基于层间粘结的高黏改性乳化沥青性能评价及应用

（1.北京市政路桥建材集团有限公司门头沟沥青厂，北京 102300；2.北京市政路桥正达道路科技有限公司，北京 102600；3.北京市政路桥建材集团有限公司，北京 100176）

沥青路面层间结合不良是影响其使用寿命的重要因素[1-3]，因此，沥青路面施工技术规范及设计规范中均明确要求沥青路面层间必须喷洒粘层油，以使路面形成整体结构，避免路面层间滑移或拥包、车辙等病害发生。

目前，常用的粘层油为PC-3 乳化沥青和SBR 胶乳改性的PCR 改性乳化沥青，PC-3 乳化沥青温度稳定性差，粘结能力有限，PCR 改性乳化沥青虽在一定程度上提高了粘层的高温性能和粘结力，但提高幅度有限，对于层间粘结要求较高的路况，很难满足要求，如超薄罩面与原路面间、水泥路面加铺沥青路面间、长大纵坡路段、重载路段等[1,4-6]。为了改善沥青路面层间粘结性能，研制了基于SBS 改性沥青的高黏改性乳化沥青。

本文以北京地区道路大修工程为依托，选用自主研制的高黏改性乳化沥青，采用斜剪试验和拉拔试验对其层间粘结性能进行了考察，并与市场常用的PCR 改性乳化沥青、PC-3 乳化沥青及无粘层油情况进行了对比。

1 试验部分

1.1 试验材料

基质沥青：GS70 号沥青；SBS 改性剂：6302H，中石油独山子石化公司提供；SBR 胶乳：PC1468，上海龙孚材料技术有限公司提供。

1.2 改性沥青制备

将加热好的基质沥青和相容剂按一定比例加入容器中，开动剪切机低速剪切搅拌并升温至175 ℃，然后边高速剪切边加入SBS 改性剂，剪切1 h，然后边搅拌边加入稳定剂，搅拌发育2 h。

1.3 改性乳化沥青制备

1.3.1 SBS 改性乳化沥青

先将皂液和SBS 改性沥青加热到设定的温度，然后将二者按照设定的比例泵送进胶体磨，磨出口保持一定的压力，并经过冷却换热。

1.3.2 PCR 改性乳化沥青

先制备PC-3 乳化沥青，然后边搅拌PC-3乳化沥青边加入一定比例的SBR 胶乳溶液，搅拌均匀。

1.4 试验方法

1.4.1 常规指标

乳化沥青常规技术指标根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）进行检测。

1.4.2 剪切强度

剪切强度采用斜剪试验进行测定。斜剪试验试件由两块45°斜角试件拼接而成，乳化沥青涂刷在两块斜角试件之间，具体成型和试验方法参照文献[7]进行，斜角试件所用材料为AC-20 沥青混合料。

1.4.3 拉拔强度

拉拔强度采用拉拔试验进行测定。拉拔试验所用的复合试件：5 cmAC-20 沥青混凝土+粘层乳化沥青+5 cmAC-13 沥青混凝土，试件直径为100 mm，具体成型和试验方法参照文献[7]进行。

2 结果与讨论

2.1 剪切强度

2.1.1 喷洒量对剪切强度的影响

在25 ℃下进行斜剪试验，测定不同种类乳化沥青喷洒量对剪切强度的影响，结果见图1。

图1 不同种类乳化沥青喷洒量对剪切强度影响

图1表明，随乳化沥青用量增加，三种乳化沥青的剪切强度均呈现先增大后减小的变化趋势，这说明粘层乳化沥青喷洒量必须限定，否则影响沥青路面层间抗剪性能。相同改性剂用量下，基于SBS 改性沥青制备的高黏改性乳化沥青的抗剪切强度大于SBR 改性乳化沥青，两种改性乳化沥青的抗剪切强度大于非改性的PC-3 乳化沥青。另外，图1表明，对于SBS 改性乳化沥青来说，SBS 用量为3.2%和3.6%时，二者剪切强度相差不大，这说明在实际应用过程中，改性剂用量需要优化。

2.1.2 温度对剪切强度影响

温度对不同粘层材料层间剪切强度的影响见图2。图2表明，在试验范围内，高黏改性乳化沥青的层间剪切强度最大，其次为PCR 改性乳化沥青，再者为PC-3 乳化沥青和无粘层油；四种材料层间剪切强度的差值随温度升高呈减小趋势，温度为60 ℃，PC-3 乳化沥青和无粘层油的剪切强度基本一致，说明此时由于粘层油在高温的作用下已经失去粘结能力，甚至会在极端情况下起到层间的润滑作用，基本失去粘结的性能。而60 ℃时，高黏改性乳化沥青的层间剪切强度最大，这说明高黏改性乳化沥青具有良好的层间粘结性能。

