超薄磨耗层用高粘改性乳化沥青的研制

徐华杰，王文峰，牛晓伟(.江苏东方路桥建设养护有限公司;.江苏省交通科学研究院股份有限公司)

超薄磨耗层用高粘改性乳化沥青的研制

徐华杰1，王文峰2，牛晓伟2
(1.江苏东方路桥建设养护有限公司;2.江苏省交通科学研究院股份有限公司)

摘要:研究了用于超薄磨耗层养护技术的高粘改性乳化沥青的配方技术和生产工艺，考察了乳化剂的种类和SBS改性剂的掺量对改性沥青及改性乳化沥青蒸发残留物性能的影响。结果表明，采用进口JS－2乳化剂，SBS改性剂掺量达到3．5%时，制备得到的改性乳化沥青满足超薄磨耗层用高粘改性乳化沥青的技术指标和应用需求。

关键词:乳化沥青;高粘;改性;超薄磨耗层;研制

中图分类号:U416．2

文献标识码:��: C

文章编号:��:1008－3383(2015) 01－0005－02

收稿日期:2014－10－28

作者简介:徐华杰(1965－)，男，安徽桐城人，高级工程师，从事公路工程建设养护与管理。

Abstract:Research has been done to study ingredient design and preparation of high－viscosity modified emulsified asphalt．This paper investigates the influence on performance of residue of modified asphalt emulsion by varying contents of SBS and kinds of emulsifier．With performance test，it shows that modified emulsified asphalt with 3．5%－content of SBS could meet request of standard for modified emulsified asphalt when JS－2 was applied into it，which can also satisfy applying－request of Ultra－thin bonded wearing course．

Development and Preparation of high－viscosity modified emulsified asphalt used for Ultra－thin bonded wearing course

XU Hua－jie1，WANG Wen－feng2，NIU Xiao－wei2
(1. Jiangsu Eastern Highway＆Bridge Construction Maintenance Co．，Ltd; 2. Jiangsu Transportation Institute)

Key words: Emulsified Asphalt，High Viscosity，Modification，Ultra－thin bonded wearing course，Preparation

超薄磨耗层是我国高等级路面快速养护的重点发展方向之一，它是一种超长耐久的表面层，具有抗滑、抗车辙、抗磨耗、排水、降噪等优良的使用性能。其作为有效的预防性养护措施已逐步应用在我国高等级公路中。该技术实施成功的关键之一是作为粘层的高粘改性乳化沥青的使用。高粘改性乳化沥青具有较高的粘度，能将罩面与原路面牢固地联接为一个整体;同时高粘改性乳化沥青具有较强的渗透性能，可以渗入原路面的细小裂缝中，封闭空隙，避免水分下渗，造成水损害;利用罩面热混合料的热量促使改性乳化沥青破乳，乳液上升破乳后可封闭下部空隙，从而形成上部具有耐磨、排水、降噪的多功能磨耗层，下部具有防水、封闭裂缝的沥青膜。

高粘改性乳化沥青的关键性能在于此种乳化沥青具有粘度高、粘结性好、破乳速度适宜的特点。在高粘改性乳化沥青的制备过程中，乳化剂的种类和改性剂的剂量不仅对乳化沥青的破乳速度、粘度变化起到主要作用，同时也是影响乳化沥青粘结性能的关键因素。用SBS改性沥青制备高粘改性乳化沥青已成为高性能乳化沥青研发的热点，从配方的选择和优化出发，研究了高粘改性乳化沥青的关键性能影响因素，并进而开发出一种可用于超薄磨耗层的高粘改性乳化沥青。

1　试验

1．1主要原材料及设备

乳化用改性沥青的改性剂为线型SBS(苯乙烯－丁二烯嵌段共聚物)，由燕山石化提供，型号: 1301－1。采用的JS－1和JS－2改性沥青专用乳化剂由阿克苏诺贝尔公司提供。SK70#基质沥青、稳定剂、轻质油均由江苏宝利沥青股份有限公司提供。

