不同改性劑乳化瀝青及冷拌冷鋪乳化瀝青混合料性能研究

李 霞,SAUSAN Tigheu

(1.太原學(xué)院建筑工程系，山西 太原 030032 ；2.滑鐵盧大學(xué) 道路與交通技術(shù)中心, 加拿大 滑鐵盧市 N2L 3G1)

0 引言

低碳、節(jié)能、環(huán)保瀝青路面修建技術(shù)一直是公路工程行業(yè)的熱點和難點[1-3]，工程應(yīng)用實踐表明[4-7]，冷拌冷鋪乳化瀝青混合料在滿足瀝青路面建養(yǎng)技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，是實現(xiàn)低碳環(huán)保多贏局面的重要技術(shù)保障。冷拌冷鋪瀝青混合料在施工階段不需要加熱原材料，徹底解決了有害氣體的排放、污染嚴重的問題；冷拌冷鋪瀝青混合料在礦料和瀝青用量方面都大幅度減少，并且可添加廢舊瀝青路面回收材料，造價顯著降低，經(jīng)濟效益十分顯著。施工溫度低、施工和易性好，冷拌冷鋪瀝青混合料在0 ℃以上環(huán)境溫度即可施工，瀝青路面鋪筑受環(huán)境溫度的影響小，便于長距離運輸，更利于瀝青混合料施工組織和施工質(zhì)量控制，適合邊遠地區(qū)公路的新建和養(yǎng)護工程。將冷拌冷鋪瀝青混合料替代熱拌瀝青混合料，不但可以推廣乳化瀝青混合料在公路建設(shè)中的應(yīng)用，還有節(jié)約能源、保護環(huán)境、降低建設(shè)成本的多項優(yōu)勢，已成為實現(xiàn)低碳交通的重要途徑之一。

隨著實體工程應(yīng)用和研究的不斷深入，加之使用過程中冷鋪冷拌瀝青混合料產(chǎn)生的松散、車轍等早發(fā)性病害比較普遍，傳統(tǒng)的乳化瀝青混合料顯然已經(jīng)不能滿足極端氣候條件和重載交通的需求，工程中對乳化瀝青混合料提出了更高的要求，要求乳化瀝青要具備低溫下更強的彈性和塑性，高溫下具有更好的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強度，同時要求乳化瀝青混合料有更高的黏結(jié)強度和更好的耐久性。在此背景下，季節(jié)[4]、張慶[5]研究了水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青及其乳化瀝青混合料的路用性能與黏附特性。周衛(wèi)鋒[6]研究了水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青的路用性能，從高溫性能考慮，建議水性環(huán)氧樹脂的最佳摻量為10%。李秀君[7]研究了水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青的黏結(jié)特性，結(jié)果表明使用水性環(huán)氧樹脂改性劑可以顯著提高乳化瀝青的層間黏結(jié)性。謝新宇[8]研究了聚合物改性劑類型對改性乳化瀝青性能的影響。張倩[9]基于宏觀性能與微觀性狀確定了SBR膠乳在SBR改性乳化瀝青中的最佳添加量為3%～3.5%。摻加改性劑可以使乳化瀝青及其混合料各項性能大幅度提高，本文采用SBR、SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE乳液對乳化瀝青進行改性，并對4種改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物性能、改性乳化瀝青混合料力學(xué)性能、路用性能和耐久性能進行對比研究，結(jié)合試驗段鋪筑經(jīng)驗總結(jié)，研究成果為冷鋪冷補乳化瀝青混合料的推廣應(yīng)用和產(chǎn)品甄選提供借鑒。

