不同改性乳化瀝青的路用性能研究

梅志

（九江市公路發展中心德安分中心，江西九江 330400）

0 引言

隨著道路運營時間的增長，路面老化損壞現象日益嚴重。為了解決這一問題，學者們提出采用改性乳化瀝青進行修補的策略。目前，改性乳化瀝青主要有SBR 環氧改性乳化瀝青和SBR 改性乳化瀝青。許多學者對這兩種改性乳化瀝青進行研究，其中李自華通過研究，發現SBR 改性乳化瀝青具有生產工藝簡單、價格低廉等特點，被廣泛應用于路面修建養護工程中[1]；孫曉立等對SBR 環氧改性瀝青進行研究，發現SBR 環氧改性瀝青能使乳化瀝青具有很好的黏結性、高溫穩定性及抗疲勞性，能夠快速及時地修補路面，同時具有環保的優勢[2]。現有的研究已取得一定的成果，但在對兩種改性乳化瀝青的對比研究方面還存在一些不足。

1 改性乳化瀝青原材料

改性乳化瀝青的主要原材料包括基質瀝青、乳化劑、改性劑、穩定劑、環氧樹脂及固化劑等，試驗前對原材料的基本性能進行分析。

1.1 基質瀝青

試驗中所選用的基質瀝青為70#瀝青，基質瀝青的基本性能試驗結果如表1 所示。從表1 可知，此次試驗所使用的基質瀝青符合要求。

表1 70#基質瀝青的基本性能試驗結果表

1.2 乳化劑

試驗中所使用的乳化劑為慢裂型乳化劑，呈褐色、糊狀，乳化劑中離子的類型為陽離子，破乳所需的時間為3～5h[3]。

1.3 改性劑

試驗中所采用的改性劑為SBR 丁苯合成乳膠改性劑，其基本性質如表2 所示。

表2 SBR 丁苯合成乳膠改性劑的基本性質表

1.4 穩定劑

試驗中所采用的穩定劑為無水氯化銨，為白色、晶體狀，與瀝青的密度相近，能提高乳液顆粒的電位，增強乳化顆粒間的相互排斥，使乳化瀝青保持穩定[4]。

1.5 環氧樹脂

試驗中所采用的環氧樹脂為水性環氧樹脂，沒有刺激性氣味，具體指標如表3 所示。

表3 水性環氧樹脂的基本指標表

1.6 固化劑

試驗中使用的固化劑基本指標如表4 所示。

表4 固化劑的基本指標表

1.7 水和pH 調節劑

試驗所使用的水為飲用水，水的pH 值為6.7，所使用的pH 調節劑為鹽酸，具有刺鼻性酸味，添加pH調節劑是為增強瀝青材料的乳化性能，對水溶液的pH 值進行調整，以滿足乳化劑的使用需求[5]。

2 不同改性乳化瀝青路用性能分析

此次試驗對比SBR 環氧改性乳化瀝青和SBR 改性乳化瀝青的路用性能，主要對其強度、水穩定性、高溫穩定性及低溫穩定性四種性能進行分析。

2.1 強度對比分析

按照規范要求制作兩種瀝青混合料并按照熱拌瀝青混合料馬歇爾穩定度的試驗方法對兩組試樣進行試驗，試驗過程如圖1 所示，試驗結果如表5 所示。

圖1 馬歇爾穩定度試驗過程圖片

表5 試驗結果

從表5 中可以看出，SBR 環氧改性乳化瀝青的強度值為6.52kN/m2，SBR 改性乳化瀝青的強度值為3.75kN/m2，在添加環氧樹脂后形成的SBR 環氧改性乳化瀝青的強度提高約73.2%，說明添加環氧樹脂能有效改善瀝青混合料的強度[6]。

2.2 水穩定性

通過對兩種不同的改性乳化瀝青進行凍融劈裂試驗測得試件的劈裂抗拉強度，同時為增加試驗的可靠性，將每種改性乳化瀝青分為兩組，一組試件經過凍融循環處理，一組試件未經過凍融循環處理，每組試驗4 個試件。試件劈裂抗拉強度按式（1）、式（2）和式（3）進行計算。

式（1）～式（3）中：R1表示未經凍融循環處理試件的劈裂抗拉強度，MPa；P1表示劈裂試驗中所施加的荷載，N；h1表示試件的高度，mm；R2表示經凍融循環處理試件的劈裂抗拉強度，MPa；P2表示劈裂試驗中所施加的荷載，N；h2表示試件的高度，mm；Q表示凍融劈裂強度比（%），由兩組試件中所有試件的劈裂抗拉強度平均值相除得到[7]。

