濕熱地區(qū)高性能薄層改性瀝青路用性能研究

王富強 李衛(wèi)寧

文章選用SBS、PAV、環(huán)氧樹脂三種不同類型的改性材料，制備了七種不同摻量的改性瀝青進行對比實驗，研究其粘附性、高溫穩(wěn)定性能和耐腐蝕性能，旨在制備高性能瀝青以滿足濕熱地區(qū)薄層罩面的路用要求。研究結(jié)果表明：復摻3% SBS+3% PVA+4%水性環(huán)氧樹脂改性瀝青的綜合性能優(yōu)于其他摻入方案，推薦采用。

改性材料;高性能瀝青;耐腐蝕

U416.217A020043

基金項目：

2021年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項目

（2021KY1138）;2019年度廣西交通職業(yè)技術(shù)學院科學研究重點課題

（JZY2019KAZ06）

作者簡介：

王富強（1971—），工程師，在職研究生，主要從事建筑材料研究工作;

李衛(wèi)寧（1974—），教授，碩士，主要從事再生混凝土材料研究工作。

0 引言

薄層罩面能夠在較短的施工周期內(nèi)修復道路的輕型病害，提高道路行駛安全和使用壽命，因此被越來越廣泛地應用于公路工程中。濕熱地區(qū)全年高溫時間長、降雨分布集中，則要求使用更高性能的改性瀝青，避免薄層罩面過早損壞。本文選用SBS、PAV、環(huán)氧樹脂三種不同類型的改性材料，由基質(zhì)瀝青與一種或一種以上改性材料混合進行對比試驗研究其性能，旨在制備高性能瀝青乳液滿足濕熱地區(qū)薄層罩面的路用要求。研究結(jié)果可為以后的實際工程和進一步的理論研究提供參考。

1 原材料及制備

1.1 原材料

本文以中石油重交瀝青70#為基質(zhì)瀝青，由基質(zhì)瀝青與一種或一種以上改性材料混合，配制高性能改性瀝青，進而進行對比實驗研究其路用性能?；|(zhì)瀝青技術(shù)指標如表1所示。

1.2 制備

基質(zhì)瀝青與改性材料混合方法和混合順序?qū)Ω男詾r青的性能有重要影響，本次試驗研究中采用先改性后乳化的制備方法。首先用乳化機將常溫下的改性材料和熱乳化劑溶液（60 ℃～70 ℃）進行混合，然后立即將混合物和熔融瀝青（120 ℃～130 ℃）放入相容劑中，按指定剪切時間進行剪切攪拌，取出后發(fā)育一定時間，制備完成。

2 試驗方法與結(jié)果分析

2.1 粘附性和高溫穩(wěn)定性能試驗

按照標準試驗T0604-2011、T0606- 2011對乳化瀝青進行粘附性、高溫穩(wěn)定性試驗。試驗結(jié)果如表2及圖1、圖2所示。

表2及圖1結(jié)果表明，改性瀝青的針入度較基質(zhì)瀝青和未改性乳化瀝青有所提高。環(huán)氧樹脂、SBS、PAV三種改性材料均提高了乳化瀝青的針入度和軟化點。表2、圖1及圖2結(jié)果表明，無論SBS為10%或3.0% ，隨著SBS摻量的增大，都呈現(xiàn)出針入度增大、軟化點升高的變化趨勢，表明SBS摻量增大，瀝青粘附性和高溫穩(wěn)定性逐漸提高。對于單摻改性材料，SBS從0%增加到10%時較其他單摻改性材料粘附性和高溫穩(wěn)定性提高64%和55%。對于復摻改性材料，無論水性環(huán)氧樹脂為5.0%或4.0% ，隨著SBS摻量的增大，都呈現(xiàn)針入度增大、軟化點升高的變化趨勢;隨著PVA摻量的增大，都呈現(xiàn)針入度減小、軟化點降低的變化趨勢。

這是由于水性環(huán)氧樹脂具有良好的黏性而SBS具有良好的柔韌性;環(huán)氧樹脂與 SBS相互作用形成空間網(wǎng)絡，制約了乳化瀝青顆粒的位移和乳化瀝青膠體的流動，因此均可改善其粘附性和高溫穩(wěn)定性能。而PVA的加入使瀝青中的飽和酚及膠質(zhì)減少，瀝青質(zhì)增加，芳香酚幾乎不變，外觀上表現(xiàn)為瀝青變硬且流動性變小，導致針入度、軟化點降低。