1 原材料與方法

1.1 試驗原材料性能

基質(zhì)瀝青選用遼寧盤錦寶萊生物能源有限公司生產(chǎn)的90#A道路石油瀝青，基質(zhì)瀝青針入度86.5(0.1 mm)、軟化點47 ℃，10 ℃延度大于150 cm，經(jīng)檢測瀝青各項性能滿足JTG F40-2004規(guī)范要求。選用美德維實偉克CCR-5陽離子慢裂慢凝乳化劑，其主要性能指標(biāo)如下：外觀為棕色液體，電荷為+，pH為5～7，破乳速度為慢裂慢凝，溶解度大于99.8%，有效固含量大于85%。SBS、SBR改性劑膠乳由美德維實偉克生產(chǎn)，其主要性能見表1。VAE乳液由南京某石化公司生產(chǎn)，型號為CP149，其性能如下：外觀為淡黃色液體，醋酸乙烯含量75%～90%，比重0.97，25 ℃黏度小于1.5，pH為4～6。國產(chǎn)某水性環(huán)氧樹脂、胺類固化劑型號為E56，其性能如下：外觀為乳白色液體，固含量大于65%，比重1.06，25 ℃黏度小于1.5，pH為6～8，環(huán)氧值0.26。集料為石灰?guī)r碎石和石灰?guī)r機制砂，經(jīng)檢測集料的抗磨耗值、抗沖擊值、磨光值和粗糙度以及細集料的顆粒級配、堅固性、棱角性等技術(shù)指標(biāo)均滿足JTG F40-2004的要求。為了調(diào)節(jié)改性乳化瀝青混合料的膠漿狀態(tài)、破乳時間和早期成型強度，在改性乳化瀝青中添加了適量PO42.5普通硅酸鹽水泥，水泥各項指標(biāo)滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB175-2007)的要求。

表1 SBS、SBR膠乳主要性能Table 1 Main performance of SBS and SBR latex指標(biāo)外觀改性劑含量/%比重25 ℃黏度pHSBS膠乳淡黃色液體>801.03<1.54～6SBR膠乳乳白色液體>800.99

1.2 改性乳化瀝青制備

采用“先乳化后改性工藝”制備改性乳化瀝青。固定乳化瀝青的固含量為63%，變化SBS、SBR、VEA膠乳和水性環(huán)氧樹脂摻量為乳化瀝青質(zhì)量的1%、2%、3%、4%、5%、6%。改性乳化瀝青制備步驟：①加熱基質(zhì)瀝青至150 ℃，同時加熱自來水至70 ℃～80 ℃；②在熱水中加鹽酸，調(diào)節(jié)pH為2～3，加入5%乳化劑，攪拌均勻3 min；③開啟膠體磨，將乳化劑水溶液加入膠體磨中，緩慢加入基質(zhì)瀝青，保持80 ℃～90 ℃以4 500 r/min的速率剪切20 min完成乳化瀝青制備；④加入預(yù)定質(zhì)量的乳化瀝青改性劑，保持乳液溫度為80 ℃～90 ℃，在膠體磨中以1 500 r/min速率剪切3 min，完成改性乳化瀝青制備。經(jīng)檢測所有改性乳化瀝青的1.18 mm篩上剩余量小于0.5%，蒸發(fā)殘留物含量大于63%，水煮后改性乳化瀝青與集料黏附面積接近100%，表觀來看，4種改性乳化瀝青未出現(xiàn)凝絮等破乳現(xiàn)象，改性劑膠乳與乳化瀝青的配伍性良好。

1.3 試驗方案

基于針入度評價體系中的25 ℃針入度、軟化點、5 ℃延度試驗、黏韌性試驗評價改性乳化瀝青殘留物性能，為優(yōu)化最佳的改性劑摻量提供依據(jù)。進而采用修正馬歇爾法確定改性乳化瀝青的最佳乳化瀝青用量和最佳拌和用水量，采用常規(guī)三大路用性能試驗、四點彎曲疲勞試驗研究改性乳化瀝青冷再生混合料的路用性能與耐久性能。

2 改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物性能

對比分析不同改性劑種類和摻量對乳化瀝青常規(guī)性能的影響。采用蒸發(fā)法獲取改性乳化瀝青殘留物，控制電熱爐加熱溫度為100 ℃，保證水分沸騰，同時瀝青不老化，最后將改性乳化瀝青放入163 ℃烘箱中30 min，確保水分已經(jīng)完全蒸發(fā)。5 ℃針入度、軟化點、5 ℃延度試驗、黏韌性試驗方法、步驟嚴格按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)進行，試驗結(jié)果見圖1。