试验用搅拌机和高速剪切机由福禄克电子仪器仪表公司提供;胶体磨由阿克苏诺贝尔公司提供。

1．2改性沥青的制备

在容器中加入一定量SK70#基质沥青，升高温度至175～180℃，开动高速剪切机，按比例加入SBS改性剂，高速剪切0．5 h后加入一定量的轻质油，转为低速搅拌，控制搅拌时间为3～4 h;待SBS完全溶解、溶胀后加入稳定剂，继续搅拌0．5 h。冷却得到改性沥青样品，备用。

1．3改性乳化沥青的制备

在皂液灌中按照一定比例将乳化剂与热水配置成皂液，调节pH值为2．0～2．5。沥青与皂液按照质量比65∶35调节好相应的流量，开启试验用大胶体磨，将沥青和皂液同时加入胶体磨，乳化稳定后，在接收口接受冷却的乳化沥青样品，待测。

1．4性能测试

沥青、改性沥青、改性乳化沥青的相关性能测试按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》执行。其中，气溶胶法破乳速度按照ASTM D244标准进行测试。

2　结果与分析

2．1高粘改性乳化沥青性能指标分析

超薄磨耗层用高粘改性乳化沥青虽然是作为粘层油喷洒使用的，但超薄磨耗层对粘层改性乳化沥青的要求非常

高，固含量要求大于65%，且要求相应蒸发残留物具有较高的软化点和较好的延展性。表1给出了高粘改性乳化沥青性能指标。见表1。

表1　高粘改性乳化沥青技术要求

从表1可以看出，超薄磨耗层用高粘改性乳化沥青的破乳速度要求40%(ASTM D244方法测试)，意味着其在使用时应表现为中裂或者快裂。从超薄磨耗层施工工艺亦可知道，在高粘改性乳化沥青撒布完成后，需立即在该粘层上进行磨耗层混合料的摊铺，因此要求乳化沥青在高温下具备快速破乳并与热拌混合料形成紧密粘结的能力。一般而言，乳化沥青的破乳速度主要取决于乳化剂的选择和用量，乳化剂特殊的分子结构，决定了其破乳过程和破乳速度，因此在不同乳化沥青应用领域，应选用不同的乳化剂类型。影响乳化沥青粘度的影响因素主要有沥青含量、乳化剂的种类、增稠剂的用量等，其中增稠剂的用量是调整乳化沥青粘度的有效手段。

从表1所列蒸发残留物的软化点、延度及弹性恢复指标可以看出，仅对基质沥青进行乳化，很难达到表中要求，因此，需要对基质沥青先行改性后再制备改性乳化沥青。

2．2改性剂掺量对改性沥青性能指标的影响

为研究改性剂掺量对改性沥青性能的影响，选择了四种SBS掺量对基质沥青进行改性，稳定剂掺量保持不变，改性沥青指标检测结果见表2。考虑到后期改性沥青的乳化效果以及乳化的容易程度，本研究将改性沥青的针入度通过轻质油组分调整至80～90(0．1 mm)之间。

表2　四种SBS掺量下改性沥青的性能比较

由表2可知，通过添加轻质油组分可将改性沥青的针入度调整至80～90(0．1 mm)，以满足乳化要求。由表1可知，高粘改性乳化沥青残留物软化点要求大于55℃，10℃延度大于40 cm。表2改性沥青测试结果表明，当改性剂掺量在3．0%以上时，软化点为55．5以上，而5℃延度就可以达到60 cm，明显高于技术要求。其中4．0%剂量的改性沥青延度较低，可能的原因在于，随着改性剂掺量改性沥青变硬，5℃延度较难拉伸。通过离析指标观测，所得改性沥青具有较好的稳定性。

