非黏轮改性硬质乳化沥青性能评价

赵 阳，周启伟，王庆珍，王 民，刘玉恒

(1.重庆广播电视大学，重庆 400037; 2.重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 400012;3.重庆市公路局，重庆 401147; 4.河南省高远公路养护技术有限公司，河南 新乡 453003)



非黏轮改性硬质乳化沥青性能评价

赵 阳1，周启伟2，王庆珍3，王 民2，刘玉恒4

(1.重庆广播电视大学，重庆 400037; 2.重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 400012;3.重庆市公路局，重庆 401147; 4.河南省高远公路养护技术有限公司，河南 新乡 453003)

针对传统乳化沥青在施工中产生的黏轮、黏聚性不足的缺陷，采用高黏度、高软化点的30号沥青，成功研发制备出了具有不黏轮功能的改性硬质乳化沥青。从定性、定量的角度提出乳化沥青黏附检测试验，确立了黏附率作为黏轮控制指标。试验表明：研发的非黏轮改性硬质乳化沥青黏轮效果大大降低，且层间黏聚性优于普通乳化沥青和SBR改性乳化沥青，具有实际工程运用的价值。

道路工程；乳化沥青；硬质沥青；非黏轮；黏附率；性能评价

0 引 言

路面工程中，常常运用乳化沥青作为面层之间的黏结剂，但是实际运用过程中，由于工程车辆的行驶，在普通黏层油撒布后使得乳化沥青破乳后大量地黏附在工程车辆轮胎上，使得后续摊铺层的黏结性降低，大大增加了层间脱落的可能性[1]。

目前针对非黏轮黏层油的开发研究较少，日本对不黏轮黏层油的开发起步较早，并且提出了相应的试验方法和评价指标，而国内尚处于试验阶段，市场上并没有相应成熟产品。针对传统乳化沥青黏层黏轮的弊端，笔者拟利用硬质沥青通过高性能乳化剂乳化，开发制备一种非黏轮改性硬质乳化沥青黏层油，使其即具备不黏轮特性的同时满足层与层之间的黏结性能。

1 原材料

1.1 沥青

笔者选用国产30#硬质沥青和普通70#基质沥青作为试验所需的基础沥青，按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的要求，检测其沥青各项指标如表1。

表1 沥青主要技术性质

1.2 乳化剂

工程上对于黏层乳化沥青要求从黏层油的撒布、破乳到初步形成强度应保证3～5 h[2]，故选用江苏某厂家的快裂型阳离子DPR-1型乳化剂。

1.3 水

水在乳化沥青中是沥青、乳化剂以及添加剂等材料的溶剂，所以对水质有特定的要求。试验用水应无色无味、洁净透明、无沉淀、无悬浮物，水的PH值在6～8.5为宜[3]。

1.4 改性剂

改性剂采用上海某公司生产的SBR胶乳。

1.5 普通成品乳化沥青

重庆某厂家生产的成品SBR改性乳化沥青，其技术指标如表2。

表2 30#硬质沥青主要技术性质

2 非黏轮改性硬质乳化沥青性能分析

2.1 非黏轮改性硬质乳化沥青的制备

笔者结合国内外技术调研发现，目前国内外主要制备非黏轮乳化沥青的可行途径为[4-5]：利用30#硬质沥青高软化点、耐高温的特点，将其乳化为硬质乳化沥青。考虑到硬质乳化沥青其延度相对较低，为满足我国规范要求并且提高其不黏轮的特性，故笔者分别掺加了质量比为3%、4%、5%的SBR胶乳作为硬质乳化沥青的改性剂，以确定SBR胶乳的最佳掺量。

由于我国现行规范中缺乏对黏轮性质的评价标准，日本对非黏轮黏层油性能研究较早，并且提出了相应的技术指标，故笔者对非黏轮黏层油的性能参考了日本沥青乳胶体协会JEAAS中对非黏轮乳化沥青的技术要求，同时参照JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》中对喷洒类乳化沥青的技术指标，利用常规乳化方式制备了改性硬质乳化沥青，其相应的技术指标如表3。

表3 不同SBR掺量下的乳化沥青技术指标

对于制备的不同掺量的SBR乳化沥青，其表观无沉淀、无结团、无聚集分层现象，性状良好。试验数据表明，SBR的加入明显提高了其蒸发残留物的延度，同时对其软化点有了小幅提高，使其具备更好的耐高温性能。