圖1試驗結(jié)果表明:

a.隨著SBS、SBR、VAE和水性環(huán)氧樹脂摻量增大，改性乳化瀝青殘留物的針入度不斷減小，軟化點、黏韌性值持續(xù)增大，隨著SBS、SBR改性劑摻量增大，2種改性瀝青延度增大，而隨著VAE和水性環(huán)氧樹脂摻量增大，改性瀝青殘留物持續(xù)減小，由此可見，摻加SBS、SBR、VAE和水性環(huán)氧樹脂均能顯著改善乳化瀝青的高溫性能，VAE和水性環(huán)氧樹脂摻量越大，改性乳化瀝青的低溫性能越差。

b.黏韌性試驗測試的是瀝青試樣在拉伸過程中所承受的試驗拉力與拉伸長度的乘積，可以較為全面反映瀝青試樣的低溫抗拉伸性能，摻加VAE和水性環(huán)氧樹脂改性劑后改性瀝青蒸發(fā)殘留物黏韌性試驗結(jié)果與5 ℃延度變化趨勢不同，隨著VAE和水性環(huán)氧樹脂摻量增大，VAE、水性環(huán)氧樹脂改性瀝青的黏韌性值不斷增大，表明在延度減小的同時，VAE、水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青的拉伸強度不斷增大，綜合考慮拉伸強度和低溫變形能力，VAE和水性環(huán)氧樹脂對乳化瀝青的低溫性能影響不大或略有提高。

c.相同改性劑摻量，4種改性劑對乳化瀝青殘留物針入度的由大到小排序為SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE、SBR，軟化點由大到小排序為水性環(huán)氧樹脂、SBS、VAE、SBR， 5 ℃延度由大到小排序為SBS、SBR、水性環(huán)氧樹脂、VAE，黏韌性由大到小排序為SBS、SBR、VAE、水性環(huán)氧樹脂，由此可見水性環(huán)氧樹脂對乳化瀝青高溫性能的改善效果最佳，SBR、SBR對乳化瀝青低溫性能改善作用最明顯。

d.對比不同改性劑摻量下改性乳化瀝青針入度、延度、黏韌性和5 ℃延度指標(biāo)變化趨勢，4種改性劑在5%摻量以內(nèi)，增大改性劑摻量后針入度、延度和黏韌性變化趨勢最為明顯，改性劑摻量超過5%后，增大改性劑摻量后改性瀝青殘留物各指標(biāo)性能變化趨于平緩，綜合考慮工程經(jīng)濟性，4種改性劑摻量均不宜超過5%。

(a) 針入度

3 不同改性乳化瀝青混合料性能

3.1 改性乳化瀝青混合料配合比設(shè)計

選用AC-10和AC-5兩種礦料級配，合成級配見表2。按照修正馬歇爾乳化瀝青用量預(yù)估公式P=0.06A+0.128B+0.2C(P為改性乳化瀝青占集料干質(zhì)量百分比，A為大于2.36 mm礦料的百分比，B為0.075～2.36 mm礦料百分比，C為0.075 mm礦料百分比)，預(yù)估AC-10的最佳改性乳化瀝青用量為9.5%，AC-5礦料級配的最佳乳化瀝青用量為10.8%。

表2 AC-10及AC-5礦料級配Table 2 AC-10 and AC-5 mineral gradation級配類型以下篩孔尺寸(mm)通過百分率/%13.29.54.752.361.180.60.30.15AC-1010097.463.348.534.426.612.38.4AC-5100.096.565.342.331.522.511.4

在拌和乳化瀝青冷再生混合料前先加入1.5%水泥與集料干拌60 s，加入乳化瀝青，攪拌90 s，完成混合料拌和。采用雙面各擊實50次成型馬歇爾試件，不脫模在105 ℃環(huán)境箱中加速養(yǎng)生24 h，然后取出馬歇爾試件，待試件冷卻后再雙面各擊實25次，完成試件制備。采用 “50+25”成型馬歇爾試件，主要考慮到加速養(yǎng)生過程中試件出現(xiàn)了輕微的體積膨脹現(xiàn)象，二次擊實主要是為了消除體積膨脹對試驗結(jié)果的影響。以預(yù)估的最佳瀝青用量P為中值，間隔1%變化5組改性乳化瀝青用量成型試件，測試馬歇爾穩(wěn)定度，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，隨著5種乳化瀝青用量摻量增大，AC-10、AC-5乳化瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度呈先增大后減小變化趨勢，以馬歇爾穩(wěn)定度峰值確定乳化瀝青冷再生混合料最佳乳化瀝青用量，并測試最佳乳化瀝青用量下的馬歇爾密度和空隙率，結(jié)果匯總見表3。

