复合改性剂对乳化浅色沥青性能的影响

马 斌 武红娟 陈成桂

西北民族大学 甘肃兰州 730030

1 概述

稀浆封层是采用摊铺车和封层机将乳化沥青、不同粒径的集料、矿粉、水和添加剂等拌和成流动状态的混合料并均匀地摊铺到路面上,经过破乳、凝结和硬化形成的沥青封层[1-2]。其中改性乳化沥青在稀浆封层中起到胶结作用,应用于稀浆封层的改性乳化沥青的针入度、延度、软化点等指标容易控制,但储存稳定性因施工性能往往较难达到规范要求[3]。

近年来,国内学者对用于稀浆封层中的乳化沥青开展了诸多研究。吴超等对彩色乳化沥青封层混合料进行了性能研究,得出在制备浅色乳化沥青时,复合乳化剂CMK-30用量为2.5%,助剂聚乙烯醇(PVA)用量为0.9%[4]。常皓宇等通过对改性乳化沥青储存稳定性研究,得出在稳定剂掺量为0.8%和乳化剂掺量为2%时所制备的改性乳化沥青展现出较好的储存稳定性和三大指标[5]。但对于复合改性浅色沥青的乳化研究较少,并满足稀浆封层储存稳定性规范要求研究较少。因此,本文采用改性剂的不同掺量对自制的改性乳化浅色沥青1d和5d储存稳定性进行储存稳定性试验及分析,探求出满足公路沥青路面施工技术规范的最佳配比取值,为稀浆封层改性乳化沥青的制备生产、施工等提供参考。

2 试验

本文中选择的浅色沥青和浅色乳化沥青均是基于前期课题组的研究[6-7]。本研究采用不同掺量的复合改性剂加入乳化浅色沥青中制备复合改性乳化浅色沥青。浅色沥青结合料、乳化剂前期试验性能指标如表1和表2所示。

表1 浅色沥青结合料的性能指标

表2 乳化剂性能指标

3 复合改性剂对乳化浅色沥青性能的影响

在课题组前期试验中确定了乳化剂、稳定剂最佳掺量后,设定浅色改性乳化沥青的预选配比:油水比60∶40,固化含量62%,乳化剂2%,稳定剂0.6%。以此,再研究改性剂掺量对改性乳化浅色沥青性能的作用影响,采用蒸发残留物的三大指标和储存稳定性等指标对不同改性剂掺量的乳化浅色沥青结合料进行综合评价,并确定改性剂在乳化浅色沥青中的最佳用量。

3.1 不同改性剂用量对乳化浅色沥青稳定性分析

为了研究改性剂对乳化浅色沥青结合料储存稳定性的影响,采用2.5%～5%掺量的SBS和SBR分别对改性乳化浅色沥青1d和5d储存稳定性的影响,结果见图1所示。

图1 改性剂掺量对1d、5d储存稳定性的影响

从图1可知,随着SBS和SBR改性剂掺量的增加,改性乳化浅色沥青1d和5d储存稳定性差值呈递增趋势,蒸发残留物的差值越大,说明改性剂掺量越大,改性乳化浅色沥青的储存稳定性越差[8]。当掺量为2.5%～3.5%时,不同时间条件下的储存稳定性均符合规范要求,当掺量为3.5%～5%时,5d储存稳定性满足规范要求,但1d储存稳定性不符合规范要求。

3.2 不同改性剂用量对乳化浅色沥青性能分析

本文自制浅色沥青中SBS及SBR用量3%～5%范围内,都能满足改性浅色沥青结合料的技术性能,但随着SBS和SBR用量的增加,沥青结合料的黏度也不断增加,增加了乳化的难度。为此,本文在确定乳化剂CMK-50(2.0%)和稳定剂CaCl2(0.6%)最佳掺量后,通过改变SBS和SBR的用量,分析改性剂用量对改性乳化浅色沥青性能的影响,从而确定改性乳化浅色沥青中SBS、SBR的最佳用量。试验结果见表3和图2所示。

表3 不同改性剂掺量对乳化沥青储存稳定性和技术性能影响

图2 改性剂掺量对乳化沥青蒸发残留物三大指标影响

由图2可知,随着改性剂掺量的增加,改性乳化浅色沥青结合料的针入度逐渐减小,软化点和延度呈现出不同程度的增长。在改性剂掺量为2.5%～5%时,改性乳化浅色沥青表现出最好的高低温性能;在改性剂掺量为2.5%～5%时,延度增长速率最快;当掺量为3.5%时,5度延度达到42.8cm,表现出优良的低温性能。

基于不同掺量的SBS和SBR改性剂在三大指标和储存稳定性的测试结果,当改性剂掺量为3.5%时,改性乳化浅色沥青结合料的高低温性能和储存稳定性在不同改性剂掺量范围内表现出最优的性能。因此,改性剂(SBS和SBR)最佳掺量取为3.5%。

3.3 复合改性乳化浅色沥青技术指标

本文自制改性乳化沥青的组分配合比如表4所示。在此基础上结合前文乳化沥青制备工艺和参数,制备浅色改性乳化沥青,经筛上剩余量检测试验、蒸发残留物含量及其试验、黏度及其试验、储存稳定性及其试验,测定浅色改性乳化沥青技术指标表见表4所示。

表4 自制浅色改性乳化沥青组分配合比

经上述实验,得到改性乳化沥青技术指标表,见表5所示。

表5 浅色改性乳化沥青技术指标表

由表5可知,基于本研究所采用的制备复合改性乳化沥青,通过控制变量法对不同掺量改性剂等制备的复合改性乳化浅色沥青结合料的性能均满足乳化沥青规范要求。乳化沥青蒸发残留物的软化点为59.2℃,延度(5℃)为42.8,满足2005年交通部公路司《微表处和稀浆封层技术指南》规定:炎热地区、重载交通道路及用于填补车辙时,BCR蒸发残留物的软化点应不低于57℃。由此可见,本文自制改性乳化浅色沥青满足夏季高温和冬季低温的要求。

4 结论

通过不同掺量复合改性剂对乳化浅色沥青性能分析,采用蒸发残留物的三大指标和储存稳定性等指标对复合改性乳化浅色沥青结合料进行综合评价,并得出以下结论:(1)当掺量为2.5%～3.5%时,不同时间条件下的储存稳定性均符合规范要求;(2)当改性剂掺量为3.5%时,改性乳化浅色沥青结合料的高低温性能和储存稳定性在不同改性剂掺量范围内表现出最优的性能,并且满足稀浆封层乳化浅色沥青的规范指标。