改性乳化瀝青性能影響因素分析

■蔣海泓

（福建省交通規(guī)劃設計院有限公司，福州 350004）

由瀝青路面層間抗剪強度不足而導致的層間滑移問題突出[1-3]。 在道路的沉陷、車轍、混合料離析等明顯的路表破壞處鉆芯取樣，會發(fā)現(xiàn)70%的芯樣都有層間脫開現(xiàn)象[4-6]。 上述層間滑移、層間脫開等問題，很多都是由粘層油噴灑問題帶來的。 粘層改性乳化瀝青的原材料主要包括水、瀝青、改性劑、乳化劑等， 各種指標會隨著不同化學劑而發(fā)生變化?；|(zhì)瀝青中加入改性劑和乳化劑會改變?yōu)r青的基本性能，改性劑和軟化劑的種類和劑量對乳化改性瀝青蒸發(fā)殘留物的針入度、軟化點等基本性能也會有影響。SBS 和SBR 是目前應用最為廣泛的兩種瀝青改性劑，乳化后的效果有一定區(qū)別。 為分析影響改性乳化瀝青的主要因素， 本研究配制了SBS 和SBR 兩種乳化改性瀝青，以針入度、軟化點、延度、存儲穩(wěn)定性和彈性恢復率為主要指標進行了室內(nèi)試驗研究。

1 原材料與試驗設計

本研究采用2 種基質(zhì)瀝青、2 種SBS 改性瀝青、2 種SBR 乳化劑、1 種SBS 改性瀝青專用乳化劑進行試驗研究，其中基質(zhì)瀝青作為SBR 改性乳化瀝青的母體瀝青，SBS 瀝青作為SBS 改性乳化瀝青的母體瀝青。

1.1 原材料性能指標

本次試驗采用美國美德維實偉克公司的陽離子丁苯膠乳INDULIN1468，記為SBR1；山東顯元化工的SBR 1502，記為SBR2；美國美德維實偉克公司的乳化劑AA-63D，記為乳化劑1，江陰七星助劑有限公司生產(chǎn)的乳化劑2， 天津康澤威公司的KZW-802S 改性瀝青專用乳化劑,記為乳化劑3。 材料基本性能見表1～3。

表1 基質(zhì)瀝青各項指標性質(zhì)

本研究制作的SBS 改性乳化瀝青采用SBS 含量為4%的2 種商品改性瀝青進行乳化， 兩種改性瀝青的技術指標見表2。

表2 改性瀝青的基本性能指標

1.2 主要工況

本研究中的SBR 改性乳化瀝青由基質(zhì)瀝青、SBR 改性劑和乳化劑在試驗室內(nèi)改性乳化而成，SBS 改性乳化瀝青采用已制備好的SBS 含量為4%的改性瀝青進行乳化。 為了降低已有改性瀝青的軟化點，利于進行乳化，在此次試驗中把改性瀝青和基質(zhì)瀝青按一定的比例摻配（改性瀝青和基質(zhì)瀝青是同種型號）。

表3 乳化劑的主要物理化學性質(zhì)

乳化過程如下：（1）先用乳化液對剪切機進行預熱， 乳化SBS 類預熱的時間要比SBR 的長點；（2）胺型陽離子乳化劑不能直接溶于水，需要用鹽酸或醋酸調(diào)節(jié)pH 值，季胺型無需調(diào)酸；（3）在制作改性乳化乳液時， 乳液溫度在55℃～60℃（SBS 高10℃左右）；（4）基質(zhì)瀝青在烘箱內(nèi)加熱時，烘箱溫度控制在110℃～150℃; 改性瀝青在烘箱內(nèi)加熱時，烘箱溫度控制在165℃～180℃。在以上這兩個改性乳化瀝青制作的注意事項中，最應該控制的是溫度。

2 結(jié)果與分析

討論改性劑類型、劑量與乳化劑種類和劑量對軟化點、針入度、延度等改性乳化瀝青技術指標的影響。

2.1 軟化點

試驗研究得到的乳化改性瀝青蒸發(fā)殘留物的軟化點見表4～6 與圖1～2。

表4 不同SBR 含量下的乳化改性瀝青軟化點

從試驗結(jié)果分析， 對SBR 改性乳化瀝青來說，不同乳化劑對軟化點有所影響，見表4 與圖1、2。對瀝青A 加SBR1 的試驗組合采用兩種乳化劑分別進行乳化， 當SBR 含量和乳化劑含量均相同時，采用乳化劑1 的瀝青蒸發(fā)殘留物軟化點均大于乳化劑2；隨著SBR1 含量升高，這種現(xiàn)象一直存在；同樣的現(xiàn)象，也在瀝青B+SBR1 的組合用不同乳化劑乳化時觀察到。

圖1 瀝青A+SBR1 軟化點

圖2 瀝青B+SBR1 軟化點

同時，乳化劑摻量對SBR 瀝青蒸發(fā)殘留物的軟化點影響不顯著。 從表5 可知，SBR 含量為1%，使得蒸發(fā)殘留物軟化點達到53℃，乳化劑含量從0.4%上升至0.8%， 軟化點均在這個數(shù)值附近；SBR 含量為2%時，不同乳化劑含量下，軟化點均在59℃～60℃。

表5 不同乳化劑含量下的SBR 瀝青軟化點（單位：℃）

對SBS 改性乳化瀝青來說，不同的乳化劑對軟化點沒有影響。從表6 可知，用乳化劑1 和乳化劑3對2 種SBS 改性瀝青分別進行乳化，乳化劑1 含量從0.4%增加到0.8%，乳化劑2 含量從0.8%增加到1.2%， 蒸發(fā)殘留物的軟化點基本與未乳化時相同，對1#SBS 改性瀝青來說，均在60℃左右，2# 改性瀝青均在55℃以上多一點。

