不同改性乳化瀝青的路用性能研究

梅志

（九江市公路發(fā)展中心德安分中心，江西九江 330400）

0 引言

隨著道路運(yùn)營時(shí)間的增長，路面老化損壞現(xiàn)象日益嚴(yán)重。為了解決這一問題，學(xué)者們提出采用改性乳化瀝青進(jìn)行修補(bǔ)的策略。目前，改性乳化瀝青主要有SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青和SBR 改性乳化瀝青。許多學(xué)者對(duì)這兩種改性乳化瀝青進(jìn)行研究，其中李自華通過研究，發(fā)現(xiàn)SBR 改性乳化瀝青具有生產(chǎn)工藝簡單、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于路面修建養(yǎng)護(hù)工程中[1]；孫曉立等對(duì)SBR 環(huán)氧改性瀝青進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)SBR 環(huán)氧改性瀝青能使乳化瀝青具有很好的黏結(jié)性、高溫穩(wěn)定性及抗疲勞性，能夠快速及時(shí)地修補(bǔ)路面，同時(shí)具有環(huán)保的優(yōu)勢(shì)[2]。現(xiàn)有的研究已取得一定的成果，但在對(duì)兩種改性乳化瀝青的對(duì)比研究方面還存在一些不足。

1 改性乳化瀝青原材料

改性乳化瀝青的主要原材料包括基質(zhì)瀝青、乳化劑、改性劑、穩(wěn)定劑、環(huán)氧樹脂及固化劑等，試驗(yàn)前對(duì)原材料的基本性能進(jìn)行分析。

1.1 基質(zhì)瀝青

試驗(yàn)中所選用的基質(zhì)瀝青為70#瀝青，基質(zhì)瀝青的基本性能試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。從表1 可知，此次試驗(yàn)所使用的基質(zhì)瀝青符合要求。

表1 70#基質(zhì)瀝青的基本性能試驗(yàn)結(jié)果表

1.2 乳化劑

試驗(yàn)中所使用的乳化劑為慢裂型乳化劑，呈褐色、糊狀，乳化劑中離子的類型為陽離子，破乳所需的時(shí)間為3～5h[3]。

1.3 改性劑

試驗(yàn)中所采用的改性劑為SBR 丁苯合成乳膠改性劑，其基本性質(zhì)如表2 所示。

表2 SBR 丁苯合成乳膠改性劑的基本性質(zhì)表

1.4 穩(wěn)定劑

試驗(yàn)中所采用的穩(wěn)定劑為無水氯化銨，為白色、晶體狀，與瀝青的密度相近，能提高乳液顆粒的電位，增強(qiáng)乳化顆粒間的相互排斥，使乳化瀝青保持穩(wěn)定[4]。

1.5 環(huán)氧樹脂

試驗(yàn)中所采用的環(huán)氧樹脂為水性環(huán)氧樹脂，沒有刺激性氣味，具體指標(biāo)如表3 所示。

表3 水性環(huán)氧樹脂的基本指標(biāo)表

1.6 固化劑

試驗(yàn)中使用的固化劑基本指標(biāo)如表4 所示。

表4 固化劑的基本指標(biāo)表

1.7 水和pH 調(diào)節(jié)劑

試驗(yàn)所使用的水為飲用水，水的pH 值為6.7，所使用的pH 調(diào)節(jié)劑為鹽酸，具有刺鼻性酸味，添加pH調(diào)節(jié)劑是為增強(qiáng)瀝青材料的乳化性能，對(duì)水溶液的pH 值進(jìn)行調(diào)整，以滿足乳化劑的使用需求[5]。

2 不同改性乳化瀝青路用性能分析

此次試驗(yàn)對(duì)比SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青和SBR 改性乳化瀝青的路用性能，主要對(duì)其強(qiáng)度、水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性及低溫穩(wěn)定性四種性能進(jìn)行分析。

2.1 強(qiáng)度對(duì)比分析

按照規(guī)范要求制作兩種瀝青混合料并按照熱拌瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度的試驗(yàn)方法對(duì)兩組試樣進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過程如圖1 所示，試驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。

