改性乳化瀝青研究現狀及技術性能

姜志煒 晏鳳元 冷宇涵 徐少華

（南京工程學院建筑工程學院，江蘇 南京 211167）

自公路交通發展以來，瀝青混凝土路面逐漸成為公路路面的主要結構形式，截止目前混凝土道路已占有全國高等級公路的90%以上。然而隨著人們可持續發展觀念的加強，傳統的熱拌瀝青已然不能達到人們的環保要求。與此同時，現在瀝青道路的維護成為道路發展面臨的主要問題。為了解決這些問題，改性乳化瀝青混凝土應運而生，并憑借其自身優越性能得到了廣泛的應用。關于改性乳化瀝青混凝土已有很多研究，其應用前景十分廣闊。

1 瀝青乳化劑與改性劑

1.1 乳化劑種類及破乳機理

乳化劑是改性乳化瀝青的關鍵組成部分，它使得瀝青與水形成均相混合物。目前瀝青乳化劑主要有陰離子乳化劑、陽離子乳化劑、兩性離子乳化劑和非離子乳化劑四大類。現今為了滿足瀝青混凝土路用與施工的要求，乳化劑常常采取復摻的形式，常用的有非離子乳化劑與離子乳化劑復摻、陽離子乳化劑與陰離子乳化劑復摻，提升了乳化效果，而且減少了生產成本。

改性乳化瀝青破乳指的是將乳化瀝青從乳液中分離析出，最后覆蓋在石料表面形成瀝青薄膜的過程。破乳的過程具體分為分層，聚集，破乳［1］。在乳化瀝青與集料被受力攪拌的作用下，乳化瀝青與集料得到了充分的接觸，水分逐漸被擠出，瀝青顆粒逐步覆蓋在石料表面并相互融合，從而導致了破乳的發生。

1.2 改性劑種類及作用機理

改性劑是改性乳化瀝青的另一關鍵部分，它的目的是進一步地提高乳化瀝青的性能。目前瀝青改性劑主要分為三類，即橡膠類、樹脂類與熱塑性橡膠類。橡膠類如氯丁橡膠（CR）、丁苯橡膠（SBR）等，可以改善瀝青的低溫性能；樹脂類如聚氯乙烯 （PVC）、乙烯一醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚丙烯（PP）等，能夠改善瀝青的高溫穩定性，提高瀝青的軟化點；熱塑性橡膠類主要有苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物（SBS）等，它們應用最為廣泛，這類聚合物的改性瀝青的高低溫性能都得到改善，抗疲勞性能和抗老化能力顯著提高。

在改性劑加入乳化瀝青中之后，首先改性劑憑借其巨大的表面能量吸附瀝青中與其結構類似的油分來降低其本身的表面能量，與此同時體積發生迅速膨脹，溶脹現象產生；然后改性劑在溶脹的過程中，其中的某些高分子長鏈發生擴散現象，某些部分短鏈則發生溶解現象；最終這兩種現象使得兩者與瀝青混合形成兩個部分，這兩種部分構成了一種新的界面。這個界面層之后會由于繼續吸收某些高分子以及瀝青的部分組分而向外延伸，從而形成新的界面吸附層，使得改性的過程繼續進行。

1.3 乳化劑與改性劑要求

1）使得改性乳化瀝青的技術性能達到標準要求；2）使得改性瀝青混凝土能滿足路用性能的要求；3）降低生產成本的同時符合可持續發展的理念。

2 改性乳化瀝青技術性能

2.1 水穩定性能

瀝青的水穩定性指的是瀝青受水的影響程度，也叫物質的防水性能或抗水性能。改性乳化瀝青有著良好的水穩定性能，崔瑩在關于聚合物改性乳化瀝青的制備的研究中發現，在改性乳化瀝青集料用量一定的條件下，以外加水的用量為7.5%、油石比為7%、填料水泥的用量為1%的配合比［3］得到的試樣可以達到最好的水穩定性。

2.2 高溫穩定性能

高溫是瀝青混凝土道路的“天敵”之一，它常常使得瀝青路面遭受荷載變形，改性乳化瀝青道路也必將面臨高溫穩定性能是否達標的考驗。王銳［4］的高溫穩定性實驗表明，相比于傳統熱拌瀝青的穩定性，改性乳化瀝青的高溫穩定性得到顯著改善，在外界高溫與荷載的條件下試塊不會出現大幅度變形。