由表3可知，對于AC-10乳化瀝青混合料，普通乳化瀝青、SBR改性乳化瀝青、SBS改性乳化瀝青、水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青、VAE改性乳化瀝青的最佳用量分別為9.5%、10%、10.5%、10.5%、10%，最佳乳化瀝青下的空隙率介于5.0%～5.7%，相比普通乳化瀝青混合料(馬歇爾穩(wěn)定度6.6 kN)，SBS、SBR、水性環(huán)氧樹脂、VAE改性乳化瀝青混合料最佳乳化瀝青用量下的馬歇爾穩(wěn)定度增大了34.9%、74.4%、61.1%、14.7%；對于AC-5乳化瀝青混合料，普通乳化瀝青、SBR改性乳化瀝青、SBS改性乳化瀝青、水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青、VAE改性乳化瀝青的最佳用量分別為10.5%、11.5%、11.5%、11.5%、10.5%，最佳乳化瀝青下的空隙率介于5.9%～6.7%，相比普通乳化瀝青混合料(馬歇爾穩(wěn)定度5.4 kN)，SBS、SBR、水性環(huán)氧樹脂、VAE改性乳化瀝青混合料最佳乳化瀝青用量下的馬歇爾穩(wěn)定度增大了36.1%、65.6%、52.6%、21.6%；AC-5、AC-10乳化瀝青混合料在最佳乳化瀝青用量下的馬歇爾穩(wěn)定度遠大于3.0 kN規(guī)范要求，同時空隙率滿足5%～7.5%規(guī)范要求。相同改性劑，在最佳乳化瀝青用量下，AC-10乳化瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度大于AC-5乳化瀝青混合料。相同混合料類型，馬歇爾穩(wěn)定度由大到小排序為SBS改性乳化瀝青混合料、水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青混合料、SBR改性乳化瀝青混合料、VAE改性乳化瀝青混合料、普通乳化瀝青混合料。

(a) AC-10乳化瀝青混合料

表3 乳化瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果Table 3 Marshall test results of emulsified asphalt mixture改性劑類型AC-10乳化瀝青混合料AC-5乳化瀝青混合料最佳乳化瀝青用量/%密度/(g·cm-3)空隙率/%最佳乳化瀝青用量/%密度/(g·cm-3)空隙率/%普通乳化瀝青9.52.3195.210.52.3076.3SBR乳化瀝青10.02.4025.711.52.2346.4SBS乳化瀝青10.52.4155.111.52.3516.7水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青10.52.4124.611.52.3525.9VAE乳化瀝青10.02.3875.010.52.3186.1

3.2 力學(xué)性能

試驗采用AC-10礦料級配，在最佳乳化瀝青用量下成型試件，養(yǎng)生結(jié)束后基于劈裂強度試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗、動態(tài)壓縮模量試驗、貫入剪切試驗研究不同改性乳化瀝青混合料的強度特性。試驗條件、方法及步驟嚴格參照JTG E20-2011、JTG D50-2017進行，試驗結(jié)果見表4。

表4 乳化瀝青混合料強度特性試驗結(jié)果Table 4 Test results of strength characteristics of emulsi-fied asphalt mixtureMPa 改性劑種類劈裂強度抗壓強度動態(tài)壓縮模量貫入剪切強度普通乳化瀝青0.573.548 2550.763SBR 0.844.399 6940.875SBS 1.185.2910 6961.132水性環(huán)氧樹脂1.025.7311 7151.213VAE 0.724.129 2040.812

由表4試驗結(jié)果可知，4種改性乳化瀝青的劈裂強度、抗壓強度、動態(tài)壓縮模量和貫入剪切強度4個力學(xué)強度指標(biāo)均大于普通乳化瀝青混合料。4種改性乳化瀝青中的SBS和水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青混合料的力學(xué)性能最好，其次為SBR改性乳化瀝青混合料，VAE改性乳化瀝青混合料的力學(xué)強度最差。相比普通乳化瀝青混合料，摻加SBS、SBR、水性環(huán)氧樹脂和VAE改性劑后，4種改性乳化瀝青混合料的劈裂強度增大了47.4%、107%、78.9%、26.3%，抗壓強度增大了24%、49.4%、61.9%、16.4%，動態(tài)壓縮模量增大了17.4%、29.6%、41.9%、11.5%，貫入剪切強度增大了14.7%、48.4%、59%、6.4%，使用改性瀝青能夠顯著提高乳化瀝青混合料的力學(xué)強度性能。乳化瀝青混合料的動態(tài)壓縮模量達到了8 255 MPa，4種改性乳化瀝青混合料的動態(tài)壓縮模量達到了9 200～11 700 MPa，與JTG D50-2017推薦的常用瀝青混合料20 ℃條件下動態(tài)模量取值范圍7 500～11 500 MPa比較接近，60 ℃貫入剪切強度大于0.8 MPa，抗壓強度達到了4～5.5 MPa，改性乳化瀝青混合料的力學(xué)性能達到了熱拌瀝青混合料的水平。

