楊婉怡，郭祥軍，朱偉濤，徐立廷，程興倉(cāng)，彭 庚

（1.北京首發(fā)公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司，北京 102613；2.殼牌（中國(guó)）有限公司，北京 100004；3.濮陽(yáng)市公路管理局，河南 濮陽(yáng) 457000；4.北京建筑大學(xué) 未來(lái)城市設(shè)計(jì)高精尖創(chuàng)新中心，北京 100044）

引言

目前，在生產(chǎn)SBR 改性乳化瀝青過(guò)程中，SBR改性劑摻量多數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)確定，并且在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)及國(guó)際市場(chǎng)中，品牌多樣、良莠不齊的基質(zhì)瀝青及乳化劑使得SBR 改性乳化瀝青生產(chǎn)混亂且質(zhì)量不夠穩(wěn)定，嚴(yán)重制約了SBR 改性乳化瀝青的大面積推廣。因此，確定SBR 改性劑的合理?yè)搅坎⒄业竭m宜生產(chǎn)的基質(zhì)瀝青及乳化劑組合，對(duì)于SBR 改性乳化瀝青的制備具有重要意義。

1 SBR 改性乳化瀝青原材料的選擇

SBR 改性乳化瀝青是常見(jiàn)的公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)材料，其生產(chǎn)原材料包括基質(zhì)瀝青、SBR改性劑、乳化劑、穩(wěn)定劑和水等。

1.1 基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青在SBR 改性乳化瀝青中質(zhì)量比達(dá)55%～70%，因此基質(zhì)瀝青的優(yōu)劣直接影響乳化瀝青的性能以及施工建設(shè)的工程質(zhì)量。為比較國(guó)內(nèi)外不同基質(zhì)瀝青所制的SBR 改性乳化瀝青性能，選取具有代表性的國(guó)產(chǎn)A 型及進(jìn)口B 型基質(zhì)瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 基質(zhì)瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 乳化劑

乳化劑是影響改性乳化瀝青貯存穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，由工程經(jīng)驗(yàn)確定乳化劑用量為1.6%。選用國(guó)內(nèi)外具有代表性的國(guó)產(chǎn)A 型和進(jìn)口B 型兩種不同品牌的慢裂乳化劑，其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2、表3。

表2 國(guó)產(chǎn)A 型乳化劑技術(shù)指標(biāo)

表3 進(jìn)口B 型乳化劑技術(shù)指標(biāo)

1.3 SBR 膠乳

SBR 即丁二烯和苯乙烯共聚物，是目前使用較為廣泛的瀝青改性劑，其與瀝青制備得到的丁苯橡膠乳膠改性乳化瀝青具有良好的耐久性及高溫穩(wěn)定性。所用的SBR 改性劑有效含量為60%，主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 SBR 改性劑主要技術(shù)指標(biāo)

2 原材料對(duì)改性乳化瀝青性能的影響分析

2.1 不同SBR 摻量對(duì)改性乳化瀝青性能的影響分析

為分析不同SBR 摻量對(duì)改性乳化瀝青性能的影響并確定SBR 摻量，選用國(guó)產(chǎn)A 型基質(zhì)瀝青、進(jìn)口B 型乳化劑（摻量1.6%），在不同SBR 摻量下制備SBR 改性乳化瀝青，對(duì)比所得改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的基本性能指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同SBR 摻量下改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物性能指標(biāo)

由表5 可知，隨著SBR 摻量的提高，改性乳化瀝青針入度下降，這是由于SBR 的摻入提高使得SBR 顆粒在瀝青中由分散轉(zhuǎn)為連續(xù)，導(dǎo)致改性瀝青整體相態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，分子之間變得致密，瀝青黏度提高、自由能變小，針入度降低。改性乳化瀝青的延度在不同的SBR 摻量下均保持較高水平，并隨著SBR 摻量的提高逐漸增大，這表明SBR 改性后的乳化瀝青延度有較大的改善，并且SBR 改性劑摻量與延度呈良好的正相關(guān)。改性瀝青的軟化點(diǎn)隨SBR 摻量的提高而逐漸增大，當(dāng)摻量達(dá)到4.0%時(shí)軟化點(diǎn)達(dá)到規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40—2004）》要求。綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素及性能指標(biāo)，確定SBR 的最佳摻量為4.0%。

