SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青制備與基本性能評價

賈倩茹，劉琦，徐青宇，馬軍營

（華北水利水電大學，河南 鄭州 450000）

通常，采用各種措施使自身的基本性能得到改善，在保持乳化瀝青自身特性的基礎上，具有更高瀝青性能的乳化瀝青，被稱為改性乳化瀝青。作為改性乳化瀝青的主要組成成分，乳化瀝青和改性劑的選擇和用量需要非常嚴謹，只有這樣，才能保證制備得到的改性乳化瀝青滿足性能需求。確定合適的改性乳化瀝青配方并采用適宜的制備方式，可以從源頭上保證改性乳化瀝青的質量。

在乳化瀝青選擇中，慢裂快凝型陽離子乳化劑對瀝青性能影響較小［1］，制備得到的陽離子乳化瀝青可最大限度地滿足標準需求。鑒于乳化工藝過程復雜，對乳化劑品種、用量、pH值、無機酸種類及水等都有嚴格的要求，需要通過反復室內試驗調試確定各試劑最佳摻配類型和摻配比例［2］。目前，試驗環境難以達到制備完全均質的乳化瀝青的標準，并且市場化的改性乳化瀝青均符合試驗要求，因此采購正規生產廠家的成品用于試驗研究。本研究采用先乳化后改性的制作方式，該方法要求使用膠乳狀的改性劑，采用機械攪拌法進行改性［3］。

本文采用SBR丁苯膠乳對慢裂快凝型陽離子乳化瀝青進行改性，通過對制備所得的改性乳化瀝青的各項性能指標進行分析，確定改性工藝參數及改性劑的最佳摻量，為改性乳化瀝青的研究提供參考。

1 原材料

1.1 乳化瀝青

本研究采用佛山市創立信化工有限公司生產的慢裂快凝型陽離子乳化瀝青BC-1，B表示拌合型，C表示陽離子乳化瀝青。依據《公路瀝青路面施工技術規范》［4］對慢裂快凝型陽離子乳化瀝青的性能要求進行相應項目的試驗。試驗項目與結果見表1。

表1 乳化瀝青性能指標

1.2 SBR丁苯膠乳

本研究采用新鄉市博旭公路工程有限公司生產的型號為JY-SBR 65的陽離子丁苯膠乳。該膠乳改性劑為乳白色液體改性劑，有一定的黏性。依據相關規范的性能要求［5］，本研究進行了相應項目的試驗，試驗項目與結果見表2。

表2 SBR丁苯膠乳性能指標

1.3 改性乳化瀝青制備

乳化瀝青改性所用試驗儀器設備的相關參數見表3。

表3 試驗儀器設備

依據《公路瀝青路面施工技術規范》的相關要求，改性乳化瀝青應符合拌合用乳化瀝青的相關技術指標要求，相關技術指標及試驗方法見表4。

表4 改性乳化瀝青的技術指標及試驗方法

2 改性乳化瀝青制備工藝的優化

2.1 SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青制備工藝分析

本研究使用高速剪切機制備SBR丁苯乳膠改性乳化瀝青，在已有研究的基礎上，考慮試驗過程中儀器和制備條件對于試驗結果造成的影響，對采用成品乳化瀝青制備改性乳化瀝青過程中的制備工藝進行優化。將SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的主要指標作為衡量標準，對SBR丁苯膠乳摻量（占乳化瀝青摻量的百分比）、拌合溫度、拌合時間、拌合速度等制備工藝進行分析和優化，確定性能最佳的SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青制備工藝。

（1）SBR丁苯膠乳摻量。影響改性乳化瀝青路用性能最顯著的因素是SBR丁苯膠乳摻量的大小，SBR丁苯膠乳摻量的適量添加可明顯提高改性瀝青的路用性能。根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）及相關文獻資料［6］，本研究設計SBR丁苯膠乳摻量取0、2%、4%、6%、8%，研究其對改性乳化瀝青蒸發殘余物指標及儲存穩定性能的影響，確定SBR丁苯膠乳摻量的最佳值。

（2）拌合溫度。對基質瀝青進行改性時，瀝青溫度的逐漸升溫會引起其黏性的下降，過高的高溫剪切會導致瀝青老化現象的發生。有研究表明，膠乳狀改性劑對陽離子乳化瀝青的改性，不需要加熱即可進行剪切改性過程；本研究采用SBR丁苯膠乳改性劑對液態的乳化瀝青進行改性預試驗，現兩者在常溫下即可相融，故本研究設計的拌合溫度取室溫25 ℃。

（3）拌合時間。SBR丁苯膠乳改性劑對液態的乳化瀝青進行改性時，拌合時間在1~5 min即可充分融合［7］，因此本研究設計拌合時間為5 min，保證膠乳和乳化瀝青充分融合。

（4）拌合速度。有研究表明［8~10］，當改性劑為膠體狀時，剪切速度取1 000~2 000 r/min；當膠乳狀改性劑對基質瀝青改性時，剪切速度從500 r/min緩慢提高到5 000 r/min；當粉末狀改性劑對基質瀝青改性時，剪切速度從500 r/min緩慢提高到5 000 r/min；當膠乳狀改性劑對陽離子乳化瀝青改性時，以500 r/min的剪切速度即可充分拌合。因此，本研究設計拌合速度為500 r/min，保證膠乳和乳化瀝青充分融合。

2.2 SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的制備

采用高速剪切法制備改性乳化瀝青，將乳化瀝青倒入鐵質容器中，不啟動控溫器加熱瀝青，設置高速剪切機剪切速度為500 r/min，然后用滴管加入已設定量的SBR丁苯膠乳改性劑（SBR丁苯膠乳摻量取0、2%、4%、6%、8%），設置高速剪切機的剪切時間為5 min。待改性過程完成后，將剪切好的改性乳化瀝青取出后冷卻至室溫，即得SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青。