图2 温度对不同粘层材料层间剪切强度的影响

另外，由图2可知，剪切强度随温度升高呈快速减小变化规律，这说明其对温度比较敏感。对于无粘层油、PC-3 乳化沥青、PCR 改性乳化沥青和高黏改性乳化沥青来说，40 ℃剪切强度只有25 ℃的53%～58%，60 ℃剪切强度只有25℃的25%～30%左右。这说明，沥青路面层间粘结受温度影响非常大，大于粘层油本身的影响，当温度较高时，沥青面层层间剪切强度将会大幅下降，这也就是为何夏季高温沥青路面易发生推移、拥胞等病害的重要原因。

为了对比层间粘结强度与混合料本身的强度值，将45°斜剪试件测得的剪切强度与混合料破坏时的剪切强度的比值定义为抗剪切强度比，抗剪切强度比越大，说明层间粘结的薄弱程度越低，抵抗剪切应力破坏的能力越强。

不同粘层材料在不同温度下的剪切强度比见图3。由图3可知，试验范围内，洒布高黏改性乳化沥青的剪切强度比明显优于洒布PCR 改性乳化沥青、PC-3 乳化沥青及无粘层油的情况；随温度升高，抗剪切强度比呈现增大趋势，这说明在高温下层间的剪切强度值与混合料本身的强度呈现接近的趋势，从数据看出在60 ℃的试验条件下，洒布高黏改性乳化沥青、PCR 改性乳化沥青、普通乳化沥青以及无粘层油时剪切强度比分别为93.4%、88.8%、85.5%、85.0%，洒布高黏改性乳化沥青的层间剪切强度更加接近混合料本身的强度，也说明了高黏改性乳化沥青具有良好层间粘结性能。

图3 不同粘层材料在不同温度下的剪切强度比

2.2 拉拔强度

温度对不同粘层材料拉拔强度的影响见图4。图4表明，在试验范围内，拉拔强度的大小顺序为：高黏改性乳化沥青＞PCR 改性乳化沥青＞PC-3 乳化沥青＞无粘层油，喷洒粘层油的拉拔强度大于无粘层油的，这说明了粘层油的确提高了层间粘结性能，且高黏改性乳化沥青在提高层间粘结性能方面效果最好。

另外，图4表明，拉拔强度随温度升高呈急剧下降，40 ℃拉拔强度只有25 ℃的32%～35%左右，60 ℃剪切强度只有25 ℃的11%～18%左右，可见，拉拔强度同样具有很强的温度敏感性。

与2.1.2 的剪切强度结果对比可知，试验范围内，相同温度下，剪切强度明显大于拉拔强度，这与李啸华等[7]的研究结论是一致的，这可能是由于拉拔试验和斜剪试验层间受力模式不同。斜剪试验不仅与粘层材料性能相关，同时与相邻层间的摩擦阻力、剪切角等因素相关，而拉拔试验仅以粘层材料本身性能为主。

图4 温度对不同粘层材料层间拉拔强度的影响

2.3 高黏改性乳化沥青性能指标评价及应用

按照《道路超薄罩面施工技术规范》（DB11/T 1590—2018）的要求对高黏改性乳化沥青的性能指标进行了检测，结果见表1。

表1 检测结果

由表1可知，高黏改性乳化沥青的各项性能指标均满足DB11/T 1590—2018 要求，基于SBS改性沥青制备的高黏改性乳化沥青具有良好的贮存稳定性，且软化点高、黏度大、低温延度良好，已被成功应用在西长安街大修、三环大修、京港澳大修、石担路预防性养护等工程中，效果良好。

4 结论

a）四种粘层材料的剪切强度、剪切强度比及拉拔强度大小顺序均为：高黏改性乳化沥青＞PCR 改性乳化沥青＞PC-3 乳化沥青＞无粘层油。

b）随乳化沥青用量增加，高黏改性乳化沥青、PCR 改性乳化沥青和PC-3 乳化沥青的抗剪强度均呈先增大后减小的变化规律。

c）剪切强度和拉拔强度均具有很强的温度敏感性，随温度升高呈迅速降低趋势。

d）剪切强度比结果表明，高黏改性乳化沥青抗剪切强度比在高温时接近1，接近混合料自身强度，具有良好的层间粘结性能。

e）高黏改性乳化沥青具有软化点高、黏度大、低温延度好的特点，已在北京地区道路大修及养护工程中得到应用，效果良好。