王志福

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 微表處養(yǎng)護技術(shù)

1.1 技術(shù)特征

改性乳化瀝青是微表處養(yǎng)護技術(shù)的重要原材料，其將礦料、集料聚合物改性乳化瀝青、添加劑和水按照特定比例拌和后攤鋪到路面表層，以彌補路面微小缺陷，提高摩擦，減少路面松散[1]。最終達到延緩路面老化提高路面使用性能的目的。

1.2 使用范圍

微表處主要適用于路面松散或磨耗較為嚴重的情況；輕度橫向、縱向塊狀裂縫；輕、中度泛油或不平整路面以及滲水路面。但微表處不適宜裂縫較多，破損嚴重的路面修補。

2 SBR改性乳化瀝青原材料性能

2.1 瀝青

試驗采用韓國90號重交瀝青，其基本性能如表1所示。

表1 瀝青基本性能

2.2 乳化劑

選用A和B兩種慢裂快凝型陽離子瀝青乳化劑進行研究。其基本性能如表2、表3所示。

表2 乳化劑A基本性能

2.3 改性劑

考慮到改性劑陰、陽離子和瀝青的配伍性問題，選用進口SBR改性劑和國產(chǎn)SBR膠乳改性劑，二者均能夠與所選的乳化劑達成默契配合，其固含量分別為63%，60%。

2.4 pH調(diào)節(jié)劑

由于乳化瀝青中的乳化劑在特定范圍的pH條件下方能達到最佳溶解效果。由于本文選用的乳化劑是陽離子慢裂快凝型，其需要在酸性環(huán)境下方能達到良好的溶解相容效果[2]。因此，選用鹽酸作為pH調(diào)節(jié)劑，其有效物含量為36%～38%。

2.5 穩(wěn)定劑

由于改性乳化瀝青屬于復合熱力學欠穩(wěn)定體系，加上改性劑的加入，使其不穩(wěn)定性特征表現(xiàn)更為明顯，因此選用氯化鈣和聚乙烯醇作為穩(wěn)定劑，減緩凝聚速度，改善穩(wěn)定性能。

2.6 水

水作為瀝青分散介質(zhì)，選用水質(zhì)良好，透明無色無雜質(zhì)和異味，pH在6.0～8.5且硬度小于8度的飲用水作為溶劑。

3 皂液pH值影響

3.1 皂液的制備

采用無機穩(wěn)定劑氯化鈣和有機穩(wěn)定劑聚乙烯醇PVA制備皂液。首先將水加熱至70～80℃，然后加入PVA，攪拌冷卻至60～65℃，再加入氯化鈣，最后用鹽酸調(diào)節(jié)皂液的pH值。

3.2 皂液pH對乳化瀝青影響

在乳化瀝青中，由于乳化劑發(fā)揮良好的乳化效果的前提是保證一定的pH值范圍。由于不同乳化劑對皂液pH值最佳范圍不同，需要對其對應(yīng)的最佳pH，保證乳化劑充分溶解[3]。陽離子型慢裂快凝乳化劑在酸性環(huán)境下才能達到良好的乳化效果[4]。采用鹽酸調(diào)節(jié)皂液pH值，并對乳化瀝青各項性能指標進行測試，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 皂液pH對乳化瀝青影響試驗結(jié)果

從表3可知，皂液pH從1.5增大到4.0過程中，乳液的1 d儲存穩(wěn)定性和篩上剩余量都先降低后升高。因此，就這兩個指標而言，皂液pH值并非越大越好。當篩余量為最小值0.04%以及穩(wěn)定性為最好狀態(tài)的1.0時，其對應(yīng)的皂液pH值均為2.0。乳液的標準黏度隨著皂液pH值的增加逐漸增大，由此乳液的流動性能也有所下降。蒸發(fā)殘留物的軟化點和針入度受到皂液pH的影響較小，而延度卻以pH為2.0轉(zhuǎn)折點，在pH小于2.0時，殘留物的延度逐漸增大，pH超過2.0后，延度反而降低，這是由于pH過大，乳化劑的溶解不充分，使得顆粒物增多，導致延度降低。由此，皂液的pH直接影響乳化劑的溶解和分散，本文所對應(yīng)的條件，最佳pH為2.0。

4 穩(wěn)定劑劑量影響

由于改性乳化瀝青的穩(wěn)定性能較乳化瀝青更差，因此需要通過添加提高瀝青乳液穩(wěn)定性的穩(wěn)定劑，用于改善改性乳化瀝青儲存穩(wěn)定效果[5]。根據(jù)本文選擇的PVA和氯化鈣兩種穩(wěn)定劑進行試驗，并以兩種穩(wěn)定劑均在5種摻量下進行試驗，并測試改性乳化瀝青的性能，試驗結(jié)果如表4所示。