同时各掺量下的乳化沥青均满足日本技术指标中对非黏轮乳化沥青的要求，而对于我国技术指标而言，掺量3%、5%的改性硬质乳化沥青延度偏小。结合生产成本以及日本技术指标要求，笔者确定采用SBR掺量为4%作为非黏轮改性硬质乳化沥青SBR胶乳的最佳掺量。

2.2 黏轮试验

由于我国现行规范中缺乏对黏轮性质的评价标准，故笔者参照日本规范中对非黏轮黏层油的黏附性评价标准[6]，创造性地提出两种黏轮试验，从定性和定量的角度对本次研发的非黏轮改性硬质乳化沥青的黏轮效果进行评价。

2.2.1 定性评价

将车辙试件切割成10 cm×10 cm×4 cm的方形试件，在其切割表面按0.3 kg/m2的洒布量涂抹非黏轮改性硬质乳化沥青和普通乳化沥青，随后将涂抹完后的试件分别放在50 ℃和60 ℃的烘箱中4 h待乳化沥青破乳，然后在破乳后的试件表面铺一张白纸，并迅速利用小型滚轴自重在试件表面反复滚动10个来回。随后将白纸轻轻撕下，其表观黏附情况如图1。

图1 50 ℃下黏附情况对比Fig. 1 Comparison of adhesion conditions at 50℃

图2 60 ℃下黏附情况对比Fig.2 Comparison of adhesion conditions at 60℃

注：图中左边试件涂抹的普通乳化沥青，右边试件涂抹的非黏轮改性硬质乳化沥青

该试验表明，在50 ℃下涂抹了普通乳化沥青的试件对白纸的黏聚性较大，基本接触面积内都黏附了沥青，而涂抹了非黏轮改性硬质乳化沥青的试件则基本无相应沥青黏附在纸上。究其原因，主要是因为在50 ℃下，普通乳化沥青破乳后其沥青已经达到了软化点，黏度相应地降低，故黏纸情况严重，而非黏轮改性硬质乳化沥青其在相同温度下，软化点、黏度相应的都较普通乳化沥青高，所以黏纸情况较好。同样，在60 ℃下，非黏轮改性硬质乳化沥青黏轮情况较50 ℃有小幅度降低，但同样表现出了相对普通乳化沥青黏纸状况较好的情况。

2.2.2 定量评价

本试验借鉴日本沥青黏附试验的思路，创造性地提出了利用具有强吸附沥青性能又有一定张力的泡沫纸对沥青黏附情况进行定量评价的方法。具体方法为：在车辙板上涂抹非黏轮改性硬质乳化沥青和普通乳化沥青，静置24 h待其完全破乳后，盛放在60 ℃的车辙实验室中保温4 h，随后在其上方摊铺泡沫纸进行1 min的车辙试验。通过测量泡沫纸上黏附沥青的质量变化，计算相应的附着率，从而定量评价非黏轮改性硬质乳化沥青的黏附情况，附着率计算公式如式(1)，其试验过程及结果如图3、图4和表4。

图3 黏轮试验过程Fig. 3 Process of sticking wheel test

图4 60 ℃下黏附情况Fig. 4 Adhesion condition at 60℃

注：图中左边试纸沥青为普通乳化沥青，右边试纸为非黏轮改性硬质乳化沥青。

表4 黏轮试验结果

注：日本规范试验中碾压方式采用车轮碾压一个来回，笔者考虑到实际施工过程中存在工程施工车辆对黏层油反复碾压的情况，故碾压方式采用以时间1 min作为控制。

式中：轮迹行走面积按照实际测量得出，采用5 cm×25 cm； 洒布量笔者采用300 g/m2；

通过笔者设计的黏轮试验，较好地模拟了实际施工中的车轮碾压黏附情况。试验结果表明，非黏轮改性硬质乳化沥青其在60 ℃下相比普通乳化沥青附着率降低了10.5%，其不黏轮效果显著，具有良好的运用价值。

对于黏附率的要求而言，日本规范中选用附着率不大于10%作为阀值，而本次试验施加轮压大于日本试验，且其碾压遍数和时间上都多于日本试验，故结合实际泡沫纸良好的沥青黏附情况，综合日本规范中对黏附结果的要求，笔者拟采用附着率20%作为评价非黏轮黏层油的控制值。

