彈性體乳液改性不粘輪乳化瀝青的性能研究及工程應用

臧冬冬 王小虎 余曼

摘 要：目前市售不粘輪乳化瀝青用作粘層材料普遍存在低溫延度低、抗施工損傷性能差的問題。本文通過添加不同玻璃化轉變溫度的彈性體乳液改性不粘輪乳化瀝青，有效提升了不粘輪乳化瀝青的低溫延度和抗施工損傷性能。制備的不粘輪乳化瀝青可在60℃不粘輪;制備乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物的軟化點達到81.3℃，15℃延度達45.7 cm;附著力拉拔強度達到2.42 MPa，復合件拉拔強度達到0.81 MPa。通過實際工程應用表明：該方法制備的不粘輪乳化瀝青具有存儲穩(wěn)定性優(yōu)異，較高拉拔強度及高溫下不粘輪等優(yōu)點。

關鍵詞：粘層;不粘輪乳化瀝青;彈性體;拉拔強度

0 引言

本文通過添加不同玻璃化轉變溫度的彈性體乳液對不粘輪乳化瀝青進行改性，研究了彈性體種類和摻量對不粘輪乳化瀝青性能的影響，并對不粘輪乳化瀝青作用機理進行歸納總結，為不粘輪乳化瀝青的進一步推廣應用提供了科學依據。

1 實驗

1.1 制備方法

將不粘輪乳化瀝青放在水浴中保溫，保持溫度在45℃～50℃;再將彈性體乳液倒入膠體磨（道維施）中，打開磨頭，待彈性體乳液溫度達到45℃～50℃時加入在水浴中保溫的不粘輪乳化瀝青，剪切3 min后放料。

1.2 分析方法

1.2.1 附著力拉拔強度測試

按照DB32/T2285-1012《水泥混凝土橋面水性環(huán)氧瀝青防水粘結層施工技術規(guī)范》實驗進行。拉拔直徑參數選擇20 mm，拉拔速率選擇0.7 MPa/S。

1.2.2 復合件拉拔強度測試

按照DB32/T2285-1012《水泥混凝土橋面水性環(huán)氧瀝青防水粘結層施工技術規(guī)范》實驗進行。鉆芯取直徑100 mm的圓柱體試件，每組取四個試件測試。

1.2.3 粘輪測試

（1）將試樣涂布于玻璃片（200 mm×100 mm×3 mm）

上，涂成與玻璃片的短邊平行在長邊中心處成一條80 mm寬的帶狀，涂膜厚度按灑布量（0.4 kg/m2～0.6 kg/m2）折算;

（2）將制作好的不粘輪乳化瀝青樣品和成型后的被附著材料放在指定溫度的烘箱中靜置4小時以上;

（3）將玻璃板放在斜坡上，兩手持測定儀手柄將測定儀從坡道上移過漆膜，觀察車輪上是否有不粘輪乳化瀝青殘留。

2 結果與討論

彈性體乳液的添加一方面可以改善不粘輪乳化瀝青高溫粘輪性能，另一方面也可以改善不粘輪乳化瀝青的延展性。

2.1 彈性體乳液種類對不粘輪乳化瀝青高溫粘輪性能的影響

不同彈性體對不粘輪乳化瀝青高溫粘輪性能的改善效果不同，下面研究不同彈性體對不粘輪乳化瀝青抗施工損傷性能的影響，初定彈性體摻量均為4%。

由彈性體乳液A和B改性的不粘輪乳化瀝青在60℃會出現粘輪現象，而彈性體C和D改性的不粘輪乳化瀝青60℃時沒有出現粘輪現象。一般情況下，彈性體乳液的添加可在瀝青膜表面形成一層有效的隔離膜，阻礙瀝青與車輪的接觸。但是彈性體乳液A和B的玻璃化轉變溫度較彈性體乳液C和D低，耐高溫性能差，同時彈性體A和B成膜后膜的硬度偏軟，容易在高溫作用下破壞，從而沒有起到隔離瀝青與車輪的作用。彈性體C和D的玻璃化轉變溫度較高，耐高溫性能較好，破乳成膜后不易被破壞，所以不會出現粘輪的現象。

2.2 彈性體乳液種類對不粘輪乳化瀝青基本性能指標的影響

添加彈性體乳液改性不粘輪乳化瀝青，會對不粘輪乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物的軟化點和延度有一定的影響，下面研究彈性體乳液種類對不粘輪乳化瀝青基本性能指標的影響，初定彈性體摻量均為4%。

由實驗結果看出，彈性體C和D都能提升不粘輪乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的軟化點，改善不粘輪乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的15℃延度，且彈性體C提升的幅度偏大。這是因為彈性體乳液C較彈性體乳液D軟段成分含量高，彈性體乳液C成膜后較彈性體乳液D硬度低，能夠給不粘輪乳化瀝青薄膜提供更好的柔韌性。因此選擇彈性體乳液C為不粘輪乳化瀝青的改性劑。

