移、擁胞等病害的重要原因。

為了對(duì)比層間粘結(jié)強(qiáng)度與混合料本身的強(qiáng)度值，將45°斜剪試件測(cè)得的剪切強(qiáng)度與混合料破壞時(shí)的剪切強(qiáng)度的比值定義為抗剪切強(qiáng)度比，抗剪切強(qiáng)度比越大，說明層間粘結(jié)的薄弱程度越低，抵抗剪切應(yīng)力破壞的能力越強(qiáng)。

不同粘層材料在不同溫度下的剪切強(qiáng)度比見圖3。由圖3可知，試驗(yàn)范圍內(nèi)，灑布高黏改性乳化瀝青的剪切強(qiáng)度比明顯優(yōu)于灑布PCR 改性乳化瀝青、PC-3 乳化瀝青及無粘層油的情況；隨溫度升高，抗剪切強(qiáng)度比呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，這說明在高溫下層間的剪切強(qiáng)度值與混合料本身的強(qiáng)度呈現(xiàn)接近的趨勢(shì)，從數(shù)據(jù)看出在60 ℃的試驗(yàn)條件下，灑布高黏改性乳化瀝青、PCR 改性乳化瀝青、普通乳化瀝青以及無粘層油時(shí)剪切強(qiáng)度比分別為93.4%、88.8%、85.5%、85.0%，灑布高黏改性乳化瀝青的層間剪切強(qiáng)度更加接近混合料本身的強(qiáng)度，也說明了高黏改性乳化瀝青具有良好層間粘結(jié)性能。

圖3 不同粘層材料在不同溫度下的剪切強(qiáng)度比

2.2 拉拔強(qiáng)度

溫度對(duì)不同粘層材料拉拔強(qiáng)度的影響見圖4。圖4表明，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，拉拔強(qiáng)度的大小順序?yàn)椋焊唣じ男匀榛癁r青＞PCR 改性乳化瀝青＞PC-3 乳化瀝青＞無粘層油，噴灑粘層油的拉拔強(qiáng)度大于無粘層油的，這說明了粘層油的確提高了層間粘結(jié)性能，且高黏改性乳化瀝青在提高層間粘結(jié)性能方面效果最好。

另外，圖4表明，拉拔強(qiáng)度隨溫度升高呈急劇下降，40 ℃拉拔強(qiáng)度只有25 ℃的32%～35%左右，60 ℃剪切強(qiáng)度只有25 ℃的11%～18%左右，可見，拉拔強(qiáng)度同樣具有很強(qiáng)的溫度敏感性。

與2.1.2 的剪切強(qiáng)度結(jié)果對(duì)比可知，試驗(yàn)范圍內(nèi)，相同溫度下，剪切強(qiáng)度明顯大于拉拔強(qiáng)度，這與李嘯華等[7]的研究結(jié)論是一致的，這可能是由于拉拔試驗(yàn)和斜剪試驗(yàn)層間受力模式不同。斜剪試驗(yàn)不僅與粘層材料性能相關(guān)，同時(shí)與相鄰層間的摩擦阻力、剪切角等因素相關(guān)，而拉拔試驗(yàn)僅以粘層材料本身性能為主。

圖4 溫度對(duì)不同粘層材料層間拉拔強(qiáng)度的影響

2.3 高黏改性乳化瀝青性能指標(biāo)評(píng)價(jià)及應(yīng)用

按照《道路超薄罩面施工技術(shù)規(guī)范》（DB11/T 1590—2018）的要求對(duì)高黏改性乳化瀝青的性能指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果見表1。

表1 檢測(cè)結(jié)果

由表1可知，高黏改性乳化瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足DB11/T 1590—2018 要求，基于SBS改性瀝青制備的高黏改性乳化瀝青具有良好的貯存穩(wěn)定性，且軟化點(diǎn)高、黏度大、低溫延度良好，已被成功應(yīng)用在西長(zhǎng)安街大修、三環(huán)大修、京港澳大修、石擔(dān)路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)等工程中，效果良好。

4 結(jié)論

a）四種粘層材料的剪切強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度比及拉拔強(qiáng)度大小順序均為：高黏改性乳化瀝青＞PCR 改性乳化瀝青＞PC-3 乳化瀝青＞無粘層油。

b）隨乳化瀝青用量增加，高黏改性乳化瀝青、PCR 改性乳化瀝青和PC-3 乳化瀝青的抗剪強(qiáng)度均呈先增大后減小的變化規(guī)律。

c）剪切強(qiáng)度和拉拔強(qiáng)度均具有很強(qiáng)的溫度敏感性，隨溫度升高呈迅速降低趨勢(shì)。

d）剪切強(qiáng)度比結(jié)果表明，高黏改性乳化瀝青抗剪切強(qiáng)度比在高溫時(shí)接近1，接近混合料自身強(qiáng)度，具有良好的層間粘結(jié)性能。

e）高黏改性乳化瀝青具有軟化點(diǎn)高、黏度大、低溫延度好的特點(diǎn)，已在北京地區(qū)道路大修及養(yǎng)護(hù)工程中得到應(yīng)用，效果良好。