高黏高彈乳化瀝青性能及超黏磨耗層應(yīng)用分析

黃天勇

（黔東南公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)有限公司,貴州 凱里 556000）

0 引言

受交通負(fù)荷和周圍環(huán)境的影響，瀝青路面路用性能不斷降低，進(jìn)而產(chǎn)生多種質(zhì)量病害。為了提高瀝青路面的路用性能及使用年限，降低其養(yǎng)護(hù)頻率，須采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)[1]。但傳統(tǒng)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)難以有效避免瀝青道路表面的早期脫落、松散等病害，因此，加強(qiáng)對下承層、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)磨耗層之間的黏結(jié)是確保預(yù)防性養(yǎng)護(hù)效果的關(guān)鍵[2]。該文旨在制備高黏度、高彈性的改性乳化瀝青，將其應(yīng)用于瀝青路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，并對其進(jìn)行性能檢驗(yàn)。

1 原材料

1.1 瀝青

瀝青選用70#A 級道路石油瀝青，通過質(zhì)量檢驗(yàn)，確認(rèn)其達(dá)到施工設(shè)計(jì)要求；T161B 是SBS 的改良劑，采用陽離子緩裂型乳化劑、穩(wěn)定劑、增黏劑等方法，研制出了具有較高黏性、高彈性的乳化瀝青。

1.2 集料

磨耗層集料需具有較高的硬度，良好的耐磨性、黏性。為有效減少路面噪聲及磨耗層厚度，礦料粒徑最大不超過8 mm。集料可分成3 個(gè)等級，即0～3 mm 的機(jī)制砂、3～5 mm 的碎石、5～8 mm 的碎石。輝綠巖，玄武巖，閃長巖、花崗石的特性參見表1～2，確定采用輝綠巖作為試驗(yàn)集料。

表1 不同粗集料的主要性能指標(biāo)對比

1.3 填充料

添加P.O32.5 復(fù)配的硅酸鹽水泥，可以提高混凝土的整體強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并能調(diào)節(jié)成型速度、成漿狀態(tài)和可拌和時(shí)間[3]。

表2 不同細(xì)集料的主要性能指標(biāo)對比

2 高黏高彈改性瀝青性能分析

高黏高彈改性瀝青生產(chǎn)工藝：先將石油瀝青加熱到155 ℃，再摻加增黏劑、SBS 改性劑等輔助材料，進(jìn)行1.5 h 的拌和后再加熱到175 ℃，進(jìn)行70 min 的快速膠體研磨后加入穩(wěn)定劑，攪拌60 min；繼續(xù)加熱到180 ℃，進(jìn)行高速膠體研磨70 min，最后進(jìn)行攪拌，待其發(fā)育熟化60 min 后得到高黏性、高彈性SBS 改性瀝青，外加劑用量分別為4.5%SBS+l.0%增黏劑、2.5%SBS、3.5%SBS、4.5%SBS、3.5%SBS、0.5%增黏劑。

不同外加劑用量對應(yīng)的改性瀝青性能參數(shù)如圖1～3所示。從圖1～3 可以看出：①瀝青中加入SBS 改性劑及增黏劑后，其軟化溫度明顯升高，加入4.5%SBS 改性劑+1.0%的增黏劑后，其軟化溫度提升至89 ℃。隨著SBS 改性劑和增黏劑用量的增加，其軟化溫度逐漸升高；②增黏劑在改善瀝青絕對黏度方面效果顯著，加入4.5%SBS+1.0%的增黏劑后，其絕對黏度在60 ℃時(shí)可達(dá)260 000 Pa·S，此時(shí)為滿足施工和易性要求，需要更高的溫度條件，故工程實(shí)踐中多將增黏劑的用量控制在0.5%～1.0%；③采用彈性恢復(fù)率指標(biāo)來反映瀝青的抗反射裂縫、耐老化性能。在加入4.5% SBS 改性劑、1.0%的增黏劑后，瀝青彈性恢復(fù)率最高，可達(dá)98.0%。

圖1 高黏及高彈瀝青的改性軟化點(diǎn)

圖2 高黏及高彈瀝青的改性動(dòng)力黏度

圖3 高黏及高彈改性瀝青的彈性恢復(fù)性能

將該乳化劑溶解于50～60 ℃的水中，加入鹽酸等輔助添加劑，溶液pH 值控制在2～3，再將SBS 改性瀝青加熱至160 ℃，得到高黏度、高彈性的SBS 改性乳化瀝青，其蒸發(fā)殘留物三項(xiàng)主要性能指標(biāo)測試結(jié)果顯示：①隨著SBS 改性劑、增黏劑用量的增加，殘留物針入度降低，軟化溫度上升，延度增加；②與乳化前的高黏高彈瀝青相比，乳化后的主要性能參數(shù)變化規(guī)律大體相同，其性能具有較好的穩(wěn)定性。