從表4可知，在不添加穩(wěn)定劑時，瀝青乳液中出現(xiàn)結(jié)團和凝聚的現(xiàn)象，而且流動性相對較差，添加0.2%穩(wěn)定劑后，其流動性明顯提高。從儲存穩(wěn)定性看，穩(wěn)定劑的加入，從最初的5.9%提高到0.4%。近乎未采用穩(wěn)定劑的12倍，但是從穩(wěn)定劑用量的增加幅度和放置1 d后的穩(wěn)定性看，0.2%的穩(wěn)定劑和0.5%的穩(wěn)定劑相比，其穩(wěn)定性降低了0.5%，雖然彼此而言已經(jīng)達到了0.5倍之多，但是和未摻穩(wěn)定劑的乳液相比，其變化幅度簡直微乎其微。再從標準黏度角度看，穩(wěn)定劑的加入，能夠明顯降低乳液的標準黏度，使其流動度增強。然而，由于穩(wěn)定劑主要是對乳液的流動度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，其引起的固體顆粒變化較小，因此篩余量雖然呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，蒸發(fā)殘留物的軟化點和針入度同樣受其影響不大，而延度則表現(xiàn)得十分明顯，穩(wěn)定劑的加入使延度大幅度迅速降低。綜合實驗結(jié)果可知，穩(wěn)定劑的最佳摻量為0.2%。

表4 穩(wěn)定劑劑量對乳化瀝青影響試驗結(jié)果

5 乳化劑種類影響

不同的乳化劑對瀝青的性能有所影響，由于瀝青標準黏度是評價乳化瀝青性能的重要指標，因此采用瀝青標準黏度、蒸發(fā)殘留物的黏韌性和韌性來評價乳化劑種類對其影響效果。試驗結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 乳化劑種類對標準黏度的影響

從圖1可知，隨著乳化劑摻量從0.8%增加到2.4%，乳化劑A和B的標準稠度變化趨勢基本相同，二者均隨著乳化劑摻量增加而降低，當乳化劑摻量為0.8%時，乳化劑A的標準黏度C25.3為43.1s，乳化劑B的標準黏度C25.3為35.3 s，二者相差7.8，當乳化劑摻量增加到1.2%時，二者差距最大值為10.4 s，此時乳化劑A的標準黏度是乳化劑B的1.46倍。當乳化劑摻量達到2.4%時，二者的標準黏度僅相差1.5 s。每個摻量下對應(yīng)的標準黏度，乳化劑A均大于乳化劑B，而從兩種乳化劑的原材料性能看，乳化劑A的比重、閃點、傾點、密度、黏度等指標均大于乳化劑B。

改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的黏韌性和韌性測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 乳化劑種類蒸發(fā)殘留物（黏）韌性影響

從圖2可知，無論是進口乳化劑還是國產(chǎn)乳化劑，二者在乳化瀝青蒸發(fā)殘留物性質(zhì)的黏韌性和韌性兩個指標上表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律。黏韌性先增大后降低，當乳化劑摻量為2.0%時，其黏韌性和韌性均達到最大值，黏韌性則均大于韌性。而國產(chǎn)乳化劑對韓國90號瀝青表現(xiàn)出了較好的乳化效果，并且和國產(chǎn)SBR改性劑達成良好的相容配伍效果。

6 改性劑種類影響

在改性乳化瀝青中，改性劑是最重要的組成成分，改性劑通常是用于降低瀝青針入度、提高軟化點、增加延度以及增大瀝青的彈性恢復等性能[6]。從感溫角度講，改性劑可以改善其溫度性能。而不同的改性劑種類對乳化瀝青的性能有所影響，針對進口SBR和國產(chǎn)SBR兩種改性劑對乳化瀝青性能的影響效果進行分析，并采用瀝青標準黏度進行評價。試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 改性劑種類對標準黏度的影響

由圖3可知兩種不同的SBR改性劑在相同摻量下的作用效果非常接近，隨著改性劑摻量從0.0%增加到5.0%，瀝青的標準黏度逐漸增大，當改性劑摻量為5.0%時，進口SBR改性劑所對應(yīng)的瀝青標準黏度為C25.3s 25.71，而國產(chǎn)的SBR膠乳改性劑所對應(yīng)的標準黏度為C25.3s 23.91。