2.3 彈性體乳液C摻量對不粘輪乳化瀝青基本性能指標的影響

添加不同摻量的彈性體乳液改性不粘輪乳化瀝青時，對不粘輪乳化瀝青蒸發(fā)殘留物性能的影響程度不同，下面研究彈性體乳液C摻量對不粘輪乳化瀝青基本性能指標的影響。

結果可以看出，隨著彈性體C摻量增加，不粘輪乳化瀝青的軟化點逐漸增大，15℃延度不斷增大，當摻量大于4%時，繼續(xù)添加彈性體時不粘輪乳化瀝青的軟化點和延度提升較小，綜合考慮成本與性能，選擇彈性體C的摻量為4%。

2.4 彈性體乳液摻量對不粘輪乳化瀝青附著力拉拔強度的影響

在不粘輪乳化瀝青中添加不同摻量的彈性體乳液時，不粘輪乳化瀝青附著力拉拔強度不同，下面研究彈性體乳液摻量對不粘輪乳化瀝青附著力拉拔強度的影響。

結果可以看出，彈性體摻量越大，不粘輪乳化瀝青的附著力拉拔粘結強度越高。彈性體乳液摻量為1%時，附著力拉拔強度為1.41 MPa，當彈性體乳液摻量為4%時，附著力拉拔強度增至2.42 MPa，繼續(xù)增加彈性體的摻量，不粘輪乳化瀝青的附著力拉拔粘結強度提升較少。這是因為彈性體摻量越高，在乳化瀝青中的分布就越均勻，越能起到增強粘結作用的效果，添加量過多時，會影響到材料的儲存穩(wěn)定性，且對不粘輪乳化瀝青的附著力拉拔粘結強度提升效果不明顯。所以選擇彈性體乳液摻量為4%。

2.5 彈性體乳液摻量對不粘輪乳化瀝青復合件拉拔強度影響

在不粘輪乳化瀝青中添加不同摻量的彈性體乳液時，不粘輪乳化瀝青復合件拉拔強度不同，下面研究彈性體乳液摻量對不粘輪乳化瀝青復合件拉拔強度的影響。

由對比可以看出：彈性體乳液摻量越大，不粘輪乳化瀝青的復合件拉拔強度越高。彈性體乳液摻量為1%時，復合件拉拔強度為0.41 MPa，當彈性體乳液摻量為4%時，復合件拉拔強度增至0.81 MPa。繼續(xù)增加彈性體的摻量，不粘輪乳化瀝青的復合件拉拔強度提升較少。從彈性體乳液改性不粘輪乳化瀝青的復合件拉拔界面也可以看出，斷裂面處于混合料處，說明彈性體乳液改性的不粘輪乳化瀝青的復合件拉拔強度高于0.81 MPa。

3 不粘輪乳化瀝青的作用機理

不粘輪乳化瀝青噴灑后，由于彈性體的密度小于瀝青，從而浮在瀝青表面形成一層薄而密的隔離膜，隔離膜隔離了車輪與瀝青接觸，起到不粘輪的效果。當上面層熱瀝青混合料攤鋪時，彈性體由于具有較強的親油性，很容易通過分子遷移和相似相容原理分散到乳化瀝青蒸發(fā)殘留物和上面層瀝青中，增強了兩個界面的界面強度。

4 不粘輪乳化瀝青的工程應用

寧通高速公路廣九段路面養(yǎng)護維修工程南通試驗段（K217+000～K217+804南通至南京方向）于2016年8月20日開始施工，路面銑刨至下面層，粘層采用普通不粘輪乳化瀝青與彈性體改性后的不粘輪乳化瀝青對比。

由對比可以看出，普通不粘輪乳化瀝青不僅在現場抽樣測試時延度脆斷，60℃發(fā)生粘輪，而且在工程應用時也出現大量粘輪現象。

從現場應用狀況可以看出，采用彈性體改性不粘輪乳化瀝青應用時，不會出現粘輪狀況，與抽樣檢查的結果完全吻合，具備一定的應用前景。

5 結論

通過添加不同玻璃化轉變溫度的彈性體乳液改性不粘輪乳化瀝青，有效提升了不粘輪乳化瀝青的低溫延度和抗施工損傷性能。制備的不粘輪乳化瀝青可在60℃不粘輪;制備不粘輪乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物的軟化點達到81.3℃，15℃延度達45.7 cm，附著力拉拔強度達到2.42 MPa，復合件拉拔強度為0.81 MPa。

闡明了彈性體乳液改性不粘輪乳化瀝青的作用機理，不粘輪乳化瀝青噴灑后，由于彈性體乳液的密度小于瀝青，從而浮在瀝青表面形成一層薄而密的隔離膜，隔離膜隔離了車輪與瀝青接觸，起到不粘輪的效果。

彈性體乳液改性的不粘輪乳化瀝青在寧通高速公路廣九段路面養(yǎng)護維修工程南通試驗段中應用效果良好，施工過程中沒有出現粘輪情況，各性能指標良好，在粘層材料上具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]孫培，韓森，呂曉霞，等.用于粘結層的高性能乳化瀝青制備與性能評價[J].材料導報，2016（14）：125-129+144.

[2]王文峰，劉偉，吳春穎，等.一種黏層乳化瀝青及其制備方法[P].江蘇：CN104403335A，2015-03-11.

[3]張銳，徐鵬，郭彥強.丁苯膠乳對粘層用改性乳化瀝青性能的影響[J].中外公路，2014（6）：223-225.