SBR改性乳化瀝青性能影響因素分析

王志福

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 微表處養護技術

1.1 技術特征

改性乳化瀝青是微表處養護技術的重要原材料，其將礦料、集料聚合物改性乳化瀝青、添加劑和水按照特定比例拌和后攤鋪到路面表層，以彌補路面微小缺陷，提高摩擦，減少路面松散[1]。最終達到延緩路面老化提高路面使用性能的目的。

1.2 使用范圍

微表處主要適用于路面松散或磨耗較為嚴重的情況；輕度橫向、縱向塊狀裂縫；輕、中度泛油或不平整路面以及滲水路面。但微表處不適宜裂縫較多，破損嚴重的路面修補。

2 SBR改性乳化瀝青原材料性能

2.1 瀝青

試驗采用韓國90號重交瀝青，其基本性能如表1所示。

表1 瀝青基本性能

2.2 乳化劑

選用A和B兩種慢裂快凝型陽離子瀝青乳化劑進行研究。其基本性能如表2、表3所示。

表2 乳化劑A基本性能

2.3 改性劑

考慮到改性劑陰、陽離子和瀝青的配伍性問題，選用進口SBR改性劑和國產SBR膠乳改性劑，二者均能夠與所選的乳化劑達成默契配合，其固含量分別為63%，60%。

2.4 pH調節劑

由于乳化瀝青中的乳化劑在特定范圍的pH條件下方能達到最佳溶解效果。由于本文選用的乳化劑是陽離子慢裂快凝型，其需要在酸性環境下方能達到良好的溶解相容效果[2]。因此，選用鹽酸作為pH調節劑，其有效物含量為36%～38%。

2.5 穩定劑

由于改性乳化瀝青屬于復合熱力學欠穩定體系，加上改性劑的加入，使其不穩定性特征表現更為明顯，因此選用氯化鈣和聚乙烯醇作為穩定劑，減緩凝聚速度，改善穩定性能。

2.6 水

水作為瀝青分散介質，選用水質良好，透明無色無雜質和異味，pH在6.0～8.5且硬度小于8度的飲用水作為溶劑。

3 皂液pH值影響

3.1 皂液的制備

采用無機穩定劑氯化鈣和有機穩定劑聚乙烯醇PVA制備皂液。首先將水加熱至70～80℃，然后加入PVA，攪拌冷卻至60～65℃，再加入氯化鈣，最后用鹽酸調節皂液的pH值。

3.2 皂液pH對乳化瀝青影響

在乳化瀝青中，由于乳化劑發揮良好的乳化效果的前提是保證一定的pH值范圍。由于不同乳化劑對皂液pH值最佳范圍不同，需要對其對應的最佳pH，保證乳化劑充分溶解[3]。陽離子型慢裂快凝乳化劑在酸性環境下才能達到良好的乳化效果[4]。采用鹽酸調節皂液pH值，并對乳化瀝青各項性能指標進行測試，試驗結果如表3所示。

表3 皂液pH對乳化瀝青影響試驗結果

從表3可知，皂液pH從1.5增大到4.0過程中，乳液的1 d儲存穩定性和篩上剩余量都先降低后升高。因此，就這兩個指標而言，皂液pH值并非越大越好。當篩余量為最小值0.04%以及穩定性為最好狀態的1.0時，其對應的皂液pH值均為2.0。乳液的標準黏度隨著皂液pH值的增加逐漸增大，由此乳液的流動性能也有所下降。蒸發殘留物的軟化點和針入度受到皂液pH的影響較小，而延度卻以pH為2.0轉折點，在pH小于2.0時，殘留物的延度逐漸增大，pH超過2.0后，延度反而降低，這是由于pH過大，乳化劑的溶解不充分，使得顆粒物增多，導致延度降低。由此，皂液的pH直接影響乳化劑的溶解和分散，本文所對應的條件，最佳pH為2.0。

4 穩定劑劑量影響

由于改性乳化瀝青的穩定性能較乳化瀝青更差，因此需要通過添加提高瀝青乳液穩定性的穩定劑，用于改善改性乳化瀝青儲存穩定效果[5]。根據本文選擇的PVA和氯化鈣兩種穩定劑進行試驗，并以兩種穩定劑均在5種摻量下進行試驗，并測試改性乳化瀝青的性能，試驗結果如表4所示。