表6 不同乳化劑含量、類型下的不同SBS改性瀝青的軟化點（單位：℃）

2.2 針入度

針入度是表示瀝青粘度的物理量，反應了瀝青在一定的外力作用下的抗剪切能力，即相對粘度。

從表7 可知，乳化劑含量對SBS 蒸發(fā)殘留物針入度的影響不顯著。從表8 可知，隨著SBR 用量的增加，針入度逐漸減小，而乳化劑2 的針入度下降幅度比乳化劑1 的大， 說明了兩種改性劑均可增加瀝青的粘度， 乳化劑2 對針入度的改變更大。

表7 不同乳化劑含量下不同SBS 改性瀝青的針入度（單位：℃）

表8 不同SBR 含量和乳化劑類型下瀝青A 的針入度（單位：℃）

2.3 延度

延度是表示瀝青抗張性的物理量。 低溫抗裂性規(guī)范中用延度大小表示，延度試驗反映了瀝青材料的延伸性能和瀝青路面抗開裂能力，是研究瀝青低溫抗裂性能的一個重要指標。

從表9 可知，兩種SBS 乳化改性瀝青蒸發(fā)殘留物的5℃延度，可以看出延度值變化極小，可忽略不計，所以可知乳化劑含量對延度的影響不大，兩種乳化劑試驗結(jié)果類似。 從表10 可知，隨著改性劑用量的增加，改性乳化瀝青的5℃延度值逐漸增大，當改性劑加到2.5%時5℃的低溫延度已超過了100 cm （因試驗時延度達到100 cm 未斷裂即停止試驗，故表中未給出），其低溫延度值很好，數(shù)值接近。這說明兩種SBR 改性劑均改善了改性乳化瀝青的低溫柔韌性。

表9 不同乳化劑含量下的SBS 改性瀝青5℃延度（單位：℃）

表10 不同SBR 含量和乳化劑類型下5℃延度（單位：℃）

2.4 彈性恢復

彈性恢復試驗是測定和評價改性乳化瀝青蒸干后在外力作用下，變形后可恢復變形的能力。彈性恢復試驗的恢復率越大，表明瀝青的彈性性質(zhì)越好。

從表11 可知，用SBR 改性時，隨著SBR 改性劑用量的增加，改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的瀝青彈性恢復率逐漸增大。 當改性劑為0 的時候，乳化瀝青的彈性恢復率在百分之一點多，幾乎沒有彈性恢復率，當SBR 含量增加到2.5%時，彈性恢復率達到80%左右，增長顯著，且采用乳化劑1 的乳化改性瀝青彈性恢復率始終略好于乳化劑1， 即不同乳化劑對彈性恢復影響有一定差異。 由表12 可知， 兩種SBS 改性乳化瀝青隨著乳化劑含量的變化，其彈性恢復率幾乎沒變，從本試驗結(jié)果可知，乳化劑含量對SBS 乳化改性瀝青的彈性恢復率沒有影響。

表11 瀝青A 彈性恢復率變化

表12 SBS 乳化改性瀝青彈性恢復率變化

2.5 儲存穩(wěn)定性

儲存穩(wěn)定性指標反映的是改性乳化瀝青在靜置情況下的沉降情況，在一定程度上反映乳化的成功與失敗，所以在一定程度上說明乳化劑是影響儲存穩(wěn)定性的主要因素。 我國規(guī)范要求在24 h 儲存穩(wěn)定性（軟化點差）不超過1%，性能良好、乳化能力強、適應范圍廣、純度高的乳化劑有利于瀝青乳液的穩(wěn)定。

本次試驗部分乳液穩(wěn)定性試驗結(jié)果（1 d）如表13所示，乳化劑含量在0.8%時可達到規(guī)范要求。

表13 1 d 軟化點差（單位：℃）

由于目前施工現(xiàn)場的設備較為齊全，改性乳化瀝青的儲存天數(shù)一般在2、3 d 左右，所以可以考慮把規(guī)范中對5 d 的儲存穩(wěn)定性的指標改為3 d 的存儲穩(wěn)定性的指標。 3 d 穩(wěn)定性試驗結(jié)果（軟化點差）如表14 所示。 可以看出，相對1 d 存儲穩(wěn)定度，改性乳化瀝青在放置3 d 后沉淀會增加；當乳化劑含量增加到1.2%時，無論SBS 改性乳化瀝青還是SBR 改性乳化瀝青，其3 d 存儲穩(wěn)定性均趨于穩(wěn)定。

表14 3 d 儲存穩(wěn)定性（單位：℃）

3 結(jié)論

本研究以軟化點、延度、針入度、存儲穩(wěn)定性和彈性恢復率為主要試驗指標， 對影響SBR 與SBS改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物主要性能指標的因素進行了室內(nèi)試驗研究，結(jié)果表明：（1）SBR 乳化改性瀝青性能主要受到改性劑含量的影響，也受到乳化劑類型影響；瀝青確定時，SBS 乳化改性瀝青性能指標受乳化劑含量影響較小；（2）SBR 乳化改性瀝青的軟化點、針入度和彈性恢復率受到乳化劑類型的影響較為顯著，延度不明顯；除了存儲穩(wěn)定性，乳化劑用量似乎在某定值之上時，增加含量對各指標影響均不顯著；（3）SBR 與SBS 改性乳化瀝青存儲穩(wěn)定性均受到乳化劑用量的顯著影響，就本試驗材料分析， 用量在0.8%時1 d 存儲穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求， 根據(jù)試驗所得到存儲穩(wěn)定性變化規(guī)律來看，生產(chǎn)后3 d 內(nèi)用完對性能影響較小。