陳松，李福起，裴曉光，韓凌

（中海油（青島）重質(zhì)油加工工程技術(shù)研究中心有限公司，山東青島266500）

工程師園地

加熱型瀝青路面灌縫膠的研究

陳松，李福起，裴曉光，韓凌

（中海油（青島）重質(zhì)油加工工程技術(shù)研究中心有限公司，山東青島266500）

本文以綏中36-1基質(zhì)瀝青為原料，考察了2種改性劑、2種相容劑對加熱型瀝青路面灌縫膠性能的影響。結(jié)果表明，改性劑與相容劑的種類、添加量以及改性劑復(fù)配比例對灌縫膠的性能有較大的影響。在此基礎(chǔ)上，研制出適用于嚴(yán)寒地區(qū)的加熱型瀝青路面灌縫膠。

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)；路面裂縫；改性瀝青；相容劑；復(fù)配改性劑

加熱型瀝青路面灌縫膠目前已廣泛應(yīng)用于高等級公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作中。通過對路面裂縫的早期修補(bǔ)能夠有效的延緩路面病害發(fā)生，推遲翻修、重建的時(shí)間，延長路面使用壽命，從而以有限的投入獲得更大的路面服役能力[1-4]。

國外對路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)材料的研究起步較早，目前，已經(jīng)建立了完整的路面裂縫修補(bǔ)施工技術(shù)方案以及路面裂縫修補(bǔ)材料的性能評價(jià)體系[5-7]。我國于二十世紀(jì)90年代中后期開始引進(jìn)瀝青路面灌縫技術(shù)，應(yīng)用于高等級道路的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作，并獲得顯著收效[3]。目前，我國公路管理部門以及材料供應(yīng)商在引進(jìn)國外高性能材料和先進(jìn)的施工技術(shù)以外，全都將目光投向了新材料、新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。隨著人們預(yù)防性養(yǎng)護(hù)觀念的建立以及我國公路工程方面工作由新建向養(yǎng)護(hù)維修轉(zhuǎn)移，對灌縫材料的需求量和產(chǎn)品質(zhì)量均有大幅度提高，所以對高性能灌縫材料的開發(fā)仍然是廣大公路材料研發(fā)人員在今后一段時(shí)期內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)[8-11]。

本文利用聚合物改性劑復(fù)配的方式對綏中36-1基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，考察了改性劑、相容劑的種類、加入量以及改性劑復(fù)配比例等因素對灌縫膠性能的影響，制備了符合JT/T 740-2009質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并且適用于嚴(yán)寒地區(qū)的加熱型瀝青路面灌縫膠。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

本試驗(yàn)所用基質(zhì)瀝青為中海油（青島）重質(zhì)油加工工程技術(shù)研究中心有限公司生產(chǎn)的中海油36-1 AH-90，基質(zhì)瀝青的性質(zhì)見表1，兩種相容劑C1、C2為富含芳烴餾分油，其組分分析見表2，兩種改性劑M1、M2均為高分子合成材料，其中M1屬于熱塑彈性體改性劑，M2屬于橡膠類改性劑。

1.2 灌縫膠的制備

本試驗(yàn)中灌縫膠制備過程如下：按照一定比例將基質(zhì)瀝青與相容劑混合均勻，緩慢升高溫度至160℃，在高速攪拌的條件下加入改性劑，再升高溫度到190℃，在此溫度下繼續(xù)高速攪拌，待改性劑在瀝青與相容劑體系中得到充分分散、溶脹后，取樣分析。

表1 基質(zhì)瀝青性質(zhì)Tab.1 Performance of base asphalt

表2 相容劑性質(zhì)Tab.2 Performance of compatibilizers

1.3 灌縫膠的質(zhì)量指標(biāo)