從表4可知，在不添加穩定劑時，瀝青乳液中出現結團和凝聚的現象，而且流動性相對較差，添加0.2%穩定劑后，其流動性明顯提高。從儲存穩定性看，穩定劑的加入，從最初的5.9%提高到0.4%。近乎未采用穩定劑的12倍，但是從穩定劑用量的增加幅度和放置1 d后的穩定性看，0.2%的穩定劑和0.5%的穩定劑相比，其穩定性降低了0.5%，雖然彼此而言已經達到了0.5倍之多，但是和未摻穩定劑的乳液相比，其變化幅度簡直微乎其微。再從標準黏度角度看，穩定劑的加入，能夠明顯降低乳液的標準黏度，使其流動度增強。然而，由于穩定劑主要是對乳液的流動度和穩定性產生影響，其引起的固體顆粒變化較小，因此篩余量雖然呈現先增大后降低的趨勢，蒸發殘留物的軟化點和針入度同樣受其影響不大，而延度則表現得十分明顯，穩定劑的加入使延度大幅度迅速降低。綜合實驗結果可知，穩定劑的最佳摻量為0.2%。

表4 穩定劑劑量對乳化瀝青影響試驗結果

5 乳化劑種類影響

不同的乳化劑對瀝青的性能有所影響，由于瀝青標準黏度是評價乳化瀝青性能的重要指標，因此采用瀝青標準黏度、蒸發殘留物的黏韌性和韌性來評價乳化劑種類對其影響效果。試驗結果如圖1和圖2所示。

圖1 乳化劑種類對標準黏度的影響

從圖1可知，隨著乳化劑摻量從0.8%增加到2.4%，乳化劑A和B的標準稠度變化趨勢基本相同，二者均隨著乳化劑摻量增加而降低，當乳化劑摻量為0.8%時，乳化劑A的標準黏度C25.3為43.1s，乳化劑B的標準黏度C25.3為35.3 s，二者相差7.8，當乳化劑摻量增加到1.2%時，二者差距最大值為10.4 s，此時乳化劑A的標準黏度是乳化劑B的1.46倍。當乳化劑摻量達到2.4%時，二者的標準黏度僅相差1.5 s。每個摻量下對應的標準黏度，乳化劑A均大于乳化劑B，而從兩種乳化劑的原材料性能看，乳化劑A的比重、閃點、傾點、密度、黏度等指標均大于乳化劑B。

改性乳化瀝青蒸發殘留物的黏韌性和韌性測試結果如圖2所示。

圖2 乳化劑種類蒸發殘留物（黏）韌性影響

從圖2可知，無論是進口乳化劑還是國產乳化劑，二者在乳化瀝青蒸發殘留物性質的黏韌性和韌性兩個指標上表現出相同的變化規律。黏韌性先增大后降低，當乳化劑摻量為2.0%時，其黏韌性和韌性均達到最大值，黏韌性則均大于韌性。而國產乳化劑對韓國90號瀝青表現出了較好的乳化效果，并且和國產SBR改性劑達成良好的相容配伍效果。

6 改性劑種類影響

在改性乳化瀝青中，改性劑是最重要的組成成分，改性劑通常是用于降低瀝青針入度、提高軟化點、增加延度以及增大瀝青的彈性恢復等性能[6]。從感溫角度講，改性劑可以改善其溫度性能。而不同的改性劑種類對乳化瀝青的性能有所影響，針對進口SBR和國產SBR兩種改性劑對乳化瀝青性能的影響效果進行分析，并采用瀝青標準黏度進行評價。試驗結果如圖3所示。

圖3 改性劑種類對標準黏度的影響

由圖3可知兩種不同的SBR改性劑在相同摻量下的作用效果非常接近，隨著改性劑摻量從0.0%增加到5.0%，瀝青的標準黏度逐漸增大，當改性劑摻量為5.0%時，進口SBR改性劑所對應的瀝青標準黏度為C25.3s 25.71，而國產的SBR膠乳改性劑所對應的標準黏度為C25.3s 23.91。

