非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青性能評價

趙 陽，周啟偉，王慶珍，王 民，劉玉恒

(1.重慶廣播電視大學(xué)，重慶 400037; 2.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 400012;3.重慶市公路局，重慶 401147; 4.河南省高遠公路養(yǎng)護技術(shù)有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453003)

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非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青性能評價

趙 陽1，周啟偉2，王慶珍3，王 民2，劉玉恒4

(1.重慶廣播電視大學(xué)，重慶 400037; 2.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 400012;3.重慶市公路局，重慶 401147; 4.河南省高遠公路養(yǎng)護技術(shù)有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453003)

針對傳統(tǒng)乳化瀝青在施工中產(chǎn)生的黏輪、黏聚性不足的缺陷，采用高黏度、高軟化點的30號瀝青，成功研發(fā)制備出了具有不黏輪功能的改性硬質(zhì)乳化瀝青。從定性、定量的角度提出乳化瀝青黏附檢測試驗，確立了黏附率作為黏輪控制指標(biāo)。試驗表明：研發(fā)的非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青黏輪效果大大降低，且層間黏聚性優(yōu)于普通乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青，具有實際工程運用的價值。

道路工程；乳化瀝青；硬質(zhì)瀝青；非黏輪；黏附率；性能評價

0 引 言

路面工程中，常常運用乳化瀝青作為面層之間的黏結(jié)劑，但是實際運用過程中，由于工程車輛的行駛，在普通黏層油撒布后使得乳化瀝青破乳后大量地黏附在工程車輛輪胎上，使得后續(xù)攤鋪層的黏結(jié)性降低，大大增加了層間脫落的可能性[1]。

目前針對非黏輪黏層油的開發(fā)研究較少，日本對不黏輪黏層油的開發(fā)起步較早，并且提出了相應(yīng)的試驗方法和評價指標(biāo)，而國內(nèi)尚處于試驗階段，市場上并沒有相應(yīng)成熟產(chǎn)品。針對傳統(tǒng)乳化瀝青黏層黏輪的弊端，筆者擬利用硬質(zhì)瀝青通過高性能乳化劑乳化，開發(fā)制備一種非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青黏層油，使其即具備不黏輪特性的同時滿足層與層之間的黏結(jié)性能。

1 原材料

1.1 瀝青

筆者選用國產(chǎn)30#硬質(zhì)瀝青和普通70#基質(zhì)瀝青作為試驗所需的基礎(chǔ)瀝青，按照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中的要求，檢測其瀝青各項指標(biāo)如表1。

表1 瀝青主要技術(shù)性質(zhì)

1.2 乳化劑

工程上對于黏層乳化瀝青要求從黏層油的撒布、破乳到初步形成強度應(yīng)保證3～5 h[2]，故選用江蘇某廠家的快裂型陽離子DPR-1型乳化劑。

1.3 水

水在乳化瀝青中是瀝青、乳化劑以及添加劑等材料的溶劑，所以對水質(zhì)有特定的要求。試驗用水應(yīng)無色無味、潔凈透明、無沉淀、無懸浮物，水的PH值在6～8.5為宜[3]。

1.4 改性劑

改性劑采用上海某公司生產(chǎn)的SBR膠乳。

1.5 普通成品乳化瀝青

重慶某廠家生產(chǎn)的成品SBR改性乳化瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表2。

表2 30#硬質(zhì)瀝青主要技術(shù)性質(zhì)

2 非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青性能分析

2.1 非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青的制備

筆者結(jié)合國內(nèi)外技術(shù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)外主要制備非黏輪乳化瀝青的可行途徑為[4-5]：利用30#硬質(zhì)瀝青高軟化點、耐高溫的特點，將其乳化為硬質(zhì)乳化瀝青。考慮到硬質(zhì)乳化瀝青其延度相對較低，為滿足我國規(guī)范要求并且提高其不黏輪的特性，故筆者分別摻加了質(zhì)量比為3%、4%、5%的SBR膠乳作為硬質(zhì)乳化瀝青的改性劑，以確定SBR膠乳的最佳摻量。

由于我國現(xiàn)行規(guī)范中缺乏對黏輪性質(zhì)的評價標(biāo)準(zhǔn)，日本對非黏輪黏層油性能研究較早，并且提出了相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，故筆者對非黏輪黏層油的性能參考了日本瀝青乳膠體協(xié)會JEAAS中對非黏輪乳化瀝青的技術(shù)要求，同時參照JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中對噴灑類乳化瀝青的技術(shù)指標(biāo)，利用常規(guī)乳化方式制備了改性硬質(zhì)乳化瀝青，其相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)如表3。

表3 不同SBR摻量下的乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)

