謝邦柱

(山西省交通科技研發(fā)有限公司 太原市 030032)

0 引言

現(xiàn)階段瀝青路面快速修補(bǔ)料主要包括可以實(shí)現(xiàn)冷拌冷鋪的乳化瀝青混合料和溶劑型瀝青混合料兩類，但因前者自身為水溶液體系，難以在低于5℃的低溫環(huán)境中施工，且存放過程中易于破乳等不足，無法在坑槽修補(bǔ)中推廣應(yīng)用。溶劑型瀝青快速修補(bǔ)料可長時間存放，能夠在冬季較低溫度條件下施工，是我國瀝青路面快速修補(bǔ)用材料主要類型[1-2]。然而國內(nèi)對于低溫修補(bǔ)料的設(shè)計與性能評價體系并不完善，相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量無法兼顧施工和易性以及強(qiáng)度要求，同時修補(bǔ)后路面耐久性有待提升，修補(bǔ)后路面出現(xiàn)反復(fù)產(chǎn)生病害修補(bǔ)的問題[1-3]。

充分發(fā)揮SBR膠乳能夠顯著提升瀝青低溫延展性和C5石油樹脂改善瀝青高溫穩(wěn)定性和強(qiáng)度的優(yōu)勢，加之其可作為單組分改性劑使用[4-6]，無需與外摻固化劑復(fù)配，故本研究將二者協(xié)同用于瀝青改性，后溶于0#柴油，摻以少量抗剝落劑形成冷補(bǔ)液。通過測試改性瀝青三大指標(biāo)確定出石油樹脂的適宜摻量，并對不同石油樹脂摻量相應(yīng)冷補(bǔ)液的黏度、相應(yīng)冷補(bǔ)料的強(qiáng)度以及改性瀝青的車轍因子等指標(biāo)進(jìn)行了表征。

1 實(shí)驗

1.1 實(shí)驗原料

瀝青：齊魯石化70#基質(zhì)瀝青，三大指標(biāo)如表1所示。

表1 基質(zhì)瀝青基本指標(biāo)

改性劑1：SBR膠乳(淡黃色膠體)。

改性劑2：液態(tài)C5石油樹脂(黃色膠體)。

冷補(bǔ)液添加劑：稀釋劑(國標(biāo)0#柴油)、抗剝落劑B(購于江蘇某公司)。

1.2 改性瀝青制備

將基質(zhì)瀝青加熱到120～130℃，摻入占瀝青質(zhì)量3%的SBR膠乳，高速剪切30min，即得SBR改性瀝青；用于常規(guī)指標(biāo)測試復(fù)合改性瀝青制備時，在上述SBR改性瀝青中添加不同摻量石油樹脂即得復(fù)合改性瀝青。

1.3 冷補(bǔ)液制備

保持復(fù)合改性瀝青120℃，分別添加占瀝青質(zhì)量20%和1%的稀釋劑和抗剝落劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍吹美溲a(bǔ)液。

1.4 冷補(bǔ)混合料制備

冷補(bǔ)液與提前備好的集料拌和均勻，即得冷補(bǔ)混合料。

1.5 性能測試

1.5.1復(fù)合改性瀝青三大指標(biāo)、布氏旋轉(zhuǎn)黏度測試

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20—2011)的規(guī)定完成。

1.5.2冷補(bǔ)料初始強(qiáng)度馬歇爾試件的制備及測試

收集了2007年5月—2012年2月期間經(jīng)病理證實(shí)的8例原發(fā)于鼻竇、鼻腔IMT，其中男性5例，女性3例，無明顯性別優(yōu)勢；年齡28～60歲，年齡中位值40歲左右；出現(xiàn)癥狀到就診時間為3個月～3年，中位時間近12個月。臨床表現(xiàn)反復(fù)鼻塞打噴嚏，涕中帶血，流鼻血，面部腫脹、疼痛（脹痛、針刺痛、蟻行痛）,以及侵襲范圍不同表現(xiàn)相應(yīng)癥狀（眼脹痛、突眼、復(fù)視、聽力下降）。其中1例有鼻咽癌放療史、3例有鼻息肉術(shù)后史、2例有拔牙史、2例有過敏性鼻炎。

混合料實(shí)驗選取細(xì)粒式LB-10級配類型，油石比4.8%。

(1)取定量冷補(bǔ)料裝入馬歇爾試模中，雙面輪流擊實(shí)50次，保證試件高度范圍為63.5mm±1.3mm。

(2)脫模后立即測試試件的馬歇爾穩(wěn)定度。

1.5.3冷補(bǔ)料成型強(qiáng)度馬歇爾試件的制備及測試

(1)同1.5.2步驟(1)。

(2)將試件側(cè)放于預(yù)熱到110℃的烘箱內(nèi)24h，取出試件雙面輪流擊實(shí)25次，側(cè)放室溫地面靜置6～8h。

(3)脫模后將試件放入60℃恒溫水槽30min，用濕布擦拭試件表面水分，測試馬歇爾穩(wěn)定度。

1.5.4流變性能測試

車轍因子隨溫度(50～90℃)的變化關(guān)系曲線采用美國TA公司DSR(DHR-1)測定，夾具為直徑25mm的平板，設(shè)置板間距離為1100μm。試樣安放好保溫15～30min。

