王富強(qiáng) 李衛(wèi)寧

文章選用SBS、PAV、環(huán)氧樹脂三種不同類型的改性材料，制備了七種不同摻量的改性瀝青進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究其粘附性、高溫穩(wěn)定性能和耐腐蝕性能，旨在制備高性能瀝青以滿足濕熱地區(qū)薄層罩面的路用要求。研究結(jié)果表明：復(fù)摻3% SBS+3% PVA+4%水性環(huán)氧樹脂改性瀝青的綜合性能優(yōu)于其他摻入方案，推薦采用。

改性材料;高性能瀝青;耐腐蝕

U416.217A020043

基金項(xiàng)目：

2021年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目

（2021KY1138）;2019年度廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究重點(diǎn)課題

（JZY2019KAZ06）

作者簡(jiǎn)介：

王富強(qiáng)（1971—），工程師，在職研究生，主要從事建筑材料研究工作;

李衛(wèi)寧（1974—），教授，碩士，主要從事再生混凝土材料研究工作。

0 引言

薄層罩面能夠在較短的施工周期內(nèi)修復(fù)道路的輕型病害，提高道路行駛安全和使用壽命，因此被越來越廣泛地應(yīng)用于公路工程中。濕熱地區(qū)全年高溫時(shí)間長(zhǎng)、降雨分布集中，則要求使用更高性能的改性瀝青，避免薄層罩面過早損壞。本文選用SBS、PAV、環(huán)氧樹脂三種不同類型的改性材料，由基質(zhì)瀝青與一種或一種以上改性材料混合進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究其性能，旨在制備高性能瀝青乳液滿足濕熱地區(qū)薄層罩面的路用要求。研究結(jié)果可為以后的實(shí)際工程和進(jìn)一步的理論研究提供參考。

1 原材料及制備

1.1 原材料

本文以中石油重交瀝青70#為基質(zhì)瀝青，由基質(zhì)瀝青與一種或一種以上改性材料混合，配制高性能改性瀝青，進(jìn)而進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究其路用性能?；|(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

1.2 制備

基質(zhì)瀝青與改性材料混合方法和混合順序?qū)Ω男詾r青的性能有重要影響，本次試驗(yàn)研究中采用先改性后乳化的制備方法。首先用乳化機(jī)將常溫下的改性材料和熱乳化劑溶液（60 ℃～70 ℃）進(jìn)行混合，然后立即將混合物和熔融瀝青（120 ℃～130 ℃）放入相容劑中，按指定剪切時(shí)間進(jìn)行剪切攪拌，取出后發(fā)育一定時(shí)間，制備完成。

2 試驗(yàn)方法與結(jié)果分析

2.1 粘附性和高溫穩(wěn)定性能試驗(yàn)

按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)T0604-2011、T0606- 2011對(duì)乳化瀝青進(jìn)行粘附性、高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表2及圖1、圖2所示。

表2及圖1結(jié)果表明，改性瀝青的針入度較基質(zhì)瀝青和未改性乳化瀝青有所提高。環(huán)氧樹脂、SBS、PAV三種改性材料均提高了乳化瀝青的針入度和軟化點(diǎn)。表2、圖1及圖2結(jié)果表明，無論SBS為10%或3.0% ，隨著SBS摻量的增大，都呈現(xiàn)出針入度增大、軟化點(diǎn)升高的變化趨勢(shì)，表明SBS摻量增大，瀝青粘附性和高溫穩(wěn)定性逐漸提高。對(duì)于單摻改性材料，SBS從0%增加到10%時(shí)較其他單摻改性材料粘附性和高溫穩(wěn)定性提高64%和55%。對(duì)于復(fù)摻改性材料，無論水性環(huán)氧樹脂為5.0%或4.0% ，隨著SBS摻量的增大，都呈現(xiàn)針入度增大、軟化點(diǎn)升高的變化趨勢(shì);隨著PVA摻量的增大，都呈現(xiàn)針入度減小、軟化點(diǎn)降低的變化趨勢(shì)。

這是由于水性環(huán)氧樹脂具有良好的黏性而SBS具有良好的柔韌性;環(huán)氧樹脂與 SBS相互作用形成空間網(wǎng)絡(luò)，制約了乳化瀝青顆粒的位移和乳化瀝青膠體的流動(dòng)，因此均可改善其粘附性和高溫穩(wěn)定性能。而PVA的加入使瀝青中的飽和酚及膠質(zhì)減少，瀝青質(zhì)增加，芳香酚幾乎不變，外觀上表現(xiàn)為瀝青變硬且流動(dòng)性變小，導(dǎo)致針入度、軟化點(diǎn)降低。

對(duì)比以上三種改性材料分析可知，單摻SBS和復(fù)摻SBS+PVA+水性環(huán)氧樹脂的針入度和軟化點(diǎn)相差不大，在同時(shí)滿足技術(shù)要求的情況下考慮成本應(yīng)優(yōu)先選用SBS+PVA+水性環(huán)氧樹脂復(fù)合改性瀝青。

