不同蒸發(fā)溫度對(duì)乳化改性瀝青的性質(zhì)影響

王毅 杜菲 黃震

現(xiàn)今對(duì)于改性乳化瀝青性質(zhì)的評(píng)價(jià)主要是測(cè)定其蒸發(fā)殘留物的性質(zhì),對(duì)于瀝青蒸發(fā)殘留物含量的測(cè)定方法,不同國(guó)家所采用的加熱溫度和加熱方法也各不相同。目前國(guó)際上通常采用的方法有:

ASTM對(duì)乳化瀝青殘留物有三種提取方法:蒸餾法、蒸發(fā)法和低溫減壓蒸餾法。蒸餾法將瀝青在260℃下蒸餾15 min。蒸發(fā)法是將瀝青乳液放入163℃的烘箱中加熱2 h,攪拌后,再加熱1 h。減壓蒸餾法由于加熱溫度低,可以避免聚合物在高溫加熱過(guò)程中的降解,但試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜。

美國(guó)加州采用將乳化瀝青在118℃條件下保持30 min,然后升溫到138℃保溫 1.5 h,攪拌,再保持1 h。

我國(guó)采用直接加熱法,即將乳液在電爐上直接加熱攪拌20 min～30 min,確認(rèn)水分已經(jīng)完全蒸發(fā),再在163℃條件下保持1 min。

有研究表明,三種方法對(duì)瀝青的老化程度基本相同。我國(guó)的直接加熱法方法簡(jiǎn)便,結(jié)果也較為可靠,作為殘留物獲取的一種方法是可行的。但是其工藝人為因素影響較大。

1 蒸發(fā)過(guò)程中最高溫度對(duì)殘留物性質(zhì)的影響

實(shí)際操作時(shí),由于不同操作人員的水平差異,最高蒸發(fā)溫度控制不準(zhǔn),對(duì)乳化瀝青殘留物性質(zhì)指標(biāo)影響明顯。將同一批次制作的SBR改性乳化瀝青進(jìn)行不同蒸發(fā)模式的蒸發(fā)試驗(yàn),對(duì)其殘留物進(jìn)行5℃延度測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同最高蒸發(fā)溫度對(duì)乳化瀝青殘留物性質(zhì)影響 cm

分析表1結(jié)果,殘留物加熱至200℃時(shí),其延度值并沒(méi)有因高溫老化而降低,而是相比常規(guī)試驗(yàn)方法有較大幅度提高。但隨著高溫狀態(tài)時(shí)間的延長(zhǎng),殘留物延度出現(xiàn)了下降趨勢(shì)。

通過(guò)進(jìn)一步的試驗(yàn)研究得知,產(chǎn)生這種試驗(yàn)結(jié)果的主要原因是:試驗(yàn)過(guò)程中的高溫加熱可以使部分乳化劑分解揮發(fā),蒸發(fā)殘留物中乳化劑含量減少,相應(yīng)的乳化劑對(duì)延度的負(fù)面影響就降低了,延度值大幅提高。然而,乳化劑的揮發(fā)不可能是無(wú)限制的,再加熱亦會(huì)伴有瀝青的老化甚至膠乳的降解,所以延度值不可能無(wú)限制上漲。

2 蒸發(fā)模式對(duì)殘留物性質(zhì)的影響

乳化瀝青因其使用方式的不同,實(shí)際破乳蒸發(fā)溫度也不同。對(duì)于粘結(jié)油,由于可以和上部高溫混合料接觸,破乳后的存在狀態(tài)相當(dāng)于蒸發(fā)殘留物試驗(yàn)中的高溫加熱。但是對(duì)于稀漿封層、微表處等,乳化瀝青由于在常溫狀態(tài)下破乳蒸發(fā),沒(méi)有經(jīng)過(guò)高溫狀態(tài),蒸發(fā)程度不同,進(jìn)而殘留物的性質(zhì)也不同。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)比試驗(yàn),將實(shí)驗(yàn)室同一批次制作的SBS改性乳化瀝青分成兩組:一組為乳化SBS改性瀝青直接澆筑試模,在100℃溫度下保持20 h;具體做法為將延度、軟化點(diǎn)試模表面涂膜隔離劑并雙層疊加,按照殘留物含量計(jì)算試模的澆筑量,然后再放入100℃烘箱內(nèi)進(jìn)行20 h烘干(其間正反翻轉(zhuǎn)一次,使蒸發(fā)均勻),蒸發(fā)完全后進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。另一組為通常的163℃殘留物蒸發(fā)試驗(yàn),并對(duì)其殘留物指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同蒸發(fā)模式下對(duì)乳化瀝青殘留物性質(zhì)影響