2．3乳化剂对高粘改性乳化沥青蒸发残留物性能的影响

相比较普通乳化沥青的生产，改性乳化沥青生产对设备的要求较高。需要采用密闭乳化胶体磨设备，设备需要一定的背压和功率。同时要求乳化剂的乳化能力很强，以满足改性沥青较高粘度下均匀分散于水相中。采用进口乳化剂JS－1和JS－2，使用阿克苏诺贝尔的中试胶体磨设备，分别将制备得到的四种剂量改性沥青进行乳化。乳化改性沥青结果见表3。

表3　乳化改性沥青现象

从表3可知，采用进口JS－1乳化剂对四种剂量的SBS改性沥青，当改性剂掺量达到4．0%时，改性沥青无法完成乳化过程，流出的样品粘稠，发生迅速变黑、破乳的现象。原因在于，随着改性剂掺量的添加，改性沥青粘度逐渐增大，乳化该改性沥青需要更多能量转换成水包油的乳液，且该乳化剂降低表面张力的能力有限，即使得到水包油的乳化沥青，也会很快导致破乳，发生上述现象。根据JS－1的乳化结果，同时依据经验，在进行JS－2进行乳化试验时，仅选择对改性剂掺量为3．0%和3．5%该性沥青进行乳化，乳化效果良好。

采用JS－1乳化成功得到三种配方下改性乳化沥青分别进行测试，乳化沥青残留物性能测试结果见表4。

表4　JS－1改性乳化沥青残留物性能测试结果

分析采用乳化剂JS－1乳化三种改性沥青残留物性能，对比乳化前改性沥青的性能发现，采用JS－1乳化剂可显著提高沥青的针入度，使得乳化沥青破乳成膜后沥青变软，明显高于技术要求范围。这不仅降低沥青在使用过程中的高温性能，同时也会降低磨耗层的粘结性能。也因此明显降低了沥青的软化点。由表4可知，SBS改性剂掺量为2．5%、3．0%、3．5%的乳化沥青软化点均不能满足大于55℃的要求，同时弹性恢复也不能满足要求，10℃延度结果大于100，表明该乳化沥青具有优良的低温拉伸性能。因此，虽然前期制备的改性沥青性能满足指标要求，但采用JS－1乳化剂对改性沥青乳化后，其蒸发残留物性能发生明显改变，不能满足指标要求。

采用JS－2乳化剂成功得到两种配方下改性乳化沥青，分别对其蒸发残留物性能进行测试，结果列于表5。

表5　JS－2改性乳化沥青残留物性能测试结果

对比表5和表2可知，最终蒸发残留物的针入度、软化点和弹性恢复较相应改性沥青有所改变，但采用JS－2乳化剂对改性沥青性能影响较小，剂量3．5%SBS改性乳化沥青完全满足建议指标要求，可作为高粘改性乳化沥青的生产配方。

2．4高粘改性乳化沥青性能对比

依据前文所述配方，采用乳化剂JS－2，SBS剂量为3．5%时，制备得到高粘改性乳化沥青产品，对其进行各项性能检测，与壳牌超薄磨耗层用高粘改性乳化沥青——Navoband样品进行比较，结果见表6。

表6　高粘改性乳化沥青性能对比

续表6　

由表6中可知，自行制备的高粘改性乳化沥青满足壳牌公司提供的指标要求，可用于超薄磨耗层养护工艺。同时发现，壳牌公司Navoband软化点只有51℃，并没有达到该公司设计的软化点要求。因此，高粘改性乳化沥青在施工工艺中，将罩面层与路面层粘结为整体仍然是该施工工艺中的主要目的。

3　结论

通过高粘改性乳化沥青性能指标分析，分别采用JS－1 和JS－2乳化剂制备了不同改性剂掺量下的改性乳化沥青。当SBS掺量为3．5%时，采用乳化剂JS－2制备得到高粘改性乳化沥青能够满足技术要求，可应用于超薄磨耗层工艺。由JS－1乳化沥青的结果表明，乳化剂的种类选择是影响改性乳化沥青蒸发残留物性能关键因素之一。

参考文献:

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