對于制備的不同摻量的SBR乳化瀝青，其表觀無沉淀、無結(jié)團、無聚集分層現(xiàn)象，性狀良好。試驗數(shù)據(jù)表明，SBR的加入明顯提高了其蒸發(fā)殘留物的延度，同時對其軟化點有了小幅提高，使其具備更好的耐高溫性能。

同時各摻量下的乳化瀝青均滿足日本技術(shù)指標(biāo)中對非黏輪乳化瀝青的要求，而對于我國技術(shù)指標(biāo)而言，摻量3%、5%的改性硬質(zhì)乳化瀝青延度偏小。結(jié)合生產(chǎn)成本以及日本技術(shù)指標(biāo)要求，筆者確定采用SBR摻量為4%作為非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青SBR膠乳的最佳摻量。

2.2 黏輪試驗

由于我國現(xiàn)行規(guī)范中缺乏對黏輪性質(zhì)的評價標(biāo)準(zhǔn)，故筆者參照日本規(guī)范中對非黏輪黏層油的黏附性評價標(biāo)準(zhǔn)[6]，創(chuàng)造性地提出兩種黏輪試驗，從定性和定量的角度對本次研發(fā)的非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青的黏輪效果進行評價。

2.2.1 定性評價

將車轍試件切割成10 cm×10 cm×4 cm的方形試件，在其切割表面按0.3 kg/m2的灑布量涂抹非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青和普通乳化瀝青，隨后將涂抹完后的試件分別放在50 ℃和60 ℃的烘箱中4 h待乳化瀝青破乳，然后在破乳后的試件表面鋪一張白紙，并迅速利用小型滾軸自重在試件表面反復(fù)滾動10個來回。隨后將白紙輕輕撕下，其表觀黏附情況如圖1。

圖1 50 ℃下黏附情況對比Fig. 1 Comparison of adhesion conditions at 50℃

圖2 60 ℃下黏附情況對比Fig.2 Comparison of adhesion conditions at 60℃

注：圖中左邊試件涂抹的普通乳化瀝青，右邊試件涂抹的非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青

該試驗表明，在50 ℃下涂抹了普通乳化瀝青的試件對白紙的黏聚性較大，基本接觸面積內(nèi)都黏附了瀝青，而涂抹了非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青的試件則基本無相應(yīng)瀝青黏附在紙上。究其原因，主要是因為在50 ℃下，普通乳化瀝青破乳后其瀝青已經(jīng)達到了軟化點，黏度相應(yīng)地降低，故黏紙情況嚴重，而非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青其在相同溫度下，軟化點、黏度相應(yīng)的都較普通乳化瀝青高，所以黏紙情況較好。同樣，在60 ℃下，非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青黏輪情況較50 ℃有小幅度降低，但同樣表現(xiàn)出了相對普通乳化瀝青黏紙狀況較好的情況。

2.2.2 定量評價

本試驗借鑒日本瀝青黏附試驗的思路，創(chuàng)造性地提出了利用具有強吸附瀝青性能又有一定張力的泡沫紙對瀝青黏附情況進行定量評價的方法。具體方法為：在車轍板上涂抹非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青和普通乳化瀝青，靜置24 h待其完全破乳后，盛放在60 ℃的車轍實驗室中保溫4 h，隨后在其上方攤鋪泡沫紙進行1 min的車轍試驗。通過測量泡沫紙上黏附瀝青的質(zhì)量變化，計算相應(yīng)的附著率，從而定量評價非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青的黏附情況，附著率計算公式如式(1)，其試驗過程及結(jié)果如圖3、圖4和表4。

圖3 黏輪試驗過程Fig. 3 Process of sticking wheel test

圖4 60 ℃下黏附情況Fig. 4 Adhesion condition at 60℃

注：圖中左邊試紙瀝青為普通乳化瀝青，右邊試紙為非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青。

表4 黏輪試驗結(jié)果

注：日本規(guī)范試驗中碾壓方式采用車輪碾壓一個來回，筆者考慮到實際施工過程中存在工程施工車輛對黏層油反復(fù)碾壓的情況，故碾壓方式采用以時間1 min作為控制。

式中：輪跡行走面積按照實際測量得出，采用5 cm×25 cm； 灑布量筆者采用300 g/m2；

通過筆者設(shè)計的黏輪試驗，較好地模擬了實際施工中的車輪碾壓黏附情況。試驗結(jié)果表明，非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青其在60 ℃下相比普通乳化瀝青附著率降低了10.5%，其不黏輪效果顯著，具有良好的運用價值。

對于黏附率的要求而言，日本規(guī)范中選用附著率不大于10%作為閥值，而本次試驗施加輪壓大于日本試驗，且其碾壓遍數(shù)和時間上都多于日本試驗，故結(jié)合實際泡沫紙良好的瀝青黏附情況，綜合日本規(guī)范中對黏附結(jié)果的要求，筆者擬采用附著率20%作為評價非黏輪黏層油的控制值。

