不同蒸發溫度對乳化改性瀝青的性質影響

王毅 杜菲 黃震

現今對于改性乳化瀝青性質的評價主要是測定其蒸發殘留物的性質,對于瀝青蒸發殘留物含量的測定方法,不同國家所采用的加熱溫度和加熱方法也各不相同。目前國際上通常采用的方法有:

ASTM對乳化瀝青殘留物有三種提取方法:蒸餾法、蒸發法和低溫減壓蒸餾法。蒸餾法將瀝青在260℃下蒸餾15 min。蒸發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程中的降解,但試驗設備復雜。

美國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,確認水分已經完全蒸發,再在163℃條件下保持1 min。

有研究表明,三種方法對瀝青的老化程度基本相同。我國的直接加熱法方法簡便,結果也較為可靠,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 蒸發過程中最高溫度對殘留物性質的影響

實際操作時,由于不同操作人員的水平差異,最高蒸發溫度控制不準,對乳化瀝青殘留物性質指標影響明顯。將同一批次制作的SBR改性乳化瀝青進行不同蒸發模式的蒸發試驗,對其殘留物進行5℃延度測定,結果見表1。

表1 不同最高蒸發溫度對乳化瀝青殘留物性質影響 cm

分析表1結果,殘留物加熱至200℃時,其延度值并沒有因高溫老化而降低,而是相比常規試驗方法有較大幅度提高。但隨著高溫狀態時間的延長,殘留物延度出現了下降趨勢。

通過進一步的試驗研究得知,產生這種試驗結果的主要原因是:試驗過程中的高溫加熱可以使部分乳化劑分解揮發,蒸發殘留物中乳化劑含量減少,相應的乳化劑對延度的負面影響就降低了,延度值大幅提高。然而,乳化劑的揮發不可能是無限制的,再加熱亦會伴有瀝青的老化甚至膠乳的降解,所以延度值不可能無限制上漲。

2 蒸發模式對殘留物性質的影響

乳化瀝青因其使用方式的不同,實際破乳蒸發溫度也不同。對于粘結油,由于可以和上部高溫混合料接觸,破乳后的存在狀態相當于蒸發殘留物試驗中的高溫加熱。但是對于稀漿封層、微表處等,乳化瀝青由于在常溫狀態下破乳蒸發,沒有經過高溫狀態,蒸發程度不同,進而殘留物的性質也不同。為此我們設計了一個對比試驗,將實驗室同一批次制作的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、軟化點試模表面涂膜隔離劑并雙層疊加,按照殘留物含量計算試模的澆筑量,然后再放入100℃烘箱內進行20 h烘干(其間正反翻轉一次,使蒸發均勻),蒸發完全后進行指標測定。另一組為通常的163℃殘留物蒸發試驗,并對其殘留物指標進行測定。試驗結果見表2。

表2 不同蒸發模式下對乳化瀝青殘留物性質影響

通過試驗結果可以看出,163℃蒸發所得殘留物和原瀝青性質接近,但與較低溫度蒸發所得的殘留物指標相差巨大,并且較低溫度蒸發殘留物各項指標性能下降明顯,特別是延度(見圖1)。因此,規范中僅用163℃乳化瀝青殘留物性能反映所有種類乳化瀝青性能的試驗方法值得商榷。

3 乳化瀝青蒸發模式研究

粘結層厚度小,風干快,在進行鋪裝層施工時熱瀝青混合料會對粘結層的乳化瀝青殘留物再進行一次加熱。為了測定攤鋪對粘結層的溫度影響,試驗時將乳化瀝青涂抹在一片薄鐵皮上,待其風干后,裝入馬歇爾試模內,上面填裝200℃的熱瀝青混合料,擊實穩定后(50次)測定鐵皮與混合料接觸面背面溫度(見圖2)。經測定,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溫度相仿。因此可以認為殘留物指標試驗是可以模擬表示薄的粘結層乳化瀝青材料的指標性質的。

但是稀漿封層、微表處用乳化瀝青從攤鋪到蒸發結束基本上是在常溫狀態下進行的,最高溫度也不過60℃,如果考慮后期使用情況,100℃也是可以模擬乳化瀝青的設計蒸發模式的。

4 結語

不同乳化瀝青因其使用范圍的不同,其實際蒸發模式不同。通過進行試驗對比,乳化瀝青在規范規定163℃時和100℃進行蒸發試驗所得殘留物性質相差巨大。建議對用于粘層油的乳化瀝青,可以采用蒸發獲取殘留物的方法檢測其性能;但是對用于稀漿封層、微表處等在常溫下破乳蒸發的乳化瀝青還應進行常溫(或者100℃)狀態下的殘留物性質檢測,以求真實反映乳化瀝青的路用性能。

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