2.3 SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青技術指標分析

SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青性能研究的基礎試驗中，其各項技術指標的優劣對試驗結果有著重要影響。因此，需對SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的技術指標進行性能分析，用于確定SBR膠乳改性劑的最佳摻量；其試驗結果見表5。

表5 SBR丁苯乳膠摻量對改性乳化瀝青性能的影響

（1）由圖1（a）可知，隨著SBR丁苯膠乳改性劑用量的增加，改性乳化瀝青的篩上剩余量呈逐漸加速上升趨勢。這就意味著剪切過程促使乳化瀝青的絮凝和聚結減少，降低了瀝青顆粒物含量；但是，SBR丁苯膠乳摻量的增加能在一定程度上引起瀝青絮凝和聚結的發生，增大瀝青顆粒物尺寸，造成篩上殘余量增大。改性乳化瀝青的篩上殘余量應滿足不大于0.1%的標準，當SBR膠乳摻量達到8%時，SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的篩上殘余量值為0.07%，仍遠小于0.1%，即其摻量對篩上殘余量這一技術指標的影響不是主要影響因素。

圖1 SBR丁苯乳膠摻量對改性乳化瀝青指標的影響

（2）由圖1（b）可知，SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的蒸發殘余物含量隨SBR丁苯膠乳摻量的增加而略有增加。這是因為乳化瀝青的蒸發殘余物含量為60.2%，SBR膠乳的固含量為65%，膠乳的固含量略高于乳化瀝青的蒸發殘余物含量，所以隨著SBR丁苯膠乳含量的增加，SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的蒸發殘余物含量會略有增加。改性乳化瀝青的蒸發殘余物含量應滿足不小于0.1%的標準，當SBR丁苯膠乳摻量的增加不會降低改性乳化瀝青的蒸發殘余物含量值，即其摻量對蒸發殘余物指標的影響不是主要的。

（3）由1圖（c）可知，SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的蒸發殘余物針入度隨SBR膠乳摻量的增加呈現先降低后略增加的趨勢，但是SBR膠乳在6%摻量和8%摻量時的蒸發殘余物針入度改變量僅為1.1%，變化很小，不能作為結論的依據。對比0~6%摻量的SBR丁苯膠乳對改性乳化瀝青蒸發殘余物針入度性能的影響可以看出，每增大1%的膠乳摻量，針入度增加1.7%左右，SBR丁苯膠乳摻量的增加能迅速提升SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的高溫性能。改性乳化瀝青的蒸發殘余物針入度應滿足45×0.1 mm~150×0.1 mm的標準，當SBR膠乳摻量在0~8%時，其針入度在60×0.1 mm~75×0.1 mm，符合標準要求，但是8%摻量時反向數值的出現，使得本研究推薦使用6%及以下摻量的SBR膠乳改性劑。

（4）由圖1（d）可知，SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的蒸發殘余物延度隨SBR丁苯膠乳摻量的增加有明顯增加。不摻加改性劑時，延度僅為10 cm；當摻量為2%時，延度即滿足大于20 cm的要求；當摻量達到6%及以上時，延度大于150 cm。這表明SBR丁苯膠乳的摻加能夠明顯提高SBS丁苯乳膠改性乳化瀝青的低溫性能。因此，本研究推薦可摻加一定含量的SBR丁苯膠乳以改善乳化瀝青的低溫性能。

（5）由圖1（e）可知，SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的蒸發殘余物軟化點隨SBR丁苯膠乳摻量的增加而逐漸呈現出上升的趨勢，當摻量達到6%及以上時，軟化點即達到改性乳化瀝青蒸發殘余物軟化點不小于53 ℃的要求。原因在于SBR丁苯膠乳能在乳化瀝青中以絲狀纏繞結構的形式阻礙瀝青的流動，其流動性減小，進而改善瀝青的高溫性能。

（6）由圖1（f）可知，當SBR丁苯膠乳摻量為2%時，乳化瀝青的5 d儲存穩定度呈現下降趨勢，但當摻量逐漸增加時，其儲存穩定度有明顯增大的情況，這是因為改性乳化瀝青和SBR丁苯膠乳形成雙重力不穩定體系，不穩定性逐漸增加；由于SBR膠乳自身具有良好的儲存穩定性，所以SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青不穩定性的提升效果并不是很明顯。8%的SBR丁苯膠乳摻量的改性乳化瀝青的5 d儲存穩定度超過5%的性能要求，其1 d儲存穩定度也接近1%的界限。因此，為保證SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的性能穩定性，本研究推薦使用6%及以下摻量的SBR膠乳對乳化瀝青進行改性。

綜上可知，隨著SBR丁苯膠乳摻量的增加，增大了乳化瀝青的篩上殘余量和蒸發殘余物含量，降低了乳液的常溫儲存穩定性，對針入度、軟化點、延度三大指標均有比較明顯的改善和提升。

3 結語

本文進行SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的制備及基本性能研究，主要研究結論如下。

（1）優化了SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的制備工藝：拌合溫度為25 ℃，拌合時間為5 min，拌合速度為500 r/min。

（2）通過對丁苯膠乳摻量為0、2%、4%、6%、8%的SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的篩上殘余量、蒸發殘余物和儲存穩定度等性能分析，得到當丁苯膠乳摻量為6%時，SBR丁苯膠乳改性乳化瀝青的性能指標最優的結論。