不黏輪乳化瀝青制備及性能評價(jià)

朱 明

不黏輪乳化瀝青制備及性能評價(jià)

朱 明

（廈門固特環(huán)保瀝砼投資有限公司， 福建 廈門 361008）

以瀝青、硬質(zhì)瀝青、膠體改性劑為原材料制備不黏輪乳化瀝青。通過三大指標(biāo)，儲(chǔ)存穩(wěn)定性，黏度，黏附性指標(biāo)評價(jià)其性能。結(jié)果表明，當(dāng)物料比例為瀝青74.0%，硬質(zhì)瀝青25%，膠體改性劑1.0%，其各項(xiàng)性能較佳。

乳化瀝青；黏附性；穩(wěn)定性；不黏輪

在瀝青路面鋪裝中，瀝青混凝土層間通常使用乳化瀝青黏層，促使層與層之間形成整體的受力結(jié)構(gòu)，從而減少由交通荷載引起的面層剝落和滑移破壞，減少路面病害的發(fā)生，提高路面耐久性[1-2]。然而普通乳化瀝青黏層施工后即使完全破乳，行車過程仍會(huì)被車輪碾壓后帶走，造成黏結(jié)層材料的損失，達(dá)不到預(yù)期效果[3]。同時(shí)，普通乳化瀝青黏層破乳時(shí)間較長，在撒布后，通常需數(shù)小時(shí)，才允許攤鋪車輛進(jìn)行混合料的攤鋪工作，導(dǎo)致施工效率降低[4-5]。

針對普通黏層材料的黏輪和破乳時(shí)間長的問題，美國、歐洲和日本等國家相繼開發(fā)了不黏輪乳化瀝青[6-7]，能夠有效解決黏輪和破乳時(shí)間問題。該產(chǎn)品在提高施工效率的同時(shí)，提升工程質(zhì)量[8-10]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

進(jìn)口SK70A基質(zhì)瀝青，按照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》檢測要求，其瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。硬質(zhì)瀝青選用國內(nèi)某化工公司產(chǎn)品；乳化劑選用上海某公司陽離子快裂型乳化劑RHJ-1；膠體改性劑為廣東某公司生產(chǎn)產(chǎn)品GXJ-1。

1.2 主要設(shè)備

進(jìn)口實(shí)驗(yàn)室膠體磨（ENH），全自動(dòng)針入度儀（NORMALAB，型號(hào)P734），全自動(dòng)軟化點(diǎn)儀（INFRATEST，型號(hào)20-2200），瀝青延度儀（無錫石油，型號(hào)LYY-10A-CL），動(dòng)力黏度（CANNON，型號(hào)CT-2000F），粒徑分布儀（Malvern，型號(hào)MICRO 5000）,旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（James Cox&Sons，型號(hào)CS325B），車轍試驗(yàn)儀（北京航天航宇，型號(hào)HYCZ-5），剪切試驗(yàn)儀（Humboldt，型號(hào)H-1327）。

1.3 不黏輪乳化瀝青制備

采用SK70A瀝青和硬質(zhì)瀝青為原材，不同比例下制備硬質(zhì)改性瀝青。固定RHJ-63乳化劑用量為0.5%，配置乳化劑水溶解，并調(diào)節(jié)pH值。將改性瀝青和乳化劑水溶液加熱至適宜乳化溫度，通過膠體磨剪切制備乳化瀝青。將制備的乳化瀝青與膠體改性劑按不同比例混合均勻即可。

表1 瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

2 結(jié)果和討論

2.1 不黏輪乳化瀝青性能分析

2.1.1 硬質(zhì)改性瀝青性能分析

將SK70A瀝青與硬質(zhì)瀝青按不同比例混合攪拌均勻，檢測混合后的改性瀝青技術(shù)指標(biāo)?？紤]到硬質(zhì)瀝青具有高溫性能好，低溫硬的特點(diǎn)，故本文中混合后的改性瀝青延度和乳化瀝青殘留蒸發(fā)物延度檢測溫度為25 ℃。配比及三大指標(biāo)如表2所示。

表2 硬質(zhì)改性瀝青配比

2.1.2 硬質(zhì)乳化瀝青性能分析

配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的乳化劑水溶液，調(diào)節(jié)pH值至1.8～2.0并加熱至60～65 ℃保溫備用。將制備好的硬質(zhì)改性瀝青加熱至155～170 ℃保溫備用。然后通過膠體磨制備乳化瀝青，成品乳化瀝青顆粒均勻，無結(jié)團(tuán)。硬質(zhì)乳化瀝青的技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 硬質(zhì)乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硬質(zhì)瀝青有效提升基質(zhì)瀝青的高溫性能，技術(shù)指標(biāo)符合要求。當(dāng)硬質(zhì)瀝青添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于30%，乳化瀝青篩上剩余量變大，儲(chǔ)存穩(wěn)定性下降，說明當(dāng)硬質(zhì)瀝青添加量增加后，乳化難度增大。采用ASTM D6939檢測乳化瀝青的破乳率。試驗(yàn)結(jié)果表明，乳化瀝青破乳率均大于40%，表明乳化瀝青破乳速度快。