2 結(jié)果與討論

由圖1可見，隨著石油樹脂摻量的增加，復(fù)合改性瀝青的軟化點(diǎn)逐漸增大，且當(dāng)摻量達(dá)到2%以上時，軟化點(diǎn)呈直線上升趨勢，當(dāng)石油樹脂摻量達(dá)到4%以上時，改性瀝青軟化點(diǎn)即可保持在高于60℃的狀態(tài)，說明樹脂的加入能夠明顯提高和改善SBR膠乳改性瀝青的高溫性能，同時體系的黏稠度明顯增加。另外，改性瀝青針入度隨石油樹脂摻量增加明顯降低，即石油樹脂的加入改善SBR膠乳改性瀝青的高溫穩(wěn)定性[5]。

圖1 改性瀝青軟化點(diǎn)和針入度隨石油樹脂摻量變化規(guī)律

圖2中，SBR膠乳改性瀝青的低溫延度可以達(dá)到100cm，石油樹脂的加入使改性瀝青的低溫延展性急劇下降。當(dāng)石油樹脂摻量為4%時，改性瀝青低溫延度急劇下降，數(shù)值在60cm左右，隨著其摻量增加，延度持續(xù)下降，當(dāng)摻量達(dá)到8%時，延度下降到30cm以下，這緣于樹脂類材料含有苯環(huán)類剛性側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，脆性特征顯著，容易影響改性瀝青體系的低溫延展性的緣故[6]。故而，合適的石油樹脂摻量對于兼顧改性瀝青體系高低溫性能具有非常重要的意義。綜合三大指標(biāo)隨石油樹脂變化關(guān)系曲線，為保證改性瀝青體系同時具有較好的高低溫性能，應(yīng)選取石油樹脂摻量為4%～6%之間。

圖2 改性瀝青5℃延度隨石油樹脂摻量變化規(guī)律

黏度指標(biāo)用于描述外力作用下物質(zhì)內(nèi)部分子之間由于摩擦所表現(xiàn)出的抵抗流體流動的難易程度，間接表征流體體系內(nèi)分子分布狀態(tài)[6]。冷補(bǔ)液黏度能夠反映冷補(bǔ)液與集料的拌和效果，其值太大，冷補(bǔ)混合料不易保持均勻穩(wěn)定狀態(tài)，太小時，冷補(bǔ)液流淌性強(qiáng)，容易造成瀝青與集料的裹覆效果不佳，進(jìn)而影響路面修復(fù)效果。資料顯示，冷補(bǔ)液黏度保持在1～2Pa·s范圍內(nèi)時，冷補(bǔ)液與集料具有較好的和易性，此時，相應(yīng)冷補(bǔ)料初始強(qiáng)度在數(shù)值上能夠達(dá)到2kPa以上的技術(shù)要求。測試了石油樹脂摻量分別為4%和6%時，相應(yīng)冷補(bǔ)液在15℃、20℃、25℃、30℃、35℃和40℃時的布氏黏度，實(shí)驗結(jié)果如圖3所示，圖4為黏度結(jié)果線性回歸圖。

圖3 石油樹脂摻量為4%和6%時相應(yīng)冷補(bǔ)液不同溫度下的布氏黏度

圖4 石油樹脂摻量為4%和6%時冷補(bǔ)液布氏黏度線性回歸圖

圖3中可見，隨著溫度的升高，冷補(bǔ)液的黏度呈逐漸下降趨勢，石油樹脂摻量從4%增加到6%，冷補(bǔ)液體系黏度僅呈現(xiàn)出非常微弱的降低幅值，尤其是在15℃及以下的低溫區(qū)域，黏度數(shù)值幾乎重合，即在低溫區(qū)，石油樹脂從4%增加到6%對體系的黏度幾乎無影響。隨著溫度升高，石油樹脂摻量6%相應(yīng)的冷補(bǔ)液黏度較4%時下降幅值有一定程度增加，但是并不顯著。圖4為4%和6%相應(yīng)冷補(bǔ)液不同溫度下黏度線性回歸曲線，回歸方程分別為η=1.93428-0.03063T和η=1.9105-0.0311T，根據(jù)擬合結(jié)果可得，石油樹脂摻量為4%時，溫度在0～30℃范圍內(nèi)，相應(yīng)冷補(bǔ)液黏度均可保持在1～2Pa·s，即該溫度范圍內(nèi)冷補(bǔ)料用于瀝青路面坑槽修補(bǔ)，可保證較好的施工和易性和路面修復(fù)初始強(qiáng)度。當(dāng)摻量為6%時，溫度達(dá)到30℃時，相應(yīng)冷補(bǔ)液黏度數(shù)值為0.97Pa·s左右，略低于1Pa·s，而此時液態(tài)石油樹脂并未完全固化，故在實(shí)際施工中，可依據(jù)實(shí)際路面強(qiáng)度需求以及施工溫度等因素確定石油樹脂摻量。

