聚合物改性乳化瀝青微表處研究進(jìn)展★

陸由付

(山東高速集團有限公司，山東 濟南 250098)

公路交通作為支撐國民經(jīng)濟平穩(wěn)發(fā)展的重要推動力量近年來已得到了迅猛發(fā)展，但隨著我國公路網(wǎng)的逐漸完善，公路工程建設(shè)的速度正逐漸放緩，然而已有道路在長期經(jīng)受著行車荷載及自然條件的作用后，其服務(wù)能力及使用壽命逐年降低，因此，為保障公路交通的使用性能，迫切需要加強預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的發(fā)展。目前常用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)包括稀漿封層、微表處、開普封層和超薄磨耗層等[1]。其中，微表處憑借快速開放交通、抗滑性和平整度優(yōu)良等技術(shù)優(yōu)勢，逐漸受到研究者們的廣泛關(guān)注。Liu M等[2]對比評價了不同類型丁苯橡膠(SBR)改性乳化瀝青微表處的抗滑性能、粘結(jié)性能、車轍性能和磨損性能。夏慧蕓等制備了高性能SBS改性乳瀝青微表處，該微表處可拌和時間為160 s，粘結(jié)強度為1.3 MPa，6 d濕輪磨耗損失為628 g/m2[3]。季節(jié)等基于正交試驗得出水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青最適宜配比，并評價了微表處水穩(wěn)和抗滑等路用性能[4]。余定洋等開發(fā)了新型水性環(huán)氧樹脂乳化劑，并系統(tǒng)評價了微表處混合料耐磨耗、抗車轍、抗水損等性能[5]。綜上可知，雖然國內(nèi)外對微表處及其應(yīng)用技術(shù)已開展了相關(guān)研究，并取得了一定成果，但關(guān)于常用聚合物改性乳化瀝青微表處種類尚不明確，不同類型聚合物改性乳化瀝青微表處基本性能評價仍需進(jìn)一步探討與研究。

鑒于此，本文系統(tǒng)調(diào)查國內(nèi)聚合物改性乳化瀝青微表處研究與應(yīng)用狀況，分析聚合物改性乳化瀝青微表處原材料類型及其特點，對比評價不同類型聚合物改性乳化瀝青微表處基本性能，從而為聚合物改性乳化瀝青微表處進(jìn)一步研究與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 聚合物改性乳化瀝青微表處原材料

1.1 集料

聚合物改性乳化瀝青微表處中集料所占比例較高，可用集料主要包括花崗巖、石灰石和玄武巖等。由于聚合物改性乳化瀝青微表處的快速凝固特性，因此所選用集料性質(zhì)至關(guān)重要。

1.2 填料

礦物填料主要包括水泥、石灰等，填料可以填補集料之中的空隙，使其有較好的級配，除此之外還具有改善聚合物改性乳化瀝青微表處混合料拌和時間、成型狀態(tài)以及破乳速度的作用。

1.3 水

水作為聚合物改性乳化瀝青微表處混合料各組分間相互作用的溶劑，其質(zhì)量必須符合相應(yīng)的要求，水中不能含有太多的雜質(zhì)，pH值需要控制在合理范圍內(nèi)，通常為6～8.5。

1.4 乳化瀝青

乳化瀝青由兩個互不相容的相組成，即1 μm～50 μm的瀝青微滴在乳化劑的作用下分散到水介質(zhì)中形成。乳化瀝青主要分為陽離子、陰離子以及非離子乳化瀝青等三種。

1.5 乳化劑

乳化劑作為聚合物改性乳化瀝青微表處混合料重要的組成部分之一，其主要作用是減少水與瀝青微滴的界面自由能，從而使得二者能夠均勻且穩(wěn)定的形成一種乳狀液。在聚合物改性乳化瀝青中，乳化劑的摻量往往非常小，但是對聚合物改性乳化瀝青的加工、儲存和使用性能等至關(guān)重要。實踐表明，使用陽離子乳化劑效果更好，可顯著提升集料和聚合物改性乳化瀝青的粘結(jié)能力。

1.6 改性劑

目前聚合物改性乳化瀝青主要包括橡膠類、熱塑性彈體類、樹脂類等三種[1]。其中，橡膠類主要包括天然橡膠、丁苯橡膠(SBR)和橡膠粉改性乳化瀝青等，熱塑性彈體類包括苯乙烯系嵌段共聚物(SBS)、聚氨酯改性乳化瀝青等，樹脂類主要以環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青為代表[1-5]。