本試驗(yàn)以JT/T 740-2009《橡膠瀝青灌縫膠》中要求的25℃錐入度、軟化點(diǎn)、60℃流動(dòng)值、25℃彈性恢復(fù)率以及-30℃低溫拉伸5個(gè)檢測項(xiàng)目來考察所制備的瀝青路面灌縫膠的性能。該標(biāo)準(zhǔn)按照不同的適用條件將灌縫膠產(chǎn)品分成4種類型，技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 加熱型瀝青路面灌縫膠質(zhì)量指標(biāo)Tab.3 Specification ofhot-applied sealant for pavement

2 結(jié)果與討論

2.1 不同類型改性劑對灌縫膠性能的影響

加熱式瀝青路面灌縫膠主要用于路面裂縫的修補(bǔ)，因此，與作為面層鋪筑的重交瀝青和改性瀝青在技術(shù)指標(biāo)上存在較大的差別。在路面養(yǎng)護(hù)中，灌縫膠的作用是對裂縫的密封，阻止雨雪對基層損害，所以它需要具有良好的粘結(jié)性能以及抗變形能力。目前，高等級公路上最常見的橫向裂縫大多是因?yàn)闅鉁氐淖兓鴮?dǎo)致的溫縮裂縫，可見對于灌縫材料來說，要有足夠的高溫抗變形能力和低溫下與瀝青混凝土的粘結(jié)性能。除此之外，為了適應(yīng)裂縫形狀隨著溫度以及荷載的變化而發(fā)生的改變，灌縫材料還要具有一定的彈性恢復(fù)能力。

目前，橡膠、熱塑彈性體以及熱塑性樹脂等大多數(shù)的合成材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于改性瀝青的制備，憑借出色的力學(xué)性能能夠大幅度提高改性后瀝青的性質(zhì)。本試驗(yàn)分別選取兩種改性瀝青制備過程中常用的改性劑M1、M2對基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，并按照灌縫膠的技術(shù)要求，對比兩種改性劑對高溫抗變形能力、低溫粘結(jié)性能以及彈性變形能力的影響，結(jié)果見表4。

表4 不同改性劑灌縫膠的性能Tab.4 Performance of variation asphaltwithmodifier

由表4可知，加入改性劑后錐入度降低，軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)率以及-30℃拉伸斷裂最大位移均有提高，可見本試驗(yàn)中選擇的兩種改性劑對灌縫材料所要求的性能有改善的作用。

高溫性能改性效果：M1＞M2；抵抗彈性形變性能改性效果：M1＞M2；低溫粘結(jié)性能改性效果：M1＞M2，即熱塑彈性體改性劑M1在加熱型路面灌縫膠材料的制備過程中作用優(yōu)于橡膠類改性劑M2，下面以M1作為改性劑考察兩種相容劑對灌縫材料的性能影響。

2.2 相容劑對灌縫膠性能的影響

相容劑是改性瀝青制備中常用的一種添加劑，向基質(zhì)瀝青中調(diào)入相容劑能夠改善原瀝青中的組分配比，有助于提高改性劑與基質(zhì)瀝青的相容性，從而使聚合物的性能更好的體現(xiàn)在改性瀝青中。通過前面試驗(yàn)已知，加入改性劑后錐入度降低，瀝青塑性變差，并且改性劑加入量較大難以在瀝青中均勻分散，故在前面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上分別向M1、M2改性的瀝青中加入相容劑C1，考察相容劑的加入對改善灌縫膠的塑性以及低溫粘結(jié)性的作用，結(jié)果見表5。

表5 灌縫膠低溫性能Tab.5 Low temperature performanceof sealant

由表5可知，通過調(diào)和相容劑能夠改善灌縫膠低溫抗拉伸能力，這是由于加入相容劑一方面改善了聚合物改性劑與基質(zhì)瀝青的相容性，使得改性劑溶脹更加充分，分散更加均勻；另一方面相容劑在低溫延伸性方面優(yōu)于基質(zhì)瀝青，替代一部分基質(zhì)瀝青后可以提高灌縫膠的延伸性能，改善低溫拉伸性能。下面考察了兩種相容劑C1、C2在不同添加量的條件下對灌縫膠性能的影響，見圖1～5。

