改性乳化沥青性能影响因素分析

■蒋海泓

（福建省交通规划设计院有限公司，福州 350004）

由沥青路面层间抗剪强度不足而导致的层间滑移问题突出[1-3]。 在道路的沉陷、车辙、混合料离析等明显的路表破坏处钻芯取样，会发现70%的芯样都有层间脱开现象[4-6]。 上述层间滑移、层间脱开等问题，很多都是由粘层油喷洒问题带来的。 粘层改性乳化沥青的原材料主要包括水、沥青、改性剂、乳化剂等， 各种指标会随着不同化学剂而发生变化。基质沥青中加入改性剂和乳化剂会改变沥青的基本性能，改性剂和软化剂的种类和剂量对乳化改性沥青蒸发残留物的针入度、软化点等基本性能也会有影响。SBS 和SBR 是目前应用最为广泛的两种沥青改性剂，乳化后的效果有一定区别。 为分析影响改性乳化沥青的主要因素， 本研究配制了SBS 和SBR 两种乳化改性沥青，以针入度、软化点、延度、存储稳定性和弹性恢复率为主要指标进行了室内试验研究。

1 原材料与试验设计

本研究采用2 种基质沥青、2 种SBS 改性沥青、2 种SBR 乳化剂、1 种SBS 改性沥青专用乳化剂进行试验研究，其中基质沥青作为SBR 改性乳化沥青的母体沥青，SBS 沥青作为SBS 改性乳化沥青的母体沥青。

1.1 原材料性能指标

本次试验采用美国美德维实伟克公司的阳离子丁苯胶乳INDULIN1468，记为SBR1；山东显元化工的SBR 1502，记为SBR2；美国美德维实伟克公司的乳化剂AA-63D，记为乳化剂1，江阴七星助剂有限公司生产的乳化剂2， 天津康泽威公司的KZW-802S 改性沥青专用乳化剂,记为乳化剂3。 材料基本性能见表1～3。

表1 基质沥青各项指标性质

本研究制作的SBS 改性乳化沥青采用SBS 含量为4%的2 种商品改性沥青进行乳化， 两种改性沥青的技术指标见表2。

表2 改性沥青的基本性能指标

1.2 主要工况

本研究中的SBR 改性乳化沥青由基质沥青、SBR 改性剂和乳化剂在试验室内改性乳化而成，SBS 改性乳化沥青采用已制备好的SBS 含量为4%的改性沥青进行乳化。 为了降低已有改性沥青的软化点，利于进行乳化，在此次试验中把改性沥青和基质沥青按一定的比例掺配（改性沥青和基质沥青是同种型号）。

表3 乳化剂的主要物理化学性质

乳化过程如下：（1）先用乳化液对剪切机进行预热， 乳化SBS 类预热的时间要比SBR 的长点；（2）胺型阳离子乳化剂不能直接溶于水，需要用盐酸或醋酸调节pH 值，季胺型无需调酸；（3）在制作改性乳化乳液时， 乳液温度在55℃～60℃（SBS 高10℃左右）；（4）基质沥青在烘箱内加热时，烘箱温度控制在110℃～150℃; 改性沥青在烘箱内加热时，烘箱温度控制在165℃～180℃。在以上这两个改性乳化沥青制作的注意事项中，最应该控制的是温度。

2 结果与分析

讨论改性剂类型、剂量与乳化剂种类和剂量对软化点、针入度、延度等改性乳化沥青技术指标的影响。

2.1 软化点

试验研究得到的乳化改性沥青蒸发残留物的软化点见表4～6 与图1～2。

表4 不同SBR 含量下的乳化改性沥青软化点

从试验结果分析， 对SBR 改性乳化沥青来说，不同乳化剂对软化点有所影响，见表4 与图1、2。对沥青A 加SBR1 的试验组合采用两种乳化剂分别进行乳化， 当SBR 含量和乳化剂含量均相同时，采用乳化剂1 的沥青蒸发残留物软化点均大于乳化剂2；随着SBR1 含量升高，这种现象一直存在；同样的现象，也在沥青B+SBR1 的组合用不同乳化剂乳化时观察到。

图1 沥青A+SBR1 软化点

图2 沥青B+SBR1 软化点

同时，乳化剂掺量对SBR 沥青蒸发残留物的软化点影响不显著。 从表5 可知，SBR 含量为1%，使得蒸发残留物软化点达到53℃，乳化剂含量从0.4%上升至0.8%， 软化点均在这个数值附近；SBR 含量为2%时，不同乳化剂含量下，软化点均在59℃～60℃。

