李強，儲昭勝，羅宵，黃紹龍，黃修林

(1.武漢市市政建設集團有限公司,湖北 武漢 430023；2.湖北大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430062; 3.武漢市市政建設科研有限公司，湖北 武漢 430024)

0 引言

21世紀以來,伴隨著大規(guī)模的基礎建設投入，我國高等級公路和城市快速路發(fā)展迅猛.2018年末，我國公路里程達470萬公里，其中高速公路通車里程已突破14萬公里[1].隨著公路里程的不斷增加和公路使用強度的不斷提升，道路預防性養(yǎng)護變得愈發(fā)重要.改性乳化瀝青是一種將瀝青進行改性和乳化而得到的重要化工產品，集改性瀝青和乳化瀝青的優(yōu)點于一體，在道路養(yǎng)護工程中，具有廣闊的應用前景[2].SBS是一種優(yōu)良的改性劑，常見于改性乳化瀝青領域[3-5].研究發(fā)現(xiàn)，其作為改性劑時，摻量低于3%，改性瀝青能很好被乳化，但改性效果不佳[6-7]；摻量為3%～5%時，改性乳化瀝青被很好地乳化，但穩(wěn)定性差；隨著摻量增加，乳化難度隨之提高.高速公路建設對路面的要求越來越高,在一些情況下，SBS含量低于5%就難以滿足高等級路面的要求.目前，改性乳化瀝青較為廣泛地應用于瀝青路面的預防性養(yǎng)護，其可顯著改善路面的表面功能，減輕路面的水損壞程度，提高行車安全性，延長使用壽命[8-9].

為進一步研發(fā)性能更加優(yōu)良的乳化瀝青，本文中自制高固含量SBS膠乳，并以其作為改性劑研制高摻量SBS改性乳化瀝青.SBS膠乳的制備既解決了與瀝青相溶性差的問題同時也節(jié)約了能耗和時間，高摻量SBS改性乳化瀝青性能優(yōu)良，是道路路用性能全面提升的必要材料.

1 實驗

1.1實驗原料及設備

實驗原料：

環(huán)己烷(純)：太倉滬試試劑有限公司生產；

SBS：分子量為10萬～40萬，線型結構，型號為SBS-792;

CMK-6：新鄉(xiāng)市龍騰路用材料有限公司;

CM-251：天津康澤威科技有限公司生產;

op-10：天津康澤威科技有限公司生產;

有機穩(wěn)定劑：上海源榮化工有限公司生產，摻量0.03%;

70#基質瀝青:泰富瀝青廠提供，其基本性能如表1所示.

表1 70#基質瀝青技術指標

圖1 高固含量SBS膠乳制備技術路線示意圖

實驗設備：剪切機(弗蘭克)、減壓蒸餾裝置一套，乳液激光粒徑分析測試儀、乳液機械穩(wěn)定性測定儀、布氏粘度計、動力粘度測試儀，膠體磨一臺，烘箱，軟化點儀、針入度儀、延度儀等，實驗其他輔助設備若干.

1.2實驗方法

1.2.1 高固含量SBS膠乳制備技術路線 根據前期大量實驗，首先選用環(huán)己烷作為溶劑，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有毒溶劑甲苯，與SBS按照一定比例配置SBS溶液；另配置皂液(其中乳化劑選擇CM-251∶0P-10=7∶3復配)，控制溫度在65～70 ℃，低速剪切，約3 000轉，隨之加SBS溶液，加速剪切至8 000轉，乳化后加入穩(wěn)定劑；最后，通過減壓蒸餾回收環(huán)己烷，提純SBS乳液[10].

圖2 高摻量SBS改性乳化瀝青制備技術路線

1.2.2 高摻量SBS改性乳化瀝青制備技術路線 首先，將基質瀝青在烘箱中加熱到135 ℃左右4 h備用.其次按照一定配比配置皂液，其中乳化劑選擇CMK-6，最佳摻量待下文研究，溫度控制在60～70 ℃.然后皂液與定量SBS膠乳第一次過膠體磨.接著將混合液與加熱好的瀝青第二次過膠體磨.最后將制備的SBS改性乳化瀝青經冷卻后倒入儲存罐，待測性能.

2 實驗結果及分析

2.1 固含量對SBS膠乳的性能影響試配30%，40%，50%，60%固含量下的SBS膠乳，分別記為A、B、C、D組.其性能如表2所示.