圖1 相容劑添加量對灌縫膠錐入度的影響Fig.1 Cone penetration ofvariation asphaltwith contentof compatibilizer

圖2 相容劑添加量對灌縫膠軟化點(diǎn)的影響Fig.2 Softening pointofvariation asphaltwith contentof compatibilizer

圖3 相容劑添加量對灌縫膠流動(dòng)值的影響Fig.3 Flow ofvariation asphaltwith contentof compatibilizer

圖4 相容劑添加量對灌縫膠彈性恢復(fù)率的影響Fig.4 Resilience ofvariation asphaltwith contentof compatibilizer

圖5 相容劑添加量對灌縫膠低溫粘結(jié)性的影響Fig.5 Bond of variation asphaltwith contentof compatibilizer

由圖可見，相容劑的加入能夠明顯提高灌縫膠的錐入度，相同條件下加入C1比C2提高錐入度幅度大；與錐入度規(guī)律一致，相容劑的加入使得軟化點(diǎn)降低，并且在等量條件下C1比C2的軟化點(diǎn)更低；C2對灌縫膠的流動(dòng)值影響較小，當(dāng)C2在0～100%范圍內(nèi)增加時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果均沒有超過5mm，C1在添加量大于75%時(shí)流動(dòng)值超過標(biāo)準(zhǔn)要求的5mm，從組分分析結(jié)果看C2的重組分含量高，可能是導(dǎo)致高溫性能較好的原因；隨著相容劑添加量的增加，兩組試驗(yàn)的彈性恢復(fù)率均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，這是由于相容劑加入量低的條件下灌縫膠主要呈現(xiàn)的是基質(zhì)瀝青的塑性，形變后難以恢復(fù)，隨著加入量提高，聚合物得到了充分的溶脹，此時(shí)主要呈現(xiàn)聚合物的彈性特征，進(jìn)一步增大相容劑的添加量由于相容劑作為軟組分使得灌縫膠的錐入度迅速增加，從而彈性特征又轉(zhuǎn)為塑性特征；通過比較兩種相容劑對灌縫膠低溫拉伸性能的影響，可以看出相容劑C1對增加低溫拉伸最大位移作用更加明顯。綜上所述，在灌縫膠改性方面，輕組分含量高的C1對低溫性能方面貢獻(xiàn)高，而重組分含量高的C2對高溫性能方面貢獻(xiàn)高，本文為了制備適用于嚴(yán)寒地區(qū)使用的灌縫膠，故在后面的試驗(yàn)中選取C1作為相容劑。

2.3 聚合物改性劑含量對灌縫膠性能的影響

通過前面試驗(yàn)確定出改性劑M1、相容劑C1對基質(zhì)瀝青的改性效果較好，故在相容劑C1與基質(zhì)瀝青質(zhì)量比為1∶1的條件下，考察改性劑M14種添加量下對灌縫膠性能的影響，結(jié)果見表6。

表6 不同M1加入量灌縫膠的性能Tab.6 Performance of variation asphaltwith content ofM1

由表6可知，隨著改性劑M1添加量增加，錐入度降低，軟化點(diǎn)升高，彈性恢復(fù)率升高。4組試驗(yàn)樣品高溫性能均非常出色，流動(dòng)值為0mm，同時(shí)低溫指標(biāo)也均滿足規(guī)范要求值，但彈性恢復(fù)率的數(shù)值卻超過上限要求值，這樣材料自身的內(nèi)聚力過高，使用過程中容易與瀝青路面分離，嚴(yán)重者會(huì)造成灌縫粘結(jié)處瀝青混凝土開裂。這是由于熱塑彈性體改性劑M1在改性過程中交聯(lián)成為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連續(xù)相，使得改性瀝青在整體上具有了彈性體的特征，所以大大提高了高、低溫使用性能，但也使得彈性恢復(fù)率升高。橡膠類改性劑M2在改性機(jī)理方面有別于熱塑彈性體改性劑M1，通過自身的溶脹而成為連續(xù)相，改性瀝青的性能大部分依靠改性劑的特性，故在高溫、低溫以及彈性性能方面均低于M1，可見單獨(dú)使用M1、M2均無法得到所有指標(biāo)均滿足要求的產(chǎn)品，下面考慮兩種改性劑復(fù)配對灌縫膠產(chǎn)品性能的影響。