采用常規(guī)的微表層養(yǎng)護(hù)法進(jìn)行路面養(yǎng)護(hù)，容易造成路面脫落、麻面等病害。對于層間膠合強(qiáng)度不夠?qū)е碌拿撀洳『?，處治關(guān)鍵在于增強(qiáng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)磨耗層、下承層之間的黏結(jié)力[4-5]。下承層為瀝青混凝土路面，采用高黏、高彈性的改性乳化瀝青進(jìn)行層間拉拔實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。據(jù)圖吐可知，高黏高彈性改性乳化瀝青具有良好的層間結(jié)合性能，而隨著增黏劑、SBS 用量的增加，層間拉拔強(qiáng)度及抗拉拔性能逐漸提高。在工程實(shí)踐中，高黏高彈性乳化瀝青可以在瀝青混合料空隙中形成封閉層，這樣可以防止水分的滲透，破壞膠層之間的結(jié)合。

圖4 高黏及高彈性瀝青的改性拉拔強(qiáng)度

3 高黏高彈改性瀝青配合比設(shè)計(jì)

比較分析目前實(shí)行的《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中的稀漿封層、微表處混合料礦料級配，按照密度級配原則實(shí)現(xiàn)礦料級配降噪，設(shè)計(jì)“石—石”的嵌擠形式[6]。

與常規(guī)統(tǒng)微表礦料級配比較，在超黏型磨耗層礦料級配中，顆粒直徑為4.75 mm 的粗集料可以適當(dāng)降低，而顆粒直徑為2.36～4.75 mm 的碎石用量則相應(yīng)增加，可改善道路表層結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高道路表層平整度，確保超黏磨耗層的整體結(jié)構(gòu)厚度及防滑性能，減少粗集料的表面突起物，使路面結(jié)構(gòu)更加均勻密實(shí)，有效減少道路噪聲。集料粒徑最大不超過8 mm，較傳統(tǒng)微表處的最大粒徑9.5 mm 更小，該方法可有效減少大顆粒的突出，能改善路面表面平整性及減少噪聲等。根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路確定的混合料礦料級配如表3 所示。

表3 超黏磨耗層混合料礦料級配設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

基于相關(guān)集料性能參數(shù)初步選取3 組超黏磨耗層混合料試驗(yàn)配合比，具體配合比設(shè)計(jì)如表4 所示。

表4 超黏磨耗層混合料配合比設(shè)計(jì)

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

按照初步選取的磨耗層混合料配合比進(jìn)行試驗(yàn)分析，主要試驗(yàn)指標(biāo)包括負(fù)荷輪黏砂、稠度、拌和時(shí)間、濕輪磨耗、黏聚力等，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。

由表5 可知：①3 種不同的超黏型磨耗層混合料配比均能滿足稀漿料的工藝要求；②超黏型耐磨層的拌和時(shí)間與微表處相近，稀漿封層拌和時(shí)間，需能確保施工的和易性；③采用第2 組配合比時(shí)，磨耗層30 min、60 min 的黏聚力最高；④超黏磨耗層在水中浸泡6 d 后，其濕輪磨耗損失相較其他兩種傳統(tǒng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法更小，說明超黏磨耗層的抗水損能力優(yōu)于兩種傳統(tǒng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法；⑤全部聚合物拌和車加載輪的黏砂測試結(jié)果達(dá)到了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求[7-8]。

表5 超黏型磨耗層的性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

5 高黏高彈磨耗層性能驗(yàn)證試驗(yàn)

以某高速公路瀝青混凝土路面和水泥混凝土橋面為試驗(yàn)路段，在4 h 養(yǎng)護(hù)和通車6 個(gè)月后，進(jìn)行了路面平整度和摩擦系數(shù)的測試，并對車轍、構(gòu)造深度等路用性功能指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)測試，具體結(jié)果如表6 所示。

表6 瀝青試驗(yàn)路面超黏性磨耗層的質(zhì)量測試結(jié)果

根據(jù)表6 可知：路面構(gòu)造深度從0.63 mm 增加至1.13 mm，表明長期車輛載荷作用下，超黏磨耗層表面的細(xì)小顆粒松散脫落，路面構(gòu)造深度增加。而超黏型耐磨層混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了技術(shù)要求，適合在不同級別道路上進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

6 結(jié)論

綜上所述，摻加4.5%SBS+1.0%增黏劑制成的SBS改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物軟化點(diǎn)可達(dá)88 ℃，拉拔黏結(jié)強(qiáng)度達(dá)到1.3 MPa，混合料高溫性能明顯增強(qiáng)，磨耗層與下承層之間的黏結(jié)力更大[9-10]。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，選取的超黏磨耗層混合料礦料級配設(shè)計(jì)合理，瀝青路面試驗(yàn)路段、水泥混凝土路面試驗(yàn)路段在運(yùn)營半年內(nèi)，其平整度、抗滑性能和高溫性能均有明顯改善；超黏型磨耗層拌和時(shí)間、稠度、黏聚力、濕輪磨耗等指標(biāo)符合預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的要求。