2.2 不同油源基質(zhì)瀝青對(duì)SBR 改性乳化瀝青性能的影響

為研究不同油源基質(zhì)瀝青對(duì)SBS 改性乳化瀝青性能的影響，選用進(jìn)口B 型乳化劑（1.6%摻量），SBR乳膠改性劑（4.0%摻量），并分別以國(guó)產(chǎn)A型基質(zhì)瀝青、進(jìn)口B 型基質(zhì)瀝青為原材料瀝青制備SBR 改性乳化瀝青。通過(guò)對(duì)蒸發(fā)殘留物進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)對(duì)比主要技術(shù)指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同基質(zhì)瀝青的SBR 改性乳化瀝青性能指標(biāo)

由表6 可知，選擇兩種不同油源的基質(zhì)瀝青所制備的SBR 改性乳化瀝青均可得到滿足規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40—2004）》要求，其中采用國(guó)產(chǎn)A 型基質(zhì)瀝青制備的改性乳化瀝青，在固含量、針入度、延度、黏度以及貯存穩(wěn)定性等方面均高于進(jìn)口B 型，綜合性能更好。根據(jù)基質(zhì)瀝青生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)證報(bào)告及油源地基質(zhì)瀝青成分含量分析，可能存在原因：進(jìn)口B 型基質(zhì)瀝青中瀝青質(zhì)含量較高，在乳化改性過(guò)程中瀝青相的密度增大，因此其微粒在與乳液水相混合時(shí)不能較好的相容。

2.3 不同種類乳化劑對(duì)SBR 改性乳化瀝青性能的影響

為研究不同種類乳化劑對(duì)SBR 改性乳化瀝青性能的影響，選用SBR 乳膠改性劑（4.0%摻量），進(jìn)口A 型基質(zhì)瀝青，分別以國(guó)產(chǎn)A 型乳化劑、進(jìn)口B型乳化劑為原材料制備SBR 改性乳化瀝青。乳化劑摻量為1.6%，對(duì)其蒸發(fā)殘留物進(jìn)行指標(biāo)試驗(yàn)，對(duì)比其主要技術(shù)指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)7。

表7 不同乳化劑的SBR 改性乳化瀝青性能指標(biāo)

由表7 可知，選擇兩種不同種類的乳化劑進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，均可得到滿足規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40—2004）》要求的SBR 改性乳化瀝青，但采用進(jìn)口乳化劑作為原材料的產(chǎn)品，在性能指標(biāo)上略顯優(yōu)勢(shì)，特別是延度和貯存穩(wěn)定性較另一種更好。根據(jù)乳化劑生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)證報(bào)告分析，可能存在原因：國(guó)產(chǎn)A 型乳化劑的黏度較差，因此導(dǎo)致改性乳化瀝青的乳化難度提高，膠體磨的生產(chǎn)循環(huán)過(guò)程中可能會(huì)有流速降低或堵塞不通等現(xiàn)象出現(xiàn)，影響乳液質(zhì)量，因此性能不佳。

3 原材料對(duì)改性乳化瀝青混合料性能的影響分析

改性乳化瀝青在實(shí)際使用過(guò)程中的破乳、成型過(guò)程與室內(nèi)對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的蒸發(fā)、凝結(jié)過(guò)程存在一定差異，對(duì)改性劑改性效果的評(píng)價(jià)也受此影響。為了更好地選擇更適宜生產(chǎn)SBR 改性乳化瀝青的基質(zhì)瀝青及乳化劑，通過(guò)對(duì)不同原材料組合制備的改性乳化瀝青混合料進(jìn)行濕輪磨耗試驗(yàn)和負(fù)荷輪碾壓試驗(yàn)，以此評(píng)價(jià)改性乳化瀝青的路用性能。

3.1 SBR 改性乳化瀝青性能指標(biāo)

在4.0%SBR 乳膠改性劑摻量下，分別選取國(guó)產(chǎn)A型、進(jìn)口B 型基質(zhì)瀝青，國(guó)產(chǎn)A 型、進(jìn)口B 型乳化劑，制備4 種不同組合的SBR 改性乳化瀝青（國(guó)產(chǎn)A+國(guó)產(chǎn)A、國(guó)產(chǎn)A+進(jìn)口B，進(jìn)口B+國(guó)產(chǎn)A、進(jìn)口B+進(jìn)口B），乳化劑摻量為1.6%。對(duì)四種SBR 改性乳化瀝青進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表8 ～表11。