2.3 剪切拉拔試驗

為更好評價非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青的性能，綜合國內(nèi)評價乳化瀝青層間黏結(jié)性的試驗方法[7]，筆者采用層間剪切試驗、拉拔試驗用以評價層間的黏聚力大小，試驗儀采用萬能試驗機來完成剪切拉拔試驗[8]，如圖5、圖6。

圖5 組合結(jié)構(gòu)層間抗剪強度試驗Fig. 5 Inter-layer shear strength test of composite structure

圖6 組合結(jié)構(gòu)層間抗拉強度試驗Fig.6 Inter-layer Tensile strength test of composite structure

為評價常溫與高溫環(huán)境下黏層油的層間黏結(jié)強度的差異，筆者對試件分別進行了20 ℃、40 ℃的6 h保溫處理，然后進行拉拔剪切試驗評價。而對比組的黏層瀝青則分別采用了基質(zhì)70#瀝青制備的普通乳化瀝青以及重慶某廠生產(chǎn)的SBR改性乳化瀝青，為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程現(xiàn)場施工常規(guī)灑布量的大小，黏層油的灑布量統(tǒng)一采用0.3 kg/m2[9]，其測試結(jié)果如表5。

表5 不同溫度下的剪切強度結(jié)果

試驗表明，非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青的層間黏結(jié)效果是最好的，其在常溫20 ℃和高溫40 ℃都展現(xiàn)出了比常規(guī)乳化瀝青更好的抗剪切、抗拉拔的性能，可作為一種層間黏結(jié)劑運用于實體工程。

常溫下，筆者研制的非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青在其層間抵抗拉拔、剪切的強度最高，相比微表處SBR改性乳化瀝青抗拉拔、剪切強度平均提高14%，相比普通乳化瀝青抗拉拔強度提高26%。究其原因，主要是由于硬質(zhì)瀝青本身就含有相對較高的黏度，在硬質(zhì)乳化過程中又添加了適量的SBR膠乳，增加了該瀝青延度的同時也適量增加了硬質(zhì)瀝青的軟化點，故其表現(xiàn)出了不錯的層間強度的效果。而在高溫40 ℃下，3類瀝青的層間強度明顯下降，主要是因為溫度的提高降低了瀝青黏度，故其層間抗拉、抗剪強度相應(yīng)降低。

3 結(jié) 論

1)自主成功研發(fā)了一種非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青，其各項性能指標(biāo)檢測滿足規(guī)范要求，可作為一種黏層油使用。

2)黏附試驗表明在不同溫度下非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青較常規(guī)普通乳化瀝青其黏輪效果大大降低，究其原因主要是因為硬質(zhì)瀝青具有較高的軟化點和黏度，在相同溫度下，展現(xiàn)出了較好的耐高溫性和非黏輪性。

3)綜合日本相應(yīng)規(guī)范，提出了附著率20%作為非黏輪黏層油的控制值。

4)該黏層油剪切、拉拔試驗表明其層間的黏結(jié)效果優(yōu)于普通乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青，層間黏結(jié)強度提升顯著。

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(責(zé)任編輯：朱漢容)

Performance Evaluation of Non-viscous Wheel Modified Hard Emulsion Asphalt

ZHAO Yang1, ZHOU Qiwei2, WANG Qingzhen3, WANG Min2, LIU Yuheng4

(1. Chongqing Radio & TV University, Chongqing 400037, P. R. China; 2. Chongqing Zhixiang Paving Technology Engineer Co., Ltd., Chongqing 400012, P. R. China; 3. Highway Bureau of Chongqing, Chongqing 401147, P. R. China; 4. Henan Gaoyuan Maintenance Technology of Highway Co., Ltd., Xinxiang 453003, Henan, P. R. China)

Aiming at the defects of sticking wheel and insufficient adhesion of the traditional emulsified asphalt in construction, the asphalt 30# with high viscosity and softening point was used, and the modified hard emulsified asphalt with the function of non-viscous wheel was successfully developed. The emulsified asphalt adhesion test was proposed from a qualitative and quantitative angle, which determined the adhesion rate as the control index of sticking wheel. The test shows that the non-viscous wheel modified hard emulsion asphalt has a good performance in the reduction of wheel adhesion, and its inter-layer cohesiveness is better than that of ordinary emulsion asphalt and SBR modified emulsion asphalt. The proposed asphalt has a practical engineering application value.

highway engineering; emulsified asphalt; hard asphalt; non-viscous wheel; adhesion rate; performance evaluation

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.07.05

2016- 03-21；

2016- 04-12

趙 陽(1986—)，男，重慶人，工程師，碩士，主要從事公路材料研究、教學(xué)工作。E-mail：2294031011@qq.com。

U414.1

A

1674-0696(2017)07-029-04