表5 不同乳化剂含量下的SBR 沥青软化点（单位：℃）

对SBS 改性乳化沥青来说，不同的乳化剂对软化点没有影响。从表6 可知，用乳化剂1 和乳化剂3对2 种SBS 改性沥青分别进行乳化，乳化剂1 含量从0.4%增加到0.8%，乳化剂2 含量从0.8%增加到1.2%， 蒸发残留物的软化点基本与未乳化时相同，对1#SBS 改性沥青来说，均在60℃左右，2# 改性沥青均在55℃以上多一点。

表6 不同乳化剂含量、类型下的不同SBS改性沥青的软化点（单位：℃）

2.2 针入度

针入度是表示沥青粘度的物理量，反应了沥青在一定的外力作用下的抗剪切能力，即相对粘度。

从表7 可知，乳化剂含量对SBS 蒸发残留物针入度的影响不显著。从表8 可知，随着SBR 用量的增加，针入度逐渐减小，而乳化剂2 的针入度下降幅度比乳化剂1 的大， 说明了两种改性剂均可增加沥青的粘度， 乳化剂2 对针入度的改变更大。

表7 不同乳化剂含量下不同SBS 改性沥青的针入度（单位：℃）

表8 不同SBR 含量和乳化剂类型下沥青A 的针入度（单位：℃）

2.3 延度

延度是表示沥青抗张性的物理量。 低温抗裂性规范中用延度大小表示，延度试验反映了沥青材料的延伸性能和沥青路面抗开裂能力，是研究沥青低温抗裂性能的一个重要指标。

从表9 可知，两种SBS 乳化改性沥青蒸发残留物的5℃延度，可以看出延度值变化极小，可忽略不计，所以可知乳化剂含量对延度的影响不大，两种乳化剂试验结果类似。 从表10 可知，随着改性剂用量的增加，改性乳化沥青的5℃延度值逐渐增大，当改性剂加到2.5%时5℃的低温延度已超过了100 cm （因试验时延度达到100 cm 未断裂即停止试验，故表中未给出），其低温延度值很好，数值接近。这说明两种SBR 改性剂均改善了改性乳化沥青的低温柔韧性。

表9 不同乳化剂含量下的SBS 改性沥青5℃延度（单位：℃）

表10 不同SBR 含量和乳化剂类型下5℃延度（单位：℃）

2.4 弹性恢复

弹性恢复试验是测定和评价改性乳化沥青蒸干后在外力作用下，变形后可恢复变形的能力。弹性恢复试验的恢复率越大，表明沥青的弹性性质越好。

从表11 可知，用SBR 改性时，随着SBR 改性剂用量的增加，改性乳化沥青蒸发残留物的沥青弹性恢复率逐渐增大。 当改性剂为0 的时候，乳化沥青的弹性恢复率在百分之一点多，几乎没有弹性恢复率，当SBR 含量增加到2.5%时，弹性恢复率达到80%左右，增长显著，且采用乳化剂1 的乳化改性沥青弹性恢复率始终略好于乳化剂1， 即不同乳化剂对弹性恢复影响有一定差异。 由表12 可知， 两种SBS 改性乳化沥青随着乳化剂含量的变化，其弹性恢复率几乎没变，从本试验结果可知，乳化剂含量对SBS 乳化改性沥青的弹性恢复率没有影响。

表11 沥青A 弹性恢复率变化

表12 SBS 乳化改性沥青弹性恢复率变化

2.5 储存稳定性

储存稳定性指标反映的是改性乳化沥青在静置情况下的沉降情况，在一定程度上反映乳化的成功与失败，所以在一定程度上说明乳化剂是影响储存稳定性的主要因素。 我国规范要求在24 h 储存稳定性（软化点差）不超过1%，性能良好、乳化能力强、适应范围广、纯度高的乳化剂有利于沥青乳液的稳定。

本次试验部分乳液稳定性试验结果（1 d）如表13所示，乳化剂含量在0.8%时可达到规范要求。

表13 1 d 软化点差（单位：℃）

由于目前施工现场的设备较为齐全，改性乳化沥青的储存天数一般在2、3 d 左右，所以可以考虑把规范中对5 d 的储存稳定性的指标改为3 d 的存储稳定性的指标。 3 d 稳定性试验结果（软化点差）如表14 所示。 可以看出，相对1 d 存储稳定度，改性乳化沥青在放置3 d 后沉淀会增加；当乳化剂含量增加到1.2%时，无论SBS 改性乳化沥青还是SBR 改性乳化沥青，其3 d 存储稳定性均趋于稳定。

表14 3 d 储存稳定性（单位：℃）

3 结论

本研究以软化点、延度、针入度、存储稳定性和弹性恢复率为主要试验指标， 对影响SBR 与SBS改性乳化沥青蒸发残留物主要性能指标的因素进行了室