2.2 耐腐蝕性試驗(yàn)

瀝青路面長(zhǎng)期裸露在大自然中，大量的汽車尾氣及生活使用煤使大氣中氮氧化物含量逐年提升，雨水的pH值大部分為酸性。水、空氣及路面上汽車燃油和機(jī)油撒漏等綜合作用，使瀝青路面粘結(jié)力降低，路面使用壽命縮短。

基于以上原因，試驗(yàn)制備試件與表2材料用量相同，所有試件的初始重量均為2.5 g±0.1 g。將試件分別浸泡在75 ml煤油和75 ml 5%鹽酸的燒杯中，以檢驗(yàn)其耐腐蝕性。按時(shí)間間隔分別為10 min、20 min、40 min、60 min、90 min和120 min，從浸泡溶液中取出試件，用濾紙沁干，隨后稱重。試驗(yàn)結(jié)果如表3及圖3、圖4所示。

根據(jù)式（1）計(jì)算重量損失比：

Rwt=Wi（t）/W0（1）

式中：

Rwt——重量損失比（%）;

Wi（t）——浸泡時(shí)間 t（min）時(shí)試樣的重量（g）;

W0——初始重量（g）。

耐腐蝕性試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。

表3及圖3、圖4結(jié)果表明，對(duì)于所有樣本的Rwt隨浸泡時(shí)間增長(zhǎng)而減小。

在煤油浸泡120 min后，單摻改性材料的Rwt為50%～70%;復(fù)摻改性材料的Rwt為75%～85%。復(fù)摻SBA+PVA+環(huán)氧樹脂后Rw較未改性提高了88%。改性材料在煤油中的重量損失是由于改性材料和瀝青的相互作用，瀝青分子有部分?jǐn)U散滲入到改性材料顆粒中。煤油可溶于瀝青組分中的芳烴和飽和烴，但其中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)幾乎不溶于煤油，因此并不是所有的瀝青分子都能夠完全擴(kuò)散滲入到改性材料顆粒中，仍然保留較高重量比的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。Rwt值表明摻入改性材料可提高改性瀝青的耐燃性能為82%～88%。

在5%鹽酸中浸泡120 min后，單摻改性材料的Rwt為45%～65%;復(fù)摻改性材料的Rwt為90%～95%。復(fù)摻SBA+PVA+環(huán)氧樹脂后Rw較未改性提高了93%。當(dāng)改性材料與瀝青混合，改性材料中的聚合物顆粒吸附瀝青中的油分，基質(zhì)瀝青部分油分因?yàn)槲蕉兊谜吵?。鹽酸作用下瀝青質(zhì)含量增大、芳香酚含量減小，飽和酚和膠質(zhì)含量基本不變。Rwt值表明摻入改性材料可將改性瀝青的耐酸性能提高87%～93%。

3 結(jié)語

本文以 SBA、 PVA、環(huán)氧樹脂三種不同類型的聚合物為原料，制備了七種不同摻量的改性瀝青。上述研究與分析可知單摻或復(fù)摻改性材料的影響如下：

（1）在乳化瀝青中按不同摻量單摻或復(fù)摻改性材料均可改善改性瀝青的粘附性和高溫穩(wěn)定性。

（2）單摻 10% SBS和復(fù)摻3% SBS+3% PVA+4% 水性環(huán)氧樹脂改性瀝青，軟化點(diǎn)溫度從41 ℃分別提高到130 ℃和126 ℃。

（3）在煤油浸泡120 min后，復(fù)摻SBA+PVA+環(huán)氧樹脂后Rw較未改性提高了88%。Rwt值表明摻入改性材料可將改性瀝青的耐燃性能提高82%～88%。

（4）在5% 鹽酸中浸泡120 min后，復(fù)摻SBA+PVA+環(huán)氧樹脂后Rw較未改性提高了93%。Rwt值表明摻入改性材料可將改性瀝青的耐酸性能提高87%～93%。

（5）對(duì)比以上三種改性材料分析可知，復(fù)摻3% SBS+3% PVA+4% 水性環(huán)氧樹脂改性瀝青綜合性能優(yōu)于其他摻入方案，推薦采用。

[1]李衛(wèi)寧，王富強(qiáng)，復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下再生混凝土多軸試驗(yàn)研究[J]，西部交通科技，2014（9）：65-69.

[2] 王富強(qiáng)，陽利君，莫品疆.提高花崗巖瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)研究[J].公路，2020（11）：328-330.

[3] 王富強(qiáng)，李衛(wèi)寧.PVA纖維與鋼纖維對(duì)剛性路面路用性能的影響研究[J].西部交通科技，2020（10）：6-8.

[4] 王富強(qiáng).耐候鋼橋典型表面腐蝕層厚度的試驗(yàn)研究[J].西部交通科技，2020（9）：91-93.

[5] 張海波，王富強(qiáng).基于ANN預(yù)測(cè)模型快速檢測(cè)改性瀝青SBS含量的方法研究[J].西部交通科技，2020（7）：1-3.