圖1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)過程圖片

表5 試驗(yàn)結(jié)果

從表5 中可以看出，SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青的強(qiáng)度值為6.52kN/m2，SBR 改性乳化瀝青的強(qiáng)度值為3.75kN/m2，在添加環(huán)氧樹脂后形成的SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青的強(qiáng)度提高約73.2%，說明添加環(huán)氧樹脂能有效改善瀝青混合料的強(qiáng)度[6]。

2.2 水穩(wěn)定性

通過對(duì)兩種不同的改性乳化瀝青進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)測(cè)得試件的劈裂抗拉強(qiáng)度，同時(shí)為增加試驗(yàn)的可靠性，將每種改性乳化瀝青分為兩組，一組試件經(jīng)過凍融循環(huán)處理，一組試件未經(jīng)過凍融循環(huán)處理，每組試驗(yàn)4 個(gè)試件。試件劈裂抗拉強(qiáng)度按式（1）、式（2）和式（3）進(jìn)行計(jì)算。

式（1）～式（3）中：R1表示未經(jīng)凍融循環(huán)處理試件的劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa；P1表示劈裂試驗(yàn)中所施加的荷載，N；h1表示試件的高度，mm；R2表示經(jīng)凍融循環(huán)處理試件的劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa；P2表示劈裂試驗(yàn)中所施加的荷載，N；h2表示試件的高度，mm；Q表示凍融劈裂強(qiáng)度比（%），由兩組試件中所有試件的劈裂抗拉強(qiáng)度平均值相除得到[7]。

此次試驗(yàn)的結(jié)果如表6 所示。

表6 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表

從表6 中可以看出，在SBR 改性乳化瀝青中，未經(jīng)過凍融循環(huán)處理的試樣劈裂試驗(yàn)所得到的抗壓強(qiáng)度比經(jīng)過凍融循環(huán)處理的試樣大，其中未經(jīng)凍融循環(huán)處理試驗(yàn)的劈裂強(qiáng)度平均值為0.447MPa，經(jīng)過凍融循環(huán)處理的試驗(yàn)劈裂強(qiáng)度平均值為0.365MPa，其凍融劈裂強(qiáng)度比為81.56%，大于70%，說明SBR 改性乳化瀝青的水穩(wěn)定性滿足要求；在SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青中，未經(jīng)過凍融循環(huán)處理的試樣劈裂試驗(yàn)所得到的抗壓強(qiáng)度比經(jīng)過凍融循環(huán)處理的試樣大，其中未經(jīng)凍融循環(huán)處理試驗(yàn)的劈裂強(qiáng)度平均值為0.343MPa，經(jīng)過凍融循環(huán)處理的試驗(yàn)劈裂強(qiáng)度平均值為0.295MPa，其凍融劈裂強(qiáng)度比為86%，大于70%，說明SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青的水穩(wěn)定性滿足要求；對(duì)比SBR 改性乳化瀝青與SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青可以發(fā)現(xiàn)，不論是未凍融循環(huán)處理的試樣還是凍融循環(huán)處理后的試樣，SBR 改性乳化瀝青試樣的劈裂抗拉強(qiáng)度較大，但凍融劈裂強(qiáng)度比卻較小，說明SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青具有更好的水穩(wěn)定性[8]。

2.3 高溫穩(wěn)定性

按照熱拌瀝青混合料車轍試驗(yàn)的方法對(duì)兩種改性乳化瀝青進(jìn)行車轍試驗(yàn)，將每種改性乳化瀝青分為兩組，每組試驗(yàn)4 個(gè)試件。通過試驗(yàn)得到的動(dòng)穩(wěn)定度值分析兩者的高溫穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果如表7 所示。

