沥青基改性剂对灌注式半柔性路面性能影响的研究

宋家楠

（辽宁新发展公路科技养护有限公司，辽宁 沈阳 110021）

灌注式半柔性路面,是在空隙率范围为20%～30%之间的开级配基体沥青混合料中灌注以水泥基浆液而形成的路面［1］，兼具水泥混凝土路面刚性和沥青混凝土路面柔性的 “刚柔并济” 的特性。随着建筑技术的不断进步，业界对灌注式半柔性路面的性能提出更高要求。广西交通职业技术学院的覃峰通过增加半柔性路面基体沥青混合料中的沥青用量来提高半柔性路面的防腐性能［2］。广西科技大学黎振民等学者在水泥基浆料中掺入橡胶颗粒代替部分骨料来提升半柔性路面的抗病害能力［3］。

由于灌注式半柔性路面的特殊结构形式，增加基体沥青混合料沥青用量容易减小空隙率，进而导致水泥浆料不能充分填充到沥青混合料中。用橡胶粉改性水泥浆料，橡胶颗粒不溶于水性浆液中，在灌浆施工时橡胶颗粒会堵塞细小空隙并导致浆料填充率下降。为解决上述问题，本文介绍一种沥青基再分散改性剂，它是以聚合物乳液和沥青为主要原材料，经特殊工艺加工制成的可在水中再分散的粉末，其改性机理是：改性剂加入水泥浆液后，通过水泥水化反应产生的热量使改性剂破乳成膜，因为沥青本身有优异的防水性、抗酸碱性、黏结性和柔韧性，因此水泥基浆料中形成连续的沥青膜后，其防腐蚀、抗渗水性能会得到大幅提升。又由于高分子聚合物的存在，水泥基浆料的抗裂性能也显著提升。

1 原材料

水泥基灌浆材料选用辽宁新发展公路科技养护有限公司生产的ND-1 型灌浆料；普通橡胶粉为山东新旺橡胶有限公司生产，规格为40 目；砂浆改性剂选用辽宁新发展公路科技养护有限公司生产的LQS-1 型沥青基再分散改性剂。试验用橡胶胶粉和沥青基改性剂见图1 展示。

图1 40 目橡胶粉与沥青基改性剂

2 浆液制备与试验

2.1 浆液制备

将橡胶粉或改性剂按一定比例添加到ND-1型砂浆中，按 《水泥基灌浆料应用技术规范》（GB/T 50448-2015） 中的方法制备成浆液，各样品具体掺配比例见表1。

表1 灌浆料试样配合比

2.2 浆液基本性能

参照中国工程建设标准化协会发布的 《道路灌注式半柔性路面技术规程》［4］，对各浆液样品进行技术性能检测，结果见表2。

表2 灌浆材料指标要求及检测结果

2.3 浆液抗氯离子渗透试验

灌浆用的水泥基浆液是半柔性路面的重要组成部分，它抗渗抗盐蚀性能的高低直接影响半柔性路面的耐久性能。为检验普通灌浆液添加沥青基再分散改性剂前后抗氯盐腐蚀性能的变化，依据 《聚合物改性水泥砂浆试验规程》 DL/T 5126—2001 要求进行试验，试验结果见图2。

图2 灌浆料氯离子渗透试验

试样边缘白色为氯离子渗透深度，从试验结果照片可以看出，掺入沥青基再分散改性剂的砂浆，氯离子渗透深度远小于空白对比试样和掺入橡胶颗粒的试样。这是因为沥青基改性剂可以均匀分散在浆液体系中，并在水泥浆液中形成小分子连续网络结构，这种致密分子膜有效减小了水、氯盐等大分子物质的渗透，因此提升了砂浆的防水抗盐蚀性能。

3 基体沥青混合料及配合比

选用石灰岩作为灌入式半柔性路面基体沥青混合料用矿料，矿料产地为辽阳小屯。所用粗、细集料及填料技术指标均符合 《公路沥青路面施工技术规范》 （JTG F40-2004） 中的要求。

基体沥青混合料用沥青胶结料选用SBS-IC 型改性沥青，产地为辽宁苏家屯，改性沥青技术指标参照 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 （JTG E20-2011） 的规定进行试验，检测结果见表3。

基体沥青混合料按中国工程建设标准化协会发布的 《道路灌注式半柔性路面技术规程》［4］中混合料配合比设计过程设计，混合料矿料级配类型为SFAC-16 型，混合料矿料级配的各筛孔通过率见表4，混合料油石比为4.0%，目标空隙率设计为20%，设计完成后制拌成型，并按 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 （JTG E20-2011） 的规定方法进行试验，基体沥青混合料技术性能指标见表5。

表3 SBS 改性沥青技术性能

表4 基体沥青混合料各筛孔通过率

表5 基体沥青混合料技术性能

4 灌注式半柔性路面路用性能试验

4.1 试件成型

将四个灌浆料样品制备成浆液，并分别灌注到基体沥青混合料中，灌注式半柔性路面材料按照制件、灌浆与振实、刮浆、养生四步骤进行制备，成型的四组半柔性路面混合料样品编号与灌浆料编号相同。