2.2 不黏輪乳化瀝青黏附性分析

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的硬質(zhì)瀝青。添加膠體改性劑，制備不黏輪乳化瀝青。研究不同膠體改性劑添加量對不黏輪乳化瀝青黏附性的影響和最優(yōu)配比。添加不同膠體改性劑不黏輪乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)如表4和表5所示。

表4 不同膠體改性劑乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)

表5 乳化瀝青破乳時(shí)間

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加膠體改性劑的不黏輪乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)符合要求。采用ASTM D711檢測乳化瀝青不黏時(shí)間。結(jié)果表明，乳化瀝青15 min左右，基本完全破乳。在同等條件下，有助于更快實(shí)現(xiàn)下一步路面施工。

我國現(xiàn)行規(guī)范中無對瀝青黏附性指標(biāo)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本文參考日本JEAAS—2011中不黏輪乳化瀝青黏附性的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，輪跡行走面積按實(shí)際測量得出。滿足JEAAS—2011不黏輪乳化瀝青黏附性試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)小于10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的要求。乳化瀝青黏附性檢測結(jié)果如表6所示。

表6 黏附性試驗(yàn)結(jié)果

瀝青作為黏彈性材料，在高溫下，瀝青由黏彈體向黏性體轉(zhuǎn)變，瀝青的表面張力變大，浸潤角減小，瀝青的附著力增大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硬質(zhì)瀝青和膠體改性劑有效改善瀝青高溫性能和膠體結(jié)構(gòu)，隨著膠體改性劑添加量的提高，黏附率下降。當(dāng)膠體改性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.0%時(shí)，黏附率降低至0.26%，膠體改性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.5%時(shí)，乳化瀝青基本無黏附。

圖1 黏輪試驗(yàn)過程

圖2 普通乳化瀝青黏附性情況

圖3 不黏輪乳化瀝青黏附性情況

針對黏層路面使用實(shí)際情況，本文提出在JEAAS—2011黏附性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。新的實(shí)驗(yàn)方法將試驗(yàn)輪接地荷載提高到1.0 MPa，試驗(yàn)輪行走次數(shù)為往復(fù)10次。檢測結(jié)果如表7所示。

表7 黏附性試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，當(dāng)膠體改性劑添加量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.0%以上，黏附性符合要求。表明所制備的不黏輪乳化瀝青具有良好的抗黏附性性能。

2.3 斜向剪切試驗(yàn)

斜向剪切試驗(yàn)，模擬道路交通荷載作用下，黏層抵抗行車荷載水平力產(chǎn)生剪切作用力的能力。本文采用300 g·m-2撒布量，剪切角度45°，分別進(jìn)行了30 ℃和50 ℃黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)，并對比了改性乳化瀝青和添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%界面改性劑不黏輪乳化瀝青的區(qū)別。檢測結(jié)果如表8所示。

斜向剪切實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，常溫30 ℃或高溫50 ℃不黏輪乳化瀝青都顯示出良好的層間黏結(jié)效果。在相同試驗(yàn)條件下，不黏輪乳化瀝青比改性乳化瀝青相比都略有提高。這是因?yàn)椴火ぽ喨榛癁r青經(jīng)硬質(zhì)瀝青和膠體改性劑改性后，在相同溫度下具有較大黏度，因此有效提升層間剪切力。

3 結(jié) 論

1）以基質(zhì)瀝青，硬質(zhì)瀝青和膠體改性劑為原料，制備不黏輪乳化瀝青。

2）對不黏輪乳化瀝青性能進(jìn)行評價(jià)，當(dāng)基質(zhì)瀝青，硬質(zhì)瀝青和膠體改性劑的質(zhì)量比為74.0∶25.0∶1.0，其各項(xiàng)性能較佳。

3）將試驗(yàn)輪荷載提高到1.0 MPa，形成次數(shù)增加到往復(fù)10次，膠體改性劑添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%時(shí)，不黏輪乳化瀝青黏附性符合要求。

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Preparation and Performance Evaluation of Non-stick Wheel Emulsified Bitumen

（Xiamen Gute Environmental Protection Asphalt Concrete Investment Co., Ltd., Xiamen Fujian 361008, China）

Non-stick wheel emulsified bitumen was prepared from bitumen, low-mark hard bitumen and colloidal modifier. The performance of the non-stick wheel emulsified bitumen was evaluated from aspects of storage stability, viscosity and adhesion. The result showed that the optimal material proportion of non-stick wheel emulsified bitumen preparation was as follows: bitumen 74.0%, low-mark hard bitumen 25%, and colloidal modifier 1.0%. The performance of non-stick wheel emulsified bitumen prepared under above conditions was better.

Emulsified bitumen; Adhesion; Stability; Non-stick wheel

2021-09-01

朱明（1988-），男，福建省廈門市人，工程師，碩士研究生，2013年畢業(yè)于沈陽化工大學(xué)高分子化學(xué)與物理專業(yè)，研究方向：瀝青及瀝青衍生產(chǎn)品研究

TV442+.2

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1004-0935（2021）10-1464-04