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可以看出,163℃蒸發(fā)所得殘留物和原瀝青性質(zhì)接近,但與較低溫度蒸發(fā)所得的殘留物指標(biāo)相差巨大,并且較低溫度蒸發(fā)殘留物各項(xiàng)指標(biāo)性能下降明顯,特別是延度(見(jiàn)圖1)。因此,規(guī)范中僅用163℃乳化瀝青殘留物性能反映所有種類(lèi)乳化瀝青性能的試驗(yàn)方法值得商榷。

3 乳化瀝青蒸發(fā)模式研究

粘結(jié)層厚度小,風(fēng)干快,在進(jìn)行鋪裝層施工時(shí)熱瀝青混合料會(huì)對(duì)粘結(jié)層的乳化瀝青殘留物再進(jìn)行一次加熱。為了測(cè)定攤鋪對(duì)粘結(jié)層的溫度影響,試驗(yàn)時(shí)將乳化瀝青涂抹在一片薄鐵皮上,待其風(fēng)干后,裝入馬歇爾試模內(nèi),上面填裝200℃的熱瀝青混合料,擊實(shí)穩(wěn)定后(50次)測(cè)定鐵皮與混合料接觸面背面溫度(見(jiàn)圖2)。經(jīng)測(cè)定,熱瀝青混合料可以使鐵皮溫度保持在60℃以上5 min左右,與乳化瀝青殘留物試驗(yàn)溫度相仿。因此可以認(rèn)為殘留物指標(biāo)試驗(yàn)是可以模擬表示薄的粘結(jié)層乳化瀝青材料的指標(biāo)性質(zhì)的。

但是稀漿封層、微表處用乳化瀝青從攤鋪到蒸發(fā)結(jié)束基本上是在常溫狀態(tài)下進(jìn)行的,最高溫度也不過(guò)60℃,如果考慮后期使用情況,100℃也是可以模擬乳化瀝青的設(shè)計(jì)蒸發(fā)模式的。

4 結(jié)語(yǔ)

不同乳化瀝青因其使用范圍的不同,其實(shí)際蒸發(fā)模式不同。通過(guò)進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比,乳化瀝青在規(guī)范規(guī)定163℃時(shí)和100℃進(jìn)行蒸發(fā)試驗(yàn)所得殘留物性質(zhì)相差巨大。建議對(duì)用于粘層油的乳化瀝青,可以采用蒸發(fā)獲取殘留物的方法檢測(cè)其性能;但是對(duì)用于稀漿封層、微表處等在常溫下破乳蒸發(fā)的乳化瀝青還應(yīng)進(jìn)行常溫(或者100℃)狀態(tài)下的殘留物性質(zhì)檢測(cè),以求真實(shí)反映乳化瀝青的路用性能。

[1] JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTJ 052-2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3] 沈金安.國(guó)外瀝青路面設(shè)計(jì)方法總匯[M].北京:人民交通出版社,2004.

[4] 沈金安.瀝青及瀝青混合料[M].北京:人民交通出版社,2003.

[5] 交通部陽(yáng)離子乳化瀝青課題協(xié)作組.陽(yáng)離子乳化瀝青路面[M].北京:人民交通出版社,1998.

[6] 吳曠懷,楊奇竹,楊海清.新型乳化SBS改性瀝青的研制與評(píng)價(jià)[J].中外公路,2007(2):159-162.

[7] 趙玉龍,高 輝,朱浩然.改性乳化瀝青在混凝土橋面鋪裝防水粘結(jié)層中的應(yīng)用[J].石油瀝青,2007(12):54-59.

[8] 于 翠,王 亮,李學(xué)峰.SBS改性乳化瀝青的制備與性能分析[J].山西建筑,2008,34(1):178-179.