對比以上三種改性材料分析可知，單摻SBS和復摻SBS+PVA+水性環(huán)氧樹脂的針入度和軟化點相差不大，在同時滿足技術(shù)要求的情況下考慮成本應優(yōu)先選用SBS+PVA+水性環(huán)氧樹脂復合改性瀝青。

2.2 耐腐蝕性試驗

瀝青路面長期裸露在大自然中，大量的汽車尾氣及生活使用煤使大氣中氮氧化物含量逐年提升，雨水的pH值大部分為酸性。水、空氣及路面上汽車燃油和機油撒漏等綜合作用，使瀝青路面粘結(jié)力降低，路面使用壽命縮短。

基于以上原因，試驗制備試件與表2材料用量相同，所有試件的初始重量均為2.5 g±0.1 g。將試件分別浸泡在75 ml煤油和75 ml 5%鹽酸的燒杯中，以檢驗其耐腐蝕性。按時間間隔分別為10 min、20 min、40 min、60 min、90 min和120 min，從浸泡溶液中取出試件，用濾紙沁干，隨后稱重。試驗結(jié)果如表3及圖3、圖4所示。

根據(jù)式（1）計算重量損失比：

Rwt=Wi（t）/W0（1）

式中：

Rwt——重量損失比（%）;

Wi（t）——浸泡時間 t（min）時試樣的重量（g）;

W0——初始重量（g）。

耐腐蝕性試驗結(jié)果如圖3、圖4所示。

表3及圖3、圖4結(jié)果表明，對于所有樣本的Rwt隨浸泡時間增長而減小。

在煤油浸泡120 min后，單摻改性材料的Rwt為50%～70%;復摻改性材料的Rwt為75%～85%。復摻SBA+PVA+環(huán)氧樹脂后Rw較未改性提高了88%。改性材料在煤油中的重量損失是由于改性材料和瀝青的相互作用，瀝青分子有部分擴散滲入到改性材料顆粒中。煤油可溶于瀝青組分中的芳烴和飽和烴，但其中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)幾乎不溶于煤油，因此并不是所有的瀝青分子都能夠完全擴散滲入到改性材料顆粒中，仍然保留較高重量比的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。Rwt值表明摻入改性材料可提高改性瀝青的耐燃性能為82%～88%。

在5%鹽酸中浸泡120 min后，單摻改性材料的Rwt為45%～65%;復摻改性材料的Rwt為90%～95%。復摻SBA+PVA+環(huán)氧樹脂后Rw較未改性提高了93%。當改性材料與瀝青混合，改性材料中的聚合物顆粒吸附瀝青中的油分，基質(zhì)瀝青部分油分因為吸附而變得粘稠。鹽酸作用下瀝青質(zhì)含量增大、芳香酚含量減小，飽和酚和膠質(zhì)含量基本不變。Rwt值表明摻入改性材料可將改性瀝青的耐酸性能提高87%～93%。

3 結(jié)語

本文以 SBA、 PVA、環(huán)氧樹脂三種不同類型的聚合物為原料，制備了七種不同摻量的改性瀝青。上述研究與分析可知單摻或復摻改性材料的影響如下：

（1）在乳化瀝青中按不同摻量單摻或復摻改性材料均可改善改性瀝青的粘附性和高溫穩(wěn)定性。

（2）單摻 10% SBS和復摻3% SBS+3% PVA+4% 水性環(huán)氧樹脂改性瀝青，軟化點溫度從41 ℃分別提高到130 ℃和126 ℃。

（3）在煤油浸泡120 min后，復摻SBA+PVA+環(huán)氧樹脂后Rw較未改性提高了88%。Rwt值表明摻入改性材料可將改性瀝青的耐燃性能提高82%～88%。

（4）在5% 鹽酸中浸泡120 min后，復摻SBA+PVA+環(huán)氧樹脂后Rw較未改性提高了93%。Rwt值表明摻入改性材料可將改性瀝青的耐酸性能提高87%～93%。

（5）對比以上三種改性材料分析可知，復摻3% SBS+3% PVA+4% 水性環(huán)氧樹脂改性瀝青綜合性能優(yōu)于其他摻入方案，推薦采用。

[1]李衛(wèi)寧，王富強，復雜應力狀態(tài)下再生混凝土多軸試驗研究[J]，西部交通科技，2014（9）：65-69.

[2] 王富強，陽利君，莫品疆.提高花崗巖瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗研究[J].公路，2020（11）：328-330.

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