2.4 復(fù)配改性劑對灌縫膠性能的影響

在相容劑C1與基質(zhì)瀝青質(zhì)量比為1∶1的條件下，分別考察加入10%M1、35%M2、10%M1+35%M2改性后的瀝青性能，結(jié)果見表7。

表7 不同比例M1與M2灌縫膠的性能Tab.7 Performance of variation asphaltwith ratio of M1to M2

由表7可知，通過M1與M2復(fù)合改性能夠保留原有的高溫抗流動(dòng)性以及低溫粘結(jié)性，同時(shí)M2作為填充物也可以在一定程度上減弱原有材料的彈性恢復(fù)率指標(biāo)，調(diào)節(jié)添加劑適當(dāng)?shù)谋壤梢缘玫綕M足JT/T 740-2009《橡膠瀝青灌縫膠》技術(shù)指標(biāo)要求的嚴(yán)寒型產(chǎn)品。

3 結(jié)論

（1）制備瀝青路面灌縫膠的過程中，兩種聚合物改性劑對產(chǎn)品性能貢獻(xiàn)排序，高溫性能：M1＞M2；抗彈性形變性能：M1＞M2；低溫粘結(jié)性能：M1＞M2，即熱塑彈性體改性劑M1在加熱型路面灌縫膠材料的制備過程中作用優(yōu)于橡膠類改性劑M2。

（2）在路面瀝青灌縫膠的制備過程中相容劑不僅起到改善材料延伸性的作用，而且與基質(zhì)瀝青調(diào)和增大了軟瀝青組分的比例，促進(jìn)聚合物改性劑的溶脹分散，從而得到理想的力學(xué)指標(biāo)。本試驗(yàn)所考察的兩種相容劑，添加輕組分含量高的C1得到的灌縫膠低溫性能較好，而添加重組分含量高的C2得到的灌縫膠高溫性能較好，在制備嚴(yán)寒地區(qū)使用的灌縫材料時(shí)宜采用輕組分含量高的相容劑。

（3）改性劑M1與M2復(fù)配制備灌縫膠能夠達(dá)到單獨(dú)使用M1改性制備灌縫膠的高溫抗變形性能與低溫拉伸性能，降低材料的彈性恢復(fù)率指標(biāo)。在相容劑添加量50%，改性劑M1加入量10%，改性劑M2加入量35%的條件下，得到了滿足JT/T740-2009標(biāo)準(zhǔn)要求的嚴(yán)寒型橡膠瀝青灌縫膠產(chǎn)品。

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Study on hot-app lied sealants for pavem ent

C HEN Song,L I Fu-qi,P EI Xiao-guang,H AN Ling
（Heavy Oil Process Engineering&Technology Research Center Co.,Ltd.,CNOOC（Qingdao），Qingdao 266500，China）

s：This paper studied the performance of hot-applied sealant,which was modified by 2 kinds of modifier and 2 kinds of compatibilizers from Suizhong 36-1 base asphalt.The results showed that the properties of the sealant have a significant relationship with the kind and content of additives,ratio between in the constituent the compound modifiers.On this basis,hot-applied sealant for cold regionswas developed.

pavement preventive maintenance；pavement crack；modified asphalt；compatibilizer；compound modifier

U416.217

A

1002-1124（2014）07-0061-04

2014-05-20

陳松（1985-），男，漢族，河北省石家莊人，2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京），化學(xué)工程專業(yè)，碩士研究生，現(xiàn)就職于中海油（青島）重質(zhì)油加工工程技術(shù)研究中心有限公司，主要從事石油瀝青技術(shù)研究工作。