表2 不同固含量下SBS膠乳的性能

由表2可以看出，D組SBS乳液直接破乳，在一定固含量范圍內，SBS膠乳都可以很好地乳化，穩(wěn)定性也好，但固含量高達60%時，SBS膠乳體系不穩(wěn)定，容易破乳，表層結皮，本研究可以制備出固含52.2%的SBS膠乳，高于市場SBS膠乳一般為40%的固含量.

實驗制備的SBS膠乳粘度小，粒徑小，有利于提升所得乳液體系的穩(wěn)定性能；密度接近水，不會產生分層，各項性能穩(wěn)定，滿足行業(yè)要求.

2.2 CMK-6乳化劑用量對SBS改性乳化瀝青的影響基于本文中所制備的高固含量SBS膠乳，70#基質瀝青，陽離子型乳化劑CMK-6，采用二次熱混合法制備高摻量SBS改性乳化瀝青.設計制備乳化瀝青固含量為55%，SBS膠乳摻量為基質瀝青的8%.配合比見表3.

表3 SBS膠乳改性乳化瀝青配合比

上述數據均為質量分數

不同量乳化劑下對SBS改性乳化瀝青的性能指標的影響規(guī)律如圖3～圖8所示.

圖3 乳化劑用量對篩余量的影響

圖4 乳化劑用量對軟化點的影響

由圖3可知隨著乳化劑的增加，乳化程度越高，粒徑越分散，顆粒越小，篩余量降低,當乳化劑用量為2.5%時，篩余量最低.由圖4和5可得，隨著乳化劑的增加，乳化瀝青殘留物軟化點和延度均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，當乳化劑含量超過一定范圍后，殘留的乳化劑分子會抑制乳化瀝青破乳后的瀝青分子間地相互融合，會影響蒸發(fā)殘留物性能[11].由圖6和圖7可得隨著乳化劑的增加，殘留物針入度呈上升趨勢，動力粘度略有上升最終穩(wěn)定，說明SBS膠乳摻量才是影響粘度的關鍵因素.由圖8可得，隨著乳化劑含量增加，存儲穩(wěn)定性先減小后趨于穩(wěn)定.綜合可得，CMK-6乳化劑對SBS膠乳改性瀝青具有良好的乳化效果，最佳用量為2.5%，此時綜合性能最優(yōu).

圖5 乳化劑用量對延度的影響

圖6 乳化劑用量對針入度的影響

圖7 乳化劑用量對動力粘度的影響

圖8 乳化劑用量對存儲穩(wěn)定性的影響

2.3 SBS膠乳摻量對SBS改性乳化瀝青的影響由2.2可知制備高摻量SBS改性瀝青的乳化劑CMK-6的最佳用量為2.5%，在此條件下，探究不同SBS膠乳摻量下的改性乳化瀝青的性能，如表4所示.

表4 不同SBS摻量下的改性乳化瀝青的性能

由表4所示，SBS膠乳的摻量從10%上升至13%時，SBS膠乳改性乳化瀝青均容易乳化，且隨著SBS膠乳含量增加，殘留物延度、軟化點和60 ℃動力粘度逐漸上升，SBS改性乳化瀝青的高低溫性能優(yōu)良，粘度高.但SBS膠乳超過14%時，乳化困難，即使能乳化，很快也會由于體系不穩(wěn)定，水-瀝青界面膜破乳，瀝青分子聚集，發(fā)生沉降離析.當SBS膠乳摻量為13%時，軟化點高達82 ℃，5 ℃延度為42.2 cm，動力粘度大于20 000 Pa·s，以此SBS改性乳化瀝青作為膠結料，可廣泛應用于高粘磨耗層，高粘微表處，粘層油等，對道路養(yǎng)護技術的開發(fā)推廣具有重要意義.

3 結論

為了提高SBS在改性瀝青中的摻量，從而提升瀝青性能，本文中首先制備SBS膠乳，然后采用邊乳化邊改性工藝制備SBS改性乳化瀝青，探究乳化劑CMK-6的最佳摻量和SBS膠乳的最高摻量，得出以下結論：

1)制備的SBS膠乳固含量高，可高達52.2%，粘度小，粒徑小，乳液體系均勻，不易破乳；

2)對于SBS膠乳改性瀝青，CMK-6型乳化劑具有良好的乳化效果，最佳用量為2.5%，此時綜合性能最優(yōu).

3)制得SBS改性乳化瀝青摻量SBS膠乳摻量可高達13%，蒸發(fā)殘留物軟化點高達82 ℃，5 ℃延度為42.2 cm，60 ℃動力粘度大于20 000 Pa·s，以此高性能高摻量SBS改性乳化瀝青為膠結料可廣泛應用于道路養(yǎng)護工程.