表7 車轍試驗(yàn)結(jié)果表

從表7 中可以看出，在SBR 改性乳化瀝青中，第一組試樣的動(dòng)穩(wěn)定度平均值為2524.25 次/mm，第二組試樣的動(dòng)穩(wěn)定度平均值為2525 次/mm，對(duì)照規(guī)范SBR 改性乳化瀝青的高溫穩(wěn)定性可以滿足要求；在SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青中，第一組試樣的動(dòng)穩(wěn)定度平均值為3061.25 次/mm，第二組試樣的動(dòng)穩(wěn)定度平均值為3060.5 次/mm，對(duì)照規(guī)范SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青的高溫穩(wěn)定性可以滿足要求；對(duì)比SBR 改性乳化瀝青與SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青可以發(fā)現(xiàn)，SBR 改性乳化瀝青試樣的動(dòng)穩(wěn)定度較小，說明SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青具有更好的高溫穩(wěn)定性[9]。

2.4 低溫穩(wěn)定性

通過低溫彎曲試驗(yàn)對(duì)兩種改性乳化瀝青進(jìn)行低溫性能的對(duì)比分析，試驗(yàn)過程中將試樣按尺寸要求切割成250mm、300mm 和350mm 的棱柱體，將這些試樣放入防凍液水浴中養(yǎng)護(hù)45min 后取出進(jìn)行小梁試件的低溫彎曲試驗(yàn)，其間水浴的溫度保持在-10℃，按照試樣尺寸的不同將試驗(yàn)分為三組，分別編號(hào)為A、B、C，按式（4）、式（5）及式（6）進(jìn)行計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果如表8 所示。

表8 小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果表

式（4）～式（6）中：R3表示試樣破壞時(shí)的抗彎拉強(qiáng)度，MPa；P3表示試樣中試樣達(dá)到破壞時(shí)的最大荷載，N；L表示試樣的跨徑，mm；b表示試樣的寬度，mm；h表示試樣的高度，mm；d表示試樣破壞的跨中擾度；ε表示試樣破壞時(shí)的最大彎拉應(yīng)變，uε；S表示試樣破壞時(shí)的彎曲勁度模量，MPa。

從表8 中可以看出，在SBR 改性乳化瀝青中，對(duì)比A1、B1、C1 三組試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，隨著試樣尺寸的增大，試驗(yàn)中試樣破壞的荷載有所減小，但變化的幅度不大，試驗(yàn)跨中的擾度增大較為明顯，抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變也有所增大；試樣的彎曲勁度模量在逐漸減小；在SBR 改性乳化瀝青中，對(duì)比A2、B2、C2 三組試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，隨著試樣尺寸的增大，試驗(yàn)中試樣破壞的荷載出現(xiàn)先增大后減小的變化，試驗(yàn)跨中的擾度和最大彎拉應(yīng)變變化幅度較小，但也是試樣尺寸居中的跨中擾度值較大，抗彎拉強(qiáng)度和彎曲勁度模量在逐漸減??；說明試樣的尺寸對(duì)改性瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性有一定影響。對(duì)比A1 與A2 組試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，在試樣尺寸相同的情況下，A2 組試樣在破壞時(shí)所需的荷載較大，跨中的擾度卻較小，計(jì)算得到的彎拉強(qiáng)度和彎曲勁度模量也較大，最大彎拉應(yīng)變卻較小，說明在改性乳化瀝青中加入環(huán)氧樹脂能提高瀝青混合料的強(qiáng)度，但會(huì)降低瀝青混合料的低溫抗變形能力，導(dǎo)致瀝青混合料的脆性增大，說明SBR 改性乳化瀝青比SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青具有更好的低溫穩(wěn)定性，但兩種改性乳化瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變均大于2000uε，說明兩種改性乳化瀝青的低溫穩(wěn)定性均滿足要求[10]。

3 結(jié)語

本文采用室內(nèi)試驗(yàn)的方法對(duì)SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青和SBR 改性乳化瀝青的路用性能進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：在SBR 改性乳化瀝青中加入環(huán)氧樹脂形成SBR 環(huán)氧改性乳化瀝青后，能有效提高瀝青混合料的強(qiáng)度、水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性，但會(huì)使瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性下降，不過依然可以滿足規(guī)范的要求，在一定意義上提高了瀝青混合料的耐久性能，使瀝青混合料具有更好的路用性能。