表8 改性乳化瀝青性能指標(biāo)（國(guó)產(chǎn)A 瀝青+國(guó)產(chǎn)A 乳化劑）

表9 改性乳化瀝青性能指標(biāo)（國(guó)產(chǎn)A 瀝青+進(jìn)口B 乳化劑）

表10 乳化瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)（進(jìn)口B 瀝青+國(guó)產(chǎn)A 乳化劑）

表11 乳化瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)（進(jìn)口B 瀝青+進(jìn)口B 乳化劑）

3.2 集料

集料在微表處混合料中體積占比80%以上，且其性能相對(duì)穩(wěn)定，因此集料選擇對(duì)稀漿混合料整體路用性能和表面功能均有非常明顯的影響。所用集料為河北承德易縣玄武巖，共分為粗中細(xì)三擋，其指標(biāo)見(jiàn)表12。按照質(zhì)量比為粗∶中∶細(xì)=1 ∶1 ∶3 將集料均勻混合，最終得到集料級(jí)配合成見(jiàn)表13。

表12 集料性能指標(biāo)

表13 合成級(jí)配

最終試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1，兩種石料的級(jí)配曲線均在微表處級(jí)配范圍的上下限區(qū)間內(nèi)，且砂當(dāng)量的平均值大于65%，符合規(guī)范《公路瀝青路面微表處設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DB62T 3129—2017）要求的砂當(dāng)量值。

圖1 集料級(jí)配曲線

3.3 改性乳化瀝青混合料性能

根據(jù)《微表處與稀漿封層技術(shù)指南》，通過(guò)采用4 種不同原材料組合的SBR 改性乳化瀝青拌和制備得到改性乳化瀝青混合料（油石比9.5%），并進(jìn)行黏聚力、濕輪磨耗及負(fù)荷車輪黏砂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表14。

表14 混合料技術(shù)指標(biāo)

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，國(guó)產(chǎn)A 基質(zhì)瀝青+進(jìn)口B 乳化劑組合所生產(chǎn)的SBR 改性瀝青混合料黏聚力最高，負(fù)荷載輪碾壓值最低，表示該組合下混合料集料與瀝青黏附效果較好。濕輪磨耗試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種試驗(yàn)時(shí)間下該組合下混合料最低的磨耗值。此外，4 種組合的混合料1 h 到6 d 磨耗值的提高分別為：61.0%、56.8%、57.8%、66.4%，表明國(guó)產(chǎn)A 基質(zhì)瀝青+進(jìn)口B 乳化劑組合所生產(chǎn)的SBR 改性瀝青混合料的耐磨性能最佳，且耐磨性能不易隨著路面使用時(shí)間的增加而降低。因此，推薦的SBR 改性乳化瀝青的最佳組合為選用國(guó)產(chǎn)A 基質(zhì)瀝青與進(jìn)口B 型乳化劑（1.6%摻量），在4.0%膠乳摻量下制備SBR 改性乳化瀝青。

4 原材料對(duì)改性乳化瀝青混合料性能的影響分析

選取兩種基質(zhì)瀝青及乳化劑兩兩組合配制SBR改性乳化瀝青，并對(duì)比其混合料路用性能以選出最佳組合。但目前市場(chǎng)中基質(zhì)瀝青及乳化劑產(chǎn)地、品牌繁多，所推薦的原材料組合并不適用所有工程。為指導(dǎo)實(shí)際工程中材料選擇，通過(guò)分析原材料對(duì)改性乳化瀝青混合料性能的影響提出原材料選擇原則。

4.1 基質(zhì)瀝青

對(duì)比基質(zhì)瀝青指標(biāo)及改性乳化瀝青指標(biāo)可知，當(dāng)乳化劑型號(hào)相同時(shí)，基質(zhì)瀝青指標(biāo)對(duì)改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物指標(biāo)影響較大，基質(zhì)瀝青針入度、延度、軟化點(diǎn)越高，改性乳化瀝青針?lè)埩粑飳?duì)應(yīng)的指標(biāo)也越高。由此可知，選擇三大指標(biāo)良好的基質(zhì)瀝青可以對(duì)改性乳化瀝青起到提高抗剪切能力、塑性能力以及抵抗高溫變形能力的作用。

