基于層間粘結的高黏改性乳化瀝青性能評價及應用

（1.北京市政路橋建材集團有限公司門頭溝瀝青廠，北京 102300；2.北京市政路橋正達道路科技有限公司，北京 102600；3.北京市政路橋建材集團有限公司，北京 100176）

瀝青路面層間結合不良是影響其使用壽命的重要因素[1-3]，因此，瀝青路面施工技術規范及設計規范中均明確要求瀝青路面層間必須噴灑粘層油，以使路面形成整體結構，避免路面層間滑移或擁包、車轍等病害發生。

目前，常用的粘層油為PC-3 乳化瀝青和SBR 膠乳改性的PCR 改性乳化瀝青，PC-3 乳化瀝青溫度穩定性差，粘結能力有限，PCR 改性乳化瀝青雖在一定程度上提高了粘層的高溫性能和粘結力，但提高幅度有限，對于層間粘結要求較高的路況，很難滿足要求，如超薄罩面與原路面間、水泥路面加鋪瀝青路面間、長大縱坡路段、重載路段等[1,4-6]。為了改善瀝青路面層間粘結性能，研制了基于SBS 改性瀝青的高黏改性乳化瀝青。

本文以北京地區道路大修工程為依托，選用自主研制的高黏改性乳化瀝青，采用斜剪試驗和拉拔試驗對其層間粘結性能進行了考察，并與市場常用的PCR 改性乳化瀝青、PC-3 乳化瀝青及無粘層油情況進行了對比。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

基質瀝青：GS70 號瀝青；SBS 改性劑：6302H，中石油獨山子石化公司提供；SBR 膠乳：PC1468，上海龍孚材料技術有限公司提供。

1.2 改性瀝青制備

將加熱好的基質瀝青和相容劑按一定比例加入容器中，開動剪切機低速剪切攪拌并升溫至175 ℃，然后邊高速剪切邊加入SBS 改性劑，剪切1 h，然后邊攪拌邊加入穩定劑，攪拌發育2 h。

1.3 改性乳化瀝青制備

1.3.1 SBS 改性乳化瀝青

先將皂液和SBS 改性瀝青加熱到設定的溫度，然后將二者按照設定的比例泵送進膠體磨，磨出口保持一定的壓力，并經過冷卻換熱。

1.3.2 PCR 改性乳化瀝青

先制備PC-3 乳化瀝青，然后邊攪拌PC-3乳化瀝青邊加入一定比例的SBR 膠乳溶液，攪拌均勻。

1.4 試驗方法

1.4.1 常規指標

乳化瀝青常規技術指標根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）進行檢測。

1.4.2 剪切強度

剪切強度采用斜剪試驗進行測定。斜剪試驗試件由兩塊45°斜角試件拼接而成，乳化瀝青涂刷在兩塊斜角試件之間，具體成型和試驗方法參照文獻[7]進行，斜角試件所用材料為AC-20 瀝青混合料。

1.4.3 拉拔強度

拉拔強度采用拉拔試驗進行測定。拉拔試驗所用的復合試件：5 cmAC-20 瀝青混凝土+粘層乳化瀝青+5 cmAC-13 瀝青混凝土，試件直徑為100 mm，具體成型和試驗方法參照文獻[7]進行。

2 結果與討論

2.1 剪切強度

2.1.1 噴灑量對剪切強度的影響

在25 ℃下進行斜剪試驗，測定不同種類乳化瀝青噴灑量對剪切強度的影響，結果見圖1。

圖1 不同種類乳化瀝青噴灑量對剪切強度影響

圖1表明，隨乳化瀝青用量增加，三種乳化瀝青的剪切強度均呈現先增大后減小的變化趨勢，這說明粘層乳化瀝青噴灑量必須限定，否則影響瀝青路面層間抗剪性能。相同改性劑用量下，基于SBS 改性瀝青制備的高黏改性乳化瀝青的抗剪切強度大于SBR 改性乳化瀝青，兩種改性乳化瀝青的抗剪切強度大于非改性的PC-3 乳化瀝青。另外，圖1表明，對于SBS 改性乳化瀝青來說，SBS 用量為3.2%和3.6%時，二者剪切強度相差不大，這說明在實際應用過程中，改性劑用量需要優化。

2.1.2 溫度對剪切強度影響

溫度對不同粘層材料層間剪切強度的影響見圖2。圖2表明，在試驗范圍內，高黏改性乳化瀝青的層間剪切強度最大，其次為PCR 改性乳化瀝青，再者為PC-3 乳化瀝青和無粘層油；四種材料層間剪切強度的差值隨溫度升高呈減小趨勢，溫度為60 ℃，PC-3 乳化瀝青和無粘層油的剪切強度基本一致，說明此時由于粘層油在高溫的作用下已經失去粘結能力，甚至會在極端情況下起到層間的潤滑作用，基本失去粘結的性能。而60 ℃時，高黏改性乳化瀝青的層間剪切強度最大，這說明高黏改性乳化瀝青具有良好的層間粘結性能。