3.3 路用性能

車轍病害是目前我國瀝青路面病害之首，乳化瀝青混合料作為填充車轍的快速養(yǎng)護技術(shù)手段之一，具有施工便捷、可長距離運輸、施工和易性好等優(yōu)勢，乳化瀝青混合料用作薄層罩面在應(yīng)對日趨嚴重的車轍病害問題時，這也對乳化瀝青混合料的高溫性能提出了更高要求[10-12]。低溫抗裂性是要求乳化瀝青混合料在低溫疲勞作用和氣溫驟降拉應(yīng)力作用下不產(chǎn)生開裂病害的能力，冷拌冷鋪薄層罩面位于瀝青路面最上層，受溫度變化影響最為劇烈，這就要求乳化瀝青冷再生混合料具有更好的低溫抗裂性能[13]。乳化瀝青混合料具有較大的空隙率，經(jīng)受行車荷載動水沖刷后容易導(dǎo)致瀝青膜被撕裂、剝離現(xiàn)象，因此冷拌冷鋪乳化瀝青混合料的水損害問題在全國范圍內(nèi)都很普遍[14-16]。

按照JTG D50-2015規(guī)范要求，采用60 ℃車轍試驗、-10 ℃低溫彎曲試驗和浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗評價乳化瀝青混合料的3個路用性能。試驗方法嚴格按照JTG F40-2004進行，結(jié)果見表5。

表5 乳化瀝青混合料路用性能試驗結(jié)果Table 5 Test results of road performance of emulsified asphalt mixture混合料類型改性劑種類車轍試驗低溫彎曲試驗水穩(wěn)定性試驗動穩(wěn)定度/(次·mm-1)彎拉強度/MPa彎曲應(yīng)變/με馬歇爾殘留穩(wěn)定度/%凍融劈裂強度比/%普通乳化瀝青2 6874.551 748.9288.581.4SBR3 2247.733 769.4692.487.7AC-10SBS5 3849.343 343.2898.795.6水性環(huán)氧樹脂6 8987.372 054.1697.493.4VAE4 1576.942 080.9291.390.1普通乳化瀝青1 5564.162 568.4495.587.2SBR2 3467.064 876.3896.895.4AC-5SBS4 1128.354 247.7699.497.4水性環(huán)氧樹脂5 3466.643 237.6498.398.1VAE3 4765.433 478.3197.396.4

由表5試驗結(jié)果可知：

a.車轍試驗結(jié)果表明，普通AC-10、AC-5乳化瀝青混合料的動穩(wěn)定度2 687、1 556 次/mm，表現(xiàn)出了良好的高溫性能。對于AC-10礦料級配，摻加SBR、SBS、水性環(huán)氧樹脂和VAE后，相比普通乳化瀝青混合料動穩(wěn)定度提高了20%、100.4%、156.7%、54.7%；對于AC-5礦料級配，摻加SBR、SBS、水性環(huán)氧樹脂和VAE后，相比普通乳化瀝青混合料動穩(wěn)定度提高了50.8%、164.3%、243.6%、123.4%，由此可見，礦料級配越細，相應(yīng)的改性瀝青混合料高溫性能越差，摻加改性劑對AC-5乳化瀝青混合料高溫性能改善效果優(yōu)于AC-10乳化瀝青混合料。4種AC-10改性乳化瀝青混合料的動穩(wěn)定度達到了3 224～6 898 次/mm，4種改性劑乳化瀝青混合料中，水性環(huán)氧樹脂對乳化瀝青混合料高溫性能改善效果最好(6 898 次/mm)，其次為SBS改性乳化瀝青混合料(5 384 次/mm)、VAE改性瀝青混合料(4 157 次/mm)，SBR改性混合料的高溫性能最差，但也達到了3 224 次/mm，因此對高溫性能要求嚴苛地區(qū)，應(yīng)優(yōu)考慮采用水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青混合料。