對(duì)比基質(zhì)瀝青指標(biāo)及改性乳化瀝青混合料指標(biāo)可知，當(dāng)乳化劑型號(hào)、礦料級(jí)配、油石比相同時(shí)，基質(zhì)瀝青對(duì)混合料黏聚力及負(fù)荷輪碾壓試驗(yàn)結(jié)果影響較小，對(duì)濕輪磨耗結(jié)果影響較大。這表明基質(zhì)瀝青對(duì)混合料水穩(wěn)定性及耐磨性能有較大的影響，分析其原因發(fā)現(xiàn)，所選國(guó)產(chǎn)A 型瀝青的含蠟量遠(yuǎn)低于進(jìn)口B 型瀝青，蠟對(duì)瀝青路面的使用性能的影響主要體現(xiàn)在蠟會(huì)使瀝青與石料的黏附性降低，從而降低瀝青混合料的耐磨性能，在水侵蝕下易使路表面礦料顆粒剝離，即降低混合料的水穩(wěn)定性。由此可知，選擇含蠟量較低的基質(zhì)瀝青可以對(duì)改性乳化瀝青起到提高水穩(wěn)定性、耐磨性的作用。

4.2 乳化劑

乳化劑對(duì)改性乳化瀝青的作用主要是利用其兩親性分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得溶液中顆粒分散有序排列，從而起到乳化、分散的功能。所選兩種乳化劑皆為陽(yáng)離子乳化劑，陽(yáng)離子乳化劑一般為酰胺類乳化劑，因此總胺量對(duì)其乳化效果影響較大。由乳化劑基本指標(biāo)對(duì)比可知，國(guó)產(chǎn)A 型乳化劑的固含量及總胺量明顯低于進(jìn)口B 型乳化劑，即進(jìn)口B 型乳化劑中有效成分含量更高。通過(guò)對(duì)比可知，當(dāng)基質(zhì)瀝青種類相同時(shí)，采用進(jìn)口B 型乳化劑的改性乳化瀝青的三大指標(biāo)較高，貯存穩(wěn)定性較好，表明進(jìn)口B 型乳化劑乳化效果更好，對(duì)應(yīng)的改性乳化瀝青性能及穩(wěn)定性更強(qiáng)。采用進(jìn)口B 型乳化劑的混合料黏聚力及負(fù)荷輪碾壓試驗(yàn)結(jié)果更佳，證明采用高固含量及高總氨量改性劑的改性乳化瀝青與集料之間黏附效果更好。除此之外，采用進(jìn)口B 型乳化劑時(shí)，改性乳化瀝青及混合料其余各項(xiàng)性能皆有不同程度的提升。由此可知，選擇固含量、總胺量較高的陽(yáng)離子乳化劑可以使乳化效果更好，提高改性乳化瀝青及混合料性能。

5 結(jié)論

（1）以SBR 改性劑摻量為唯一變量，綜合評(píng)價(jià)改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的各項(xiàng)指標(biāo)，優(yōu)選得到最佳SBR 改性劑摻量為4.0%。（2）以基質(zhì)瀝青種類為唯一變量，綜合評(píng)價(jià)改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的各項(xiàng)指標(biāo)，優(yōu)選得到國(guó)產(chǎn)A 型基質(zhì)瀝青制備的乳化瀝青性能更佳。（3）以乳化劑種類為唯一變量，綜合評(píng)價(jià)改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的各項(xiàng)指標(biāo)，優(yōu)選得到進(jìn)口B 型乳化劑制備的乳化瀝青性能更佳。（4）通過(guò)將國(guó)產(chǎn)A 型基質(zhì)瀝青、進(jìn)口B 型基質(zhì)瀝青、國(guó)產(chǎn)A 型乳化劑以及進(jìn)口B 型乳化劑兩兩組合，優(yōu)選出使用國(guó)產(chǎn)A 基質(zhì)瀝青與進(jìn)口B 型乳化劑（1.6%摻量），在4.0%膠乳摻量下制備SBR 改性乳化瀝青的最佳組合。（5）綜合分析不同基質(zhì)瀝青、乳化劑組合制備得到的SBR 改性乳化瀝青及瀝青混合料的各項(xiàng)性能，推薦在SBR 改性乳化瀝青生產(chǎn)過(guò)程中，采用針入度、軟化點(diǎn)、延度指標(biāo)良好且含蠟量低的基質(zhì)瀝青以及固含量、總胺量較高的陽(yáng)離子乳化劑。