此次試驗的結果如表6 所示。

表6 凍融劈裂試驗結果表

從表6 中可以看出，在SBR 改性乳化瀝青中，未經過凍融循環處理的試樣劈裂試驗所得到的抗壓強度比經過凍融循環處理的試樣大，其中未經凍融循環處理試驗的劈裂強度平均值為0.447MPa，經過凍融循環處理的試驗劈裂強度平均值為0.365MPa，其凍融劈裂強度比為81.56%，大于70%，說明SBR 改性乳化瀝青的水穩定性滿足要求；在SBR 環氧改性乳化瀝青中，未經過凍融循環處理的試樣劈裂試驗所得到的抗壓強度比經過凍融循環處理的試樣大，其中未經凍融循環處理試驗的劈裂強度平均值為0.343MPa，經過凍融循環處理的試驗劈裂強度平均值為0.295MPa，其凍融劈裂強度比為86%，大于70%，說明SBR 環氧改性乳化瀝青的水穩定性滿足要求；對比SBR 改性乳化瀝青與SBR 環氧改性乳化瀝青可以發現，不論是未凍融循環處理的試樣還是凍融循環處理后的試樣，SBR 改性乳化瀝青試樣的劈裂抗拉強度較大，但凍融劈裂強度比卻較小，說明SBR 環氧改性乳化瀝青具有更好的水穩定性[8]。

2.3 高溫穩定性

按照熱拌瀝青混合料車轍試驗的方法對兩種改性乳化瀝青進行車轍試驗，將每種改性乳化瀝青分為兩組，每組試驗4 個試件。通過試驗得到的動穩定度值分析兩者的高溫穩定性，試驗結果如表7 所示。

表7 車轍試驗結果表

從表7 中可以看出，在SBR 改性乳化瀝青中，第一組試樣的動穩定度平均值為2524.25 次/mm，第二組試樣的動穩定度平均值為2525 次/mm，對照規范SBR 改性乳化瀝青的高溫穩定性可以滿足要求；在SBR 環氧改性乳化瀝青中，第一組試樣的動穩定度平均值為3061.25 次/mm，第二組試樣的動穩定度平均值為3060.5 次/mm，對照規范SBR 環氧改性乳化瀝青的高溫穩定性可以滿足要求；對比SBR 改性乳化瀝青與SBR 環氧改性乳化瀝青可以發現，SBR 改性乳化瀝青試樣的動穩定度較小，說明SBR 環氧改性乳化瀝青具有更好的高溫穩定性[9]。

2.4 低溫穩定性

通過低溫彎曲試驗對兩種改性乳化瀝青進行低溫性能的對比分析，試驗過程中將試樣按尺寸要求切割成250mm、300mm 和350mm 的棱柱體，將這些試樣放入防凍液水浴中養護45min 后取出進行小梁試件的低溫彎曲試驗，其間水浴的溫度保持在-10℃，按照試樣尺寸的不同將試驗分為三組，分別編號為A、B、C，按式（4）、式（5）及式（6）進行計算，試驗結果如表8 所示。

表8 小梁彎曲試驗結果表

式（4）～式（6）中：R3表示試樣破壞時的抗彎拉強度，MPa；P3表示試樣中試樣達到破壞時的最大荷載，N；L表示試樣的跨徑，mm；b表示試樣的寬度，mm；h表示試樣的高度，mm；d表示試樣破壞的跨中擾度；ε表示試樣破壞時的最大彎拉應變，uε；S表示試樣破壞時的彎曲勁度模量，MPa。

從表8 中可以看出，在SBR 改性乳化瀝青中，對比A1、B1、C1 三組試驗可以發現，隨著試樣尺寸的增大，試驗中試樣破壞的荷載有所減小，但變化的幅度不大，試驗跨中的擾度增大較為明顯，抗彎拉強度、最大彎拉應變也有所增大；試樣的彎曲勁度模量在逐漸減小；在SBR 改性乳化瀝青中，對比A2、B2、C2 三組試驗可以發現，隨著試樣尺寸的增大，試驗中試樣破壞的荷載出現先增大后減小的變化，試驗跨中的擾度和最大彎拉應變變化幅度較小，但也是試樣尺寸居中的跨中擾度值較大，抗彎拉強度和彎曲勁度模量在逐漸減小；說明試樣的尺寸對改性瀝青混合料的低溫穩定性有一定影響。對比A1 與A2 組試驗可以發現，在試樣尺寸相同的情況下，A2 組試樣在破壞時所需的荷載較大，跨中的擾度卻較小，計算得到的彎拉強度和彎曲勁度模量也較大，最大彎拉應變卻較小，說明在改性乳化瀝青中加入環氧樹脂能提高瀝青混合料的強度，但會降低瀝青混合料的低溫抗變形能力，導致瀝青混合料的脆性增大，說明SBR 改性乳化瀝青比SBR 環氧改性乳化瀝青具有更好的低溫穩定性，但兩種改性乳化瀝青混合料的最大彎拉應變均大于2000uε，說明兩種改性乳化瀝青的低溫穩定性均滿足要求[10]。

3 結語

本文采用室內試驗的方法對SBR 環氧改性乳化瀝青和SBR 改性乳化瀝青的路用性能進行研究。研究結果表明：在SBR 改性乳化瀝青中加入環氧樹脂形成SBR 環氧改性乳化瀝青后，能有效提高瀝青混合料的強度、水穩定性和高溫穩定性，但會使瀝青混合料的低溫穩定性下降，不過依然可以滿足規范的要求，在一定意義上提高了瀝青混合料的耐久性能，使瀝青混合料具有更好的路用性能。