7 SBR劑量影響

SBR作為改性劑摻入到乳化瀝青中使之成為改性乳化瀝青，其摻入劑量對乳化瀝青性能的影響十分明顯。本文選擇從0.0%～5.0%共6個檔次的SBR改性劑摻量來研究改性劑劑量對乳化瀝青的影響效果，并通過篩上剩余量、標準黏度、1 d儲存穩(wěn)定性以及蒸發(fā)殘留物的針入度、軟化點、延度、蒸發(fā)殘留物的黏韌性和韌性指標對改性乳化瀝青的綜合性能進行評價。試驗結(jié)果如表5、圖4所示，其中表5為國產(chǎn)SBR膠乳改性劑摻量對其性能的影響結(jié)果，而圖4則對比了國產(chǎn)SBR和進口SBR兩種改性劑對蒸發(fā)殘留物黏韌性和韌性的影響效果。

表5 國產(chǎn)SBR劑量對乳化瀝青性能影響試驗結(jié)果

從表5可知，隨著SBR膠乳改性劑摻量的增加，篩上剩余量逐漸增大，當改性劑摻量小于3.0%時，篩余量變化幅度不是很大，而當摻量達到4.0%時，篩余量瞬間增加到0.20%，相當于改性劑摻量為3.0%時的3倍左右。瀝青標準黏度隨著改性劑摻量的增加而增加，改性劑摻量越大，瀝青乳液的稠度更大，流動度隨之降低。不同改性劑摻量下的乳化瀝青1 d儲存穩(wěn)定性指標同樣隨著改性劑摻量的增加逐漸增大，改性劑摻量從0.0%增加到3.0%時，穩(wěn)定性變化逐漸增加，但是比較均衡平穩(wěn)，當改性劑摻量達到4.0%之后，1 d儲存穩(wěn)定性增大幅度較大。蒸發(fā)殘留物軟化點和針入度兩個指標受改性劑摻量的影響相對較小，隨著改性劑摻量的增加，針入度逐漸降低，軟化點逐漸升高。然而延度對改性劑摻量體現(xiàn)得十分敏感，當改性劑摻量為0.0%時，蒸發(fā)殘留物的延度僅為7.3 cm，當稍微增加一定量（0.1%）的改性劑之后，其延度立刻增大到82.9，當SBR改性劑摻量達到4.0%時，其延度已經(jīng)超過了150 cm。由此可以得出，在本文試驗條件下，國產(chǎn)SBR膠乳改性劑的最佳摻量為2.5%～3.0%。

為進一步評判不同類型及摻量的改性劑對瀝青性能的影響，對改性乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物進行黏韌性和韌性試驗。

圖4 SBR改性劑劑量對蒸發(fā)殘留物（黏）韌性影響

從圖4可知，隨著改性劑摻量的增加，進口和國產(chǎn)SBR兩種改性劑所對應(yīng)的蒸發(fā)殘留物的黏韌性和韌性均逐漸上升。然而，無論是黏韌性還是韌性，國產(chǎn)的SBR膠乳改性劑均稍微遜色于進口SBR改性劑。在摻量最大為5.0%時，進口SBR改性劑的黏韌性為 22.6 N·m，國產(chǎn) SBR膠乳改性劑僅為13.5 N·m。

因此，從改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的針入度、軟化點、延度等指標看，國產(chǎn)SBR改性劑的改性效果更佳，而從黏韌性和韌性指標看，進口SBR改性劑的效果更佳明顯，兩種改性劑各有優(yōu)勢。

8 結(jié)語

本文主要從改性劑、乳化劑的種類和摻量、皂液pH值以及穩(wěn)定劑劑量等方面針對微表處用改性乳化瀝青性能影響因素進行研究。主要得到以下幾點結(jié)論：

a）皂液的pH直接影響乳化劑的溶解和分散效果，進而對乳化效果的發(fā)揮和瀝青乳液的穩(wěn)定性能有影響，本文對應(yīng)條件的最佳pH為2.0。

b）穩(wěn)定劑的加入有利于增強瀝青的流動性和儲存穩(wěn)定性，其最佳摻量為0.2%。

c）乳化劑的種類影響較小，摻量反之。乳化瀝青標準黏度隨著摻量的增加逐漸降低，乳化劑摻量為2.0%時，黏韌性和韌性達到最大。

d）國產(chǎn)SBR對針入度、軟化點、延度等指標改性明顯，而進口SBR對（黏）韌性改善效果明顯。國產(chǎn)SBR膠乳改性劑最佳摻量為2.5%～3.0%。