b.低溫彎曲試驗結(jié)果表明，SBS、SBR改性乳化瀝青混合料的彎曲應(yīng)變達到了3 000 με以上，具有優(yōu)良的低溫抗裂性能，相同試驗條件AC-5比AC-10有更好低溫抗裂性能，乳化瀝青混合料的整體柔韌性良好，SBS、SBR改性AC-5砂礫式乳化瀝青混合料可作為應(yīng)力吸收層使用。相比普通乳化瀝青混合料，摻加SBR、SBS、水性環(huán)氧樹脂和VAE后，AC-5、AC-10改性乳化瀝青混合料的彎拉強度和彎曲應(yīng)變均有明顯提高，說明這2種改性劑對乳化瀝青混合料低溫性能有一定改善作用。c.水穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明，5種乳化瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度大于85%，凍融劈裂強度比大于80%，尤其是摻加SBS、SBR、水性環(huán)氧樹脂和VAE后改性乳化瀝青混合料的凍融劈裂強度比和馬歇爾殘留穩(wěn)定度基本達到了90%以上，4種改性乳化瀝青混合料表現(xiàn)出了優(yōu)良的水穩(wěn)定性，可應(yīng)用于多雨濕熱地區(qū)瀝青路面冷鋪罩面工程。

3.4 抗疲勞耐久性能

3.4.1四點彎曲疲勞試驗

采用AC-5、AC-10的2種礦料級配，試驗方法按照JTG E20-2011中T0739-2011四點彎曲疲勞試驗進行，試驗溫度20 ℃，加載頻率10 Hz，采用恒應(yīng)變控制的連續(xù)偏正弦加載模式，試件尺寸(長度×厚度×寬度)380 mm×50 mm×63.5 mm，試驗施加1 000 με應(yīng)變水平，以彎曲勁度模量降低到初始彎曲勁度模量50%對應(yīng)的加載循環(huán)次數(shù)計疲勞壽命和累積耗散能。試驗結(jié)果見表6。

表6 疲勞壽命和耗散能試驗結(jié)果Table 6 Fatigue life and dissipation energy test results改性乳化瀝青類型AC-10乳化瀝青混合料AC-5乳化瀝青混合料疲勞壽命/次耗散能 /(J·m-3)疲勞壽命/次耗散能/(J·m-3)普通乳化瀝青10 6857 57513 4389 352SBR17 73610 21424 93113 984SBS24 37915 43532 63418 949水性環(huán)氧樹脂19 75313 27325 74516 593VAE16 6788 97821 84611 345

疲勞試驗結(jié)果表明，對于AC-5礦料級配，摻加SBS、SBR、水性環(huán)氧樹脂、VAE后4種改性乳化瀝青混合料的疲勞壽命比普通乳化瀝青混合料提高了66%、128.2%、84.9%、56.1%，累積耗散能提高了34.8%、103.8%、75.2%、18.5%，對于AC-10礦料級配，摻加SBS、SBR、水性環(huán)氧樹脂、VAE后4種改性乳化瀝青混合料的疲勞壽命比普通乳化瀝青混合料提高了85.5%、142.8%、91.6%、62.6%，累積耗散能提高了49.5%、102.6%、77.4%、21.3%，由此可見，摻加SBR、SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE改性劑可使得普通乳化瀝青混合料疲勞壽命提高50%以上，4種改性乳化瀝青混合料在1 000 με水平下的疲勞壽命達到了16 000次以上，達到了熱拌瀝青混合料的抗疲勞水平。

3.4.2MMLS 1/3加速加載試驗

采用南非進口的MMLS1/3試驗設(shè)備模擬行車荷載對乳化瀝青混合料的疲勞損傷作用，按照MMLS1/3試件厚80 mm，試驗溫度60 ℃，接地壓強0.7 MPa，試驗?zāi)z輪加載速率為7.2 km/h，不同加載次數(shù)下試驗?zāi)z輪輪跡正下方的車轍深度發(fā)展規(guī)律試驗結(jié)果見圖3。