2.3 剪切拉拔试验

为更好评价非黏轮改性硬质乳化沥青的性能，综合国内评价乳化沥青层间黏结性的试验方法[7]，笔者采用层间剪切试验、拉拔试验用以评价层间的黏聚力大小，试验仪采用万能试验机来完成剪切拉拔试验[8]，如图5、图6。

图5 组合结构层间抗剪强度试验Fig. 5 Inter-layer shear strength test of composite structure

图6 组合结构层间抗拉强度试验Fig.6 Inter-layer Tensile strength test of composite structure

为评价常温与高温环境下黏层油的层间黏结强度的差异，笔者对试件分别进行了20 ℃、40 ℃的6 h保温处理，然后进行拉拔剪切试验评价。而对比组的黏层沥青则分别采用了基质70#沥青制备的普通乳化沥青以及重庆某厂生产的SBR改性乳化沥青，为统一标准，结合工程现场施工常规洒布量的大小，黏层油的洒布量统一采用0.3 kg/m2[9]，其测试结果如表5。

表5 不同温度下的剪切强度结果

试验表明，非黏轮改性硬质乳化沥青的层间黏结效果是最好的，其在常温20 ℃和高温40 ℃都展现出了比常规乳化沥青更好的抗剪切、抗拉拔的性能，可作为一种层间黏结剂运用于实体工程。

常温下，笔者研制的非黏轮改性硬质乳化沥青在其层间抵抗拉拔、剪切的强度最高，相比微表处SBR改性乳化沥青抗拉拔、剪切强度平均提高14%，相比普通乳化沥青抗拉拔强度提高26%。究其原因，主要是由于硬质沥青本身就含有相对较高的黏度，在硬质乳化过程中又添加了适量的SBR胶乳，增加了该沥青延度的同时也适量增加了硬质沥青的软化点，故其表现出了不错的层间强度的效果。而在高温40 ℃下，3类沥青的层间强度明显下降，主要是因为温度的提高降低了沥青黏度，故其层间抗拉、抗剪强度相应降低。

3 结 论

1)自主成功研发了一种非黏轮改性硬质乳化沥青，其各项性能指标检测满足规范要求，可作为一种黏层油使用。

2)黏附试验表明在不同温度下非黏轮改性硬质乳化沥青较常规普通乳化沥青其黏轮效果大大降低，究其原因主要是因为硬质沥青具有较高的软化点和黏度，在相同温度下，展现出了较好的耐高温性和非黏轮性。

3)综合日本相应规范，提出了附着率20%作为非黏轮黏层油的控制值。

4)该黏层油剪切、拉拔试验表明其层间的黏结效果优于普通乳化沥青和SBR改性乳化沥青，层间黏结强度提升显著。

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(责任编辑：朱汉容)

Performance Evaluation of Non-viscous Wheel Modified Hard Emulsion Asphalt

ZHAO Yang1, ZHOU Qiwei2, WANG Qingzhen3, WANG Min2, LIU Yuheng4

(1. Chongqing Radio & TV University, Chongqing 400037, P. R. China; 2. Chongqing Zhixiang Paving Technology Engineer Co., Ltd., Chongqing 400012, P. R. China; 3. Highway Bureau of Chongqing, Chongqing 401147, P. R. China; 4. Henan Gaoyuan Maintenance Technology of Highway Co., Ltd., Xinxiang 453003, Henan, P. R. China)

Aiming at the defects of sticking wheel and insufficient adhesion of the traditional emulsified asphalt in construction, the asphalt 30# with high viscosity and softening point was used, and the modified hard emulsified asphalt with the function of non-viscous wheel was successfully developed. The emulsified asphalt adhesion test was proposed from a qualitative and quantitative angle, which determined the adhesion rate as the control index of sticking wheel. The test shows that the non-viscous wheel modified hard emulsion asphalt has a good performance in the reduction of wheel adhesion, and its inter-layer cohesiveness is better than that of ordinary emulsion asphalt and SBR modified emulsion asphalt. The proposed asphalt has a practical engineering application value.

highway engineering; emulsified asphalt; hard asphalt; non-viscous wheel; adhesion rate; performance evaluation

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.07.05

2016- 03-21；

2016- 04-12

赵 阳(1986—)，男，重庆人，工程师，硕士，主要从事公路材料研究、教学工作。E-mail：2294031011@qq.com。

U414.1

A

1674-0696(2017)07-029-04