7 SBR劑量影響

SBR作為改性劑摻入到乳化瀝青中使之成為改性乳化瀝青，其摻入劑量對乳化瀝青性能的影響十分明顯。本文選擇從0.0%～5.0%共6個檔次的SBR改性劑摻量來研究改性劑劑量對乳化瀝青的影響效果，并通過篩上剩余量、標準黏度、1 d儲存穩定性以及蒸發殘留物的針入度、軟化點、延度、蒸發殘留物的黏韌性和韌性指標對改性乳化瀝青的綜合性能進行評價。試驗結果如表5、圖4所示，其中表5為國產SBR膠乳改性劑摻量對其性能的影響結果，而圖4則對比了國產SBR和進口SBR兩種改性劑對蒸發殘留物黏韌性和韌性的影響效果。

表5 國產SBR劑量對乳化瀝青性能影響試驗結果

從表5可知，隨著SBR膠乳改性劑摻量的增加，篩上剩余量逐漸增大，當改性劑摻量小于3.0%時，篩余量變化幅度不是很大，而當摻量達到4.0%時，篩余量瞬間增加到0.20%，相當于改性劑摻量為3.0%時的3倍左右。瀝青標準黏度隨著改性劑摻量的增加而增加，改性劑摻量越大，瀝青乳液的稠度更大，流動度隨之降低。不同改性劑摻量下的乳化瀝青1 d儲存穩定性指標同樣隨著改性劑摻量的增加逐漸增大，改性劑摻量從0.0%增加到3.0%時，穩定性變化逐漸增加，但是比較均衡平穩，當改性劑摻量達到4.0%之后，1 d儲存穩定性增大幅度較大。蒸發殘留物軟化點和針入度兩個指標受改性劑摻量的影響相對較小，隨著改性劑摻量的增加，針入度逐漸降低，軟化點逐漸升高。然而延度對改性劑摻量體現得十分敏感，當改性劑摻量為0.0%時，蒸發殘留物的延度僅為7.3 cm，當稍微增加一定量（0.1%）的改性劑之后，其延度立刻增大到82.9，當SBR改性劑摻量達到4.0%時，其延度已經超過了150 cm。由此可以得出，在本文試驗條件下，國產SBR膠乳改性劑的最佳摻量為2.5%～3.0%。

為進一步評判不同類型及摻量的改性劑對瀝青性能的影響，對改性乳化瀝青的蒸發殘留物進行黏韌性和韌性試驗。

圖4 SBR改性劑劑量對蒸發殘留物（黏）韌性影響

從圖4可知，隨著改性劑摻量的增加，進口和國產SBR兩種改性劑所對應的蒸發殘留物的黏韌性和韌性均逐漸上升。然而，無論是黏韌性還是韌性，國產的SBR膠乳改性劑均稍微遜色于進口SBR改性劑。在摻量最大為5.0%時，進口SBR改性劑的黏韌性為 22.6 N·m，國產 SBR膠乳改性劑僅為13.5 N·m。

因此，從改性乳化瀝青蒸發殘留物的針入度、軟化點、延度等指標看，國產SBR改性劑的改性效果更佳，而從黏韌性和韌性指標看，進口SBR改性劑的效果更佳明顯，兩種改性劑各有優勢。

8 結語

本文主要從改性劑、乳化劑的種類和摻量、皂液pH值以及穩定劑劑量等方面針對微表處用改性乳化瀝青性能影響因素進行研究。主要得到以下幾點結論：

a）皂液的pH直接影響乳化劑的溶解和分散效果，進而對乳化效果的發揮和瀝青乳液的穩定性能有影響，本文對應條件的最佳pH為2.0。

b）穩定劑的加入有利于增強瀝青的流動性和儲存穩定性，其最佳摻量為0.2%。

c）乳化劑的種類影響較小，摻量反之。乳化瀝青標準黏度隨著摻量的增加逐漸降低，乳化劑摻量為2.0%時，黏韌性和韌性達到最大。

d）國產SBR對針入度、軟化點、延度等指標改性明顯，而進口SBR對（黏）韌性改善效果明顯。國產SBR膠乳改性劑最佳摻量為2.5%～3.0%。