圖2 溫度對不同粘層材料層間剪切強度的影響

另外，由圖2可知，剪切強度隨溫度升高呈快速減小變化規律，這說明其對溫度比較敏感。對于無粘層油、PC-3 乳化瀝青、PCR 改性乳化瀝青和高黏改性乳化瀝青來說，40 ℃剪切強度只有25 ℃的53%～58%，60 ℃剪切強度只有25℃的25%～30%左右。這說明，瀝青路面層間粘結受溫度影響非常大，大于粘層油本身的影響，當溫度較高時，瀝青面層層間剪切強度將會大幅下降，這也就是為何夏季高溫瀝青路面易發生推移、擁胞等病害的重要原因。

為了對比層間粘結強度與混合料本身的強度值，將45°斜剪試件測得的剪切強度與混合料破壞時的剪切強度的比值定義為抗剪切強度比，抗剪切強度比越大，說明層間粘結的薄弱程度越低，抵抗剪切應力破壞的能力越強。

不同粘層材料在不同溫度下的剪切強度比見圖3。由圖3可知，試驗范圍內，灑布高黏改性乳化瀝青的剪切強度比明顯優于灑布PCR 改性乳化瀝青、PC-3 乳化瀝青及無粘層油的情況；隨溫度升高，抗剪切強度比呈現增大趨勢，這說明在高溫下層間的剪切強度值與混合料本身的強度呈現接近的趨勢，從數據看出在60 ℃的試驗條件下，灑布高黏改性乳化瀝青、PCR 改性乳化瀝青、普通乳化瀝青以及無粘層油時剪切強度比分別為93.4%、88.8%、85.5%、85.0%，灑布高黏改性乳化瀝青的層間剪切強度更加接近混合料本身的強度，也說明了高黏改性乳化瀝青具有良好層間粘結性能。

圖3 不同粘層材料在不同溫度下的剪切強度比

2.2 拉拔強度

溫度對不同粘層材料拉拔強度的影響見圖4。圖4表明，在試驗范圍內，拉拔強度的大小順序為：高黏改性乳化瀝青＞PCR 改性乳化瀝青＞PC-3 乳化瀝青＞無粘層油，噴灑粘層油的拉拔強度大于無粘層油的，這說明了粘層油的確提高了層間粘結性能，且高黏改性乳化瀝青在提高層間粘結性能方面效果最好。

另外，圖4表明，拉拔強度隨溫度升高呈急劇下降，40 ℃拉拔強度只有25 ℃的32%～35%左右，60 ℃剪切強度只有25 ℃的11%～18%左右，可見，拉拔強度同樣具有很強的溫度敏感性。

與2.1.2 的剪切強度結果對比可知，試驗范圍內，相同溫度下，剪切強度明顯大于拉拔強度，這與李嘯華等[7]的研究結論是一致的，這可能是由于拉拔試驗和斜剪試驗層間受力模式不同。斜剪試驗不僅與粘層材料性能相關，同時與相鄰層間的摩擦阻力、剪切角等因素相關，而拉拔試驗僅以粘層材料本身性能為主。

圖4 溫度對不同粘層材料層間拉拔強度的影響

2.3 高黏改性乳化瀝青性能指標評價及應用

按照《道路超薄罩面施工技術規范》（DB11/T 1590—2018）的要求對高黏改性乳化瀝青的性能指標進行了檢測，結果見表1。

表1 檢測結果

由表1可知，高黏改性乳化瀝青的各項性能指標均滿足DB11/T 1590—2018 要求，基于SBS改性瀝青制備的高黏改性乳化瀝青具有良好的貯存穩定性，且軟化點高、黏度大、低溫延度良好，已被成功應用在西長安街大修、三環大修、京港澳大修、石擔路預防性養護等工程中，效果良好。

4 結論

a）四種粘層材料的剪切強度、剪切強度比及拉拔強度大小順序均為：高黏改性乳化瀝青＞PCR 改性乳化瀝青＞PC-3 乳化瀝青＞無粘層油。

b）隨乳化瀝青用量增加，高黏改性乳化瀝青、PCR 改性乳化瀝青和PC-3 乳化瀝青的抗剪強度均呈先增大后減小的變化規律。

c）剪切強度和拉拔強度均具有很強的溫度敏感性，隨溫度升高呈迅速降低趨勢。

d）剪切強度比結果表明，高黏改性乳化瀝青抗剪切強度比在高溫時接近1，接近混合料自身強度，具有良好的層間粘結性能。

e）高黏改性乳化瀝青具有軟化點高、黏度大、低溫延度好的特點，已在北京地區道路大修及養護工程中得到應用，效果良好。