制件是指按照 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 （JTG E20-2011） 中规定方法制作基体沥青混合料的马歇尔和车辙试件；灌浆与振实是通过混凝土振实台将各灌浆料样品灌注到马歇尔和车辙试件中，边振动边浇浆，振动时间应在4-5min；刮浆是在停止振动后，将试件表面多余浆液刮除，刮除标准为沥青混合料刚漏出表面集料构造为佳；以上步骤完成后，将试件置于室温下养护48h，浆料终凝后拆模待用。图3 为灌浆料浆液在振实台上灌浆振实和养生后状态。

图3 浆料灌浆振实与养生

4.2 高温性能试验

沥青混合料的高温性能通常用动稳定度来表征，混合料动稳定度数值越大说明其高温抗变形能力越好。本研究动稳定试验按照 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 （JTG E20-2011） 中规定方法进行。

①试验结果

各灌浆料试样灌浆后车辙结果分布情况见图4。

图4 不同灌浆料制备的混合料车辙试验结果

②试验结果分析

从试验结果可知，所有混合料样品的动稳定度指标都符合 《道路灌注式半柔性路面技术规程》［3］中规定的技术要求，添加胶粉和添加沥青基改性剂的车辙结果比无添加空白混合料车辙要小。胶粉颗粒本身就是高粘聚合物属于弹性体，沥青基改性剂是由高分子聚合物乳液制成，而聚合物乳液同属于弹性体，因此2#、3#、4#混合料掺入弹性体聚合物降低了水泥砂浆的刚性，因此动稳定度试验数据比空白样品低，由于掺量不多，混合料依然保持有较高的高温抗车辙性能。

4.3 低温抗裂性能试验

沥青混合料低温弯曲试验结果是综合评价混合料低温抗裂性能的重要指标。本研究试验温度采用-10℃，试验依据JTG E 20-2011 中 T0715-2011 所述方法进行,试验用试件由灌浆后车辙成型件切割而成，试验过程及试件见图5。

图5 不同灌浆料制备的混合料的低温弯曲试验

①试验结果

不同灌注式半柔性路面混合料样品低温弯曲试验件结果见表6，不同样品掺量与抗弯拉强度、破坏最大弯拉应变关系见图6。

表6 灌注式半柔性路面混合料低温弯曲试验结果

图6 混合料低温试验结果趋势图

从表6 和图6 中可以看出，浆料中添加橡胶颗粒和沥青基改性剂后，灌注的混合料低温抗弯拉强度比空白试样抗拉弯强度比较都有降低，而破坏最大弯拉应变数值比对比空白试样都大幅度提高。混合料低温破坏最大弯拉应变值与其低温抗裂性能成正比，由于橡胶颗粒和沥青基改性剂本身是弹性体高分子聚合物，水泥基灌浆料中掺入高弹性聚合物起到降低其刚性的作用，使水泥基材料抗裂性能提升。又由于橡胶颗粒和沥青基添加剂的掺量适量，因此弹性高分子材料的添加并没有对 “刚柔兼济” 的灌注式半柔性混合料的“刚性” 造成影响，反而使 “刚” 和 “柔” 更均衡。从试验结果还可以看出，沥青基改性剂提高水泥基灌浆料的抗裂能力接近橡胶颗粒，且随着掺量的增加这种能力也随之增加。

4.4 水稳定性能试验

现行规范 《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004） 规定采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来检验沥青混合料的水稳定性，基体沥青混合料马歇尔试件灌注不同浆液成型，成型后试件见图7，灌注各种浆料的马歇尔试块按JTG E 20-2011 中T0715-2011 的规定方法实施试验，灌浆试验结果见表7。

图7 灌注式半柔性路面混合料马歇尔试块

表7 灌注式半柔性路面混合料水稳定性检测结果

从表7 数据可知，浆料中掺入沥青基改性剂的3# 和4# 样品的水稳定性能最好，浆料中掺入橡胶粉的2# 样品的水稳定性能最差。这是因为橡胶粉颗粒保持其物理形态存在于浆液中，在灌浆过程中容易堵塞基体沥青混合料的空隙，造成混合料灌浆不饱满并留有许多空隙，水会通过这些空隙流入混合料中并导致其抗水侵害能力下降。而沥青基聚合物改性剂是可再分散于水中的，在灌注时并不会阻塞空隙，因此沥青基改性剂的添加不会降低半柔性路面的水稳定性能。又由于沥青基聚合物改性剂弹性体的结构性能，使混合料除了沿袭了水泥基材料的耐水损害性能，同时也可以消减路面所受的各种应力，因此其冻融劈裂残留强度值最高。综合来看，添加沥青基聚合物改性剂的混合料水稳定性能优于1# 空白样品和2#加橡胶粉样品。

5 结语

（1） 沥青基再分散改性剂添加到灌注式半柔性路面的水泥基浆液中，不影响浆液流动度、强度指标。

（2） 沥青基再分散改性剂应用于灌注式半柔性路面，可以提高半柔性路面的抗盐蚀性能、低温抗裂性能和抗水损坏性能，并同时保证路面较高的抗车辙性能。

（3） 考虑工程造价，沥青基再分散改性剂在浆液中的掺量不易高于6%。

（4） 沥青基再分散改性剂不仅可以应用在灌注式半柔性路面，也可以应用在有抗裂、抗盐蚀损害需求的各类水泥基材料中。