2.3 低溫抗裂性

冬季低溫冷縮帶來的裂紋在雨雪水滲透下裂紋會進一步發展，這是瀝青混凝土道路的又一個迫切需要解決的路用性能問題。王銳通過改性乳化瀝青低溫抗彎曲實驗中發現，實驗用的兩種改性乳化瀝青達到了瀝青混合料低溫抗裂指標要求，而且其低溫抗裂性均優于普通瀝青。才紅美［5］研究SBS乳膠對改性乳化瀝青低溫性能的影響，根據SBS膠乳對改性乳化瀝青5℃延度的影響圖像發現，SBS膠乳含量在3% ～4%范圍內時曲線斜率變化最為急劇，隨后延度隨著改性劑用量的增加仍然穩定增大，因此可以看出SBS膠乳改善了改性乳化瀝青的溫性抗裂性。

2.4 其他力學性能

改性乳化瀝青擁有良好的強度性能，同時也具備優良的柔韌性（柔韌性用抗折強度與抗壓強度的比值表示）。據徐媛［6］的研究，當改性乳化瀝青混凝土的聚灰比在15% ～20%時，改性乳化瀝青混凝土的柔韌性達到最佳。

3 改性乳化瀝青應用優勢

相對于普通瀝青，改性乳化瀝青有著諸多應用優勢。改性乳化瀝青節約能源，避免了普通瀝青在施工與運輸中的大量耗能；改性乳化瀝青可以準確控制瀝青用量［2］，同時乳化劑、改性劑便于就地取材，相比普通瀝青節約了材料；根據環境機構的評估，改性乳化瀝青車間的環境污染下降，施工產生的污染物降低，因此它能夠減少環境污染，改善施工環境；改性乳化瀝青拓寬了瀝青的應用途徑，既可以常溫噴灑使用做封層，也可以與集料拌合使用用于微表處，還可以路面的還可以用于表面處治等；它同時擁有良好的高、低溫穩定性、抗疲勞性、抗剝落性、水穩定性等，使得瀝青路面更加平整、防水、防滑，可以作為優良的路面材料與路面修護材料。由此可見，使用改性乳化瀝青混凝土能夠明顯的提瀝青道路質量、減少勞動力、降低工程造價、節約了資本，從而獲得更大的社會效益與經濟效益。

4 乳化瀝青混凝土的應用

4.1 路面鋪設與維修養護

聚合物改性乳化瀝青可以應用于微表處混合料的配制，使得瀝青道路的鋪設或維修養護的周期縮短，減少對交通的干擾。舒延俊［7］等人進行了微表處聚合物改性乳化瀝青性能的研究，研究結果表明：使用復合改性劑相比于同計量使用單一改性劑更能夠取得優良的路用性能，說明了改性劑的作用不是疊加作用，而是協同作用；徐媛將研究改性乳化瀝青砂漿，通過多種施工方式對破損的路面進行修補，經過一年時間修補過的路面未發生新的損壞，達到道路維護養護的要求；

4.2 密封防水應用

馬俊等人［8］研究表明，聚合物改性乳化瀝青憑借其對混凝土粘接效果好，延展性強，高、低溫穩定性能優異等優良性能可配制成防水密封膏，對建筑物的裂縫處進行密封防水，還可以直接應用于防水層的防水；聚合物改性乳化瀝青也可應用在防水粘結層，避免水對混凝土內部的浸入造成混凝土強度的降低，王偉［9］進行的改性乳化瀝青橋面防水粘結層研究，通過防水性能試驗得出SBS改性乳化瀝青防水性能良好，這是由于SBS改性乳化瀝青的粘結性能較高，同時SBS改性乳化瀝青微粒在破乳過程中形成一層致密的瀝青薄膜，并且最終嵌入到混凝土的毛細孔中，使得混凝土的防水性能得到顯著的提高。

5 結語

根據以上綜述可以得到以下觀點：1）改性乳化瀝青相比于普通瀝青甚至乳化瀝青，顯著地提升了瀝青的三大指標，彌補了傳統瀝青粘結性能低、易剝落、易脆裂等缺陷。2）期望完善改性乳化瀝青相關機械設備，促進微處理及道路鋪設作業應用成熟，提高施工效率以適應大規模作業的需求。3）目前改性劑的品種較少且應用不成熟，期望進一步研究環保且符合路用性能要求的復合改性劑，并逐漸形成專業的研究體系。4）當前對于改性乳化瀝青混凝土路用性能的實驗一般是在實驗室中完成，實驗的試樣一般較小不足以完全反應真實的改性乳化瀝青性能，建議能夠研發等同瀝青大面積試樣的研究機器或促進瀝青研究由實驗室研究向路段研究轉變。