2 聚合物改性乳化瀝青微表處性能評價

為優(yōu)選出高性能聚合物改性乳化瀝青微表處，系統(tǒng)調(diào)查了目前國內(nèi)常用聚合物改性乳化瀝青類型及其微表處混合料的基本性能[2-20]。

2.1 拌和時間

《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》規(guī)定聚合物改性乳化瀝青微表處可拌和時間采用拌和試驗測定，可拌和時間應(yīng)大于120 s。

由圖1分析可知，三類聚合物改性乳化瀝青微表處可拌和時間均滿足規(guī)范要求。一般而言通過調(diào)節(jié)微表處配合比，如外加用水量等，可控制混合料的可拌和時間的長短，因此聚合物改性乳化瀝青微表處的可拌和時間均能滿足規(guī)范要求。

2.2 耐磨耗性能

《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》規(guī)定濕輪磨耗試驗(1 h)用于表征聚合物改性乳化瀝青微表處耐磨耗性能，1 h濕輪磨耗損失應(yīng)小于538 g/m2。

分析圖2可知，SBR，SBS，樹脂類及其他類型改性乳化瀝青微表處混合料的1 h濕輪磨耗損失主要分布在：310.9 g/m2～418 g/m2,385 g/m2～440.6 g/m2,188.2 g/m2～370 g/m2,169.5 g/m2～413 g/m2；總的來說，四種聚合物改性乳化瀝青微表處箱型圖上下邊緣與四分位數(shù)相差較大，但耐磨耗性能均表現(xiàn)良好，其中樹脂類表現(xiàn)突出，均值為231 g/m2。

2.3 抗車轍性能

《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》規(guī)定聚合物改性乳化瀝青微表處抗車轍能力采用輪轍試驗測定，寬度變化率應(yīng)不大于5%。

分析圖3可知，SBR，SBS，樹脂類及其他類型改性乳化瀝青微表處混合料的輪轍寬度變化率主要分布范圍分別為：2%～3.5%,1.9%～2.9%,1.87%～6.6%,3.4%～5.1%；其中SBR和SBS抗車轍性能表現(xiàn)較為突出，均值分別為2.85%和2.4%，相比其余兩種類型聚合物改性乳化瀝青微表處可提升34.78%～45.4%。

2.4 水穩(wěn)定性能

《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》規(guī)定采用濕輪磨耗試驗(6 d)評價聚合物改性乳化瀝青微表處混合料水穩(wěn)性能，6 d濕輪磨耗損失不大于807 g/m2。

分析圖4可知，SBR，SBS，樹脂類及其他類型改性乳化瀝青微表處混料的6 d濕輪磨耗損失主要分布范圍分別為：461 g/m2～704.45 g/m2,605.5 g/m2～651.6 g/m2,391 g/m2～745 g/m2,473.1 g/m2～691.2 g/m2，4種聚合物改性乳化瀝青微表處水穩(wěn)性能表現(xiàn)相當(dāng)，均值集中于545.46%～628.15%，波動范圍在13%以內(nèi)。

2.5 成型狀態(tài)

微表處混合料的成型狀態(tài)可用初凝時間和可開放交通狀態(tài)評價，《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》要求30 min和60 min粘聚力分別不得小于1.2 N·m和2.0 N·m。

由圖5分析可知，30 min粘聚力：SBR(1.3 N·m～1.6 N·m)，SBS(1.2 N·m)、樹脂類(1.27 N·m～1.45 N·m)、其他類型(1.3 N·m)，均滿足規(guī)范要求；60 min粘聚力：SBR(2.1 N·m～2.4 N·m)，SBS(2.1 N·m～2.25 N·m)、樹脂類(2.18 N·m～2.42 N·m)、其他類型(2.2 N·m)，成型狀態(tài)表現(xiàn)良好。

3 結(jié)論

1)聚合物改性乳化瀝青微表處可拌和時間均滿足規(guī)范要求；總的來說，4種聚合物改性乳化瀝青微表處耐磨耗性能均表現(xiàn)良好，其中樹脂類表現(xiàn)突出，均值為231 g/m2。

2)SBR和SBS改性乳化瀝青微表處抗車轍性能表現(xiàn)較為突出，均值分別為2.85%和2.4%，相比其余兩種類型聚合物改性乳化瀝青微表處可提升34.78%～45.4%。

3)4種聚合物改性乳化瀝青微表處水穩(wěn)性能表現(xiàn)相當(dāng)，30 min和60 min粘聚力均滿足規(guī)范要求。