圖3 MMLS1/3試驗結(jié)果

由圖3MMLS1/3試驗結(jié)果可知：

a.試驗過程中，隨著膠輪加載次數(shù)增加，5種乳化瀝青混合料在試驗荷載作用下的產(chǎn)生的車轍深度持續(xù)增大，與此同時，車轍增長速率逐漸減小。車轍深度發(fā)展呈兩階段增長趨勢：在加載(5～10)萬次前，車轍深度隨試驗?zāi)z輪加載次數(shù)增大而快速增大，加載(5～10)萬次后，車轍深度隨加載次數(shù)增加呈緩慢增大趨勢，此時車轍發(fā)展進入穩(wěn)定遷移期，分析以為第一階段車轍變形主要來源于壓密變形，這主要是乳化瀝青混合料空隙率較大的原因，計算表明，壓密變形階段產(chǎn)生的車轍變形量約為總車轍深度的55%～60%。

b.相同加載次數(shù)，纖維乳化瀝青冷再生混合料車轍變形量明顯小于普通乳化瀝青冷再生混合料(未摻加纖維)，SBS、水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青混合料的車轍變形量相對最小，同時穩(wěn)定遷移期車轍增長速率也較小，試驗過程中，5種乳化瀝青混合料并出現(xiàn)明顯的松散或產(chǎn)生大裂紋，表現(xiàn)出了優(yōu)良的抗疲勞耐久性能。加載120萬次后，SBR、SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE改性乳化瀝青混合料的車轍變形量比普通乳化瀝青混合料降低了32.3%、55.1%、49.2%、43.9%，可見摻加4種改性劑均能夠顯著改善乳化瀝青混合料在高溫持續(xù)荷載作用下的長期穩(wěn)定性，4種改性乳化瀝青混合料在高溫持續(xù)荷載作用下的抗變形穩(wěn)定性由優(yōu)至劣排序為SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE、SBR。

4 工程應(yīng)用

基于室內(nèi)試驗研究，結(jié)合成本分析， SBS、SBR、水性環(huán)氧樹脂、VAE改性AC-10乳化瀝青混合料單價為251、262、268、215元/t，綜合路用性能要求和工程經(jīng)濟性，課題組于2017年10月份在河北滄州某高速公路預(yù)防性養(yǎng)護工程進行了試驗段驗證。SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE改性乳化瀝青混合料試驗段各鋪筑了500 m，試驗段總長度為1 500 m，鋪筑面積17 250 m2。試驗段采用AC-10礦料級配，壓實厚度2 cm。采用快裂快凝乳化劑，施工1 h后即可開放交通，實測構(gòu)造深度1.1 mm，滲水系數(shù)為0。3種改性乳化瀝青混合料服役2 a后未見明顯車轍、推移、泛油等病害，主要病害為老瀝青混凝土表面的反射裂縫?？偨Y(jié)試驗段鋪筑經(jīng)驗可以發(fā)現(xiàn)，SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE改性乳化瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性、密封防水性和抗滑性能，對改善輕微車轍、微裂紋，改善行車舒適性有較好適用性，同時兼具預(yù)防性與修復(fù)性養(yǎng)護功能，全壽命周期養(yǎng)護投資綜合效益高，具有推廣應(yīng)用價值。

5 結(jié)語

a.摻加SBR、SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE這4種改性劑均可以顯著提高乳化瀝青的高溫性能。SBS、SBR兩種改性劑能夠顯著改善乳化瀝青的低溫性能，水性環(huán)氧樹脂和VAE改性劑對乳化瀝青低溫性能改善不明顯或略有負面影響，綜合考慮乳化瀝青蒸發(fā)殘留物性能和工程經(jīng)濟性，建議用于乳化瀝青改性劑時，SBR、SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE 4種改性劑應(yīng)不超過5%為宜。

b.SBR、SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE這4種改性乳化瀝青混合料的力學(xué)性能和路用性能可以達到熱拌瀝青混合料相同技術(shù)水平。建議將SBS、水性環(huán)氧樹脂和VAE改性乳化瀝青混合料應(yīng)用于南方潮濕、高溫多雨地區(qū)，SBR改性乳化瀝青可用于我國北方等寒冷地區(qū)。

c.摻加SBR、SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE這4種改性劑均可以顯著提高乳化瀝青混合料的抗疲勞性能和高溫長期穩(wěn)定性，4種改性乳化瀝青混合料在高溫持續(xù)荷載作用下的抗疲勞耐久性和抗變形穩(wěn)定性由優(yōu)至劣排序為SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE、SBR。

d.實體工程應(yīng)用表明，SBS、水性環(huán)氧樹脂、VAE改性乳化瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性、密封防水性和抗滑性能，對改善輕微車轍、微裂紋，改善行車舒適性有較好適用性，同時兼具預(yù)防性與修復(fù)性養(yǎng)護功能，全壽命周期養(yǎng)護投資綜合效益高，具有推廣應(yīng)用價值。