冷補(bǔ)料初始強(qiáng)度用于評價坑槽修補(bǔ)后的抗變形能力，滿足技術(shù)要求的初始強(qiáng)度能夠承受行車荷載，避免掉?；蛘哕囖H等損壞[7]，根據(jù)文獻(xiàn)所述，冷補(bǔ)料的初始強(qiáng)度應(yīng)滿足不低于2kN的技術(shù)要求。成型強(qiáng)度為混合料中起稀釋作用的成分完全揮發(fā)后路面的強(qiáng)度，施工技術(shù)要求規(guī)定成型強(qiáng)度不小于3kN。測試了石油樹脂摻量為4%和6%、油石比為4.8%時，冷補(bǔ)料的初始強(qiáng)度和成型強(qiáng)度，測試結(jié)果如表2所示。

表2 不同石油樹脂摻量冷補(bǔ)料的初始和成型強(qiáng)度結(jié)果

由表2可見，石油樹脂摻量為4%和6%相應(yīng)的冷補(bǔ)料初始強(qiáng)度和成型強(qiáng)度均能滿足施工技術(shù)要求，且成型強(qiáng)度遠(yuǎn)大于3kN。石油樹脂摻量對冷補(bǔ)料成型強(qiáng)度影響程度較大，數(shù)值從5.62kN上升到6.23kN，而對初始強(qiáng)度的影響并不顯著，可能原因為在試件制備初期液態(tài)石油樹脂并未完全固化，強(qiáng)度效應(yīng)無法完全發(fā)揮，隨著體系內(nèi)部溶劑的揮發(fā)，石油樹脂逐漸固化，與SBR鏈狀結(jié)構(gòu)相互纏繞形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且石油樹脂摻量越大，空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越致密，相應(yīng)瀝青混合料的強(qiáng)度也越高[8]。

美國 SHRP 計劃中采用DSR測量瀝青膠結(jié)料在特定溫度和加載頻率下的流變性能，引入車轍因子G*/sinδ 表征瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，其值越高，動穩(wěn)定度越高，相應(yīng)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性越好[9]。研究了不同溫度下基質(zhì)瀝青、SBR膠乳改性瀝青及SBR膠乳與4%和6%石油樹脂復(fù)配改性瀝青的流變力學(xué)行為，得到復(fù)合模量G*和相位角δ，最終算得車轍因子G*/sinδ，結(jié)果如圖5所示。

圖5 基質(zhì)瀝青、SBR改性瀝青和復(fù)合改性瀝青車轍因子隨溫度的變化曲線

由圖5可知，在50～65℃的中溫測試區(qū)域，SBR改性瀝青的G*/sinδ略高于基質(zhì)瀝青，說明SBR可小幅提升基質(zhì)瀝青的抗變形效果。在試驗溫度范圍內(nèi)，石油樹脂/SBR復(fù)合改性瀝青的G*/sinδ 均高于SBR改性瀝青，即石油樹脂能夠顯著改善瀝青的高溫抗變形能力。隨著石油樹脂摻量從4%增加到6%，復(fù)合改性瀝青G*/sinδ 有小幅提升，再一次印證了石油樹脂摻量越高，改善效果越顯著的結(jié)論。

3 結(jié)論

(1)將能夠提升瀝青低溫延展性的SBR膠乳與改善瀝青高溫穩(wěn)定性和強(qiáng)度指標(biāo)的石油樹脂作為基質(zhì)瀝青改性劑，制備得到復(fù)合改性瀝青，充分發(fā)揮二者對基質(zhì)瀝青性能提升的互補(bǔ)優(yōu)勢，保證改性瀝青兼顧高低溫性能，以柴油稀釋改性瀝青，后摻入少量的抗剝落劑，制得一種瀝青路面快速修補(bǔ)用冷補(bǔ)液。

(2)在SBR占基質(zhì)瀝青質(zhì)量3%的條件下，分別考察石油樹脂摻量為2%、4%、6%和8%時相應(yīng)改性瀝青的常規(guī)指標(biāo)，確定出能夠保證改性瀝青高低溫性能的石油樹脂適宜摻量范圍為4%～6%。

(3)石油樹脂摻量對成型強(qiáng)度和車轍因子的影響較為顯著。當(dāng)石油樹脂摻量為6%時，冷補(bǔ)液30℃黏度略低于1Pa·s，該條件下相應(yīng)的冷補(bǔ)料強(qiáng)度指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，可依據(jù)實(shí)際路面強(qiáng)度需求以及施工溫度等因素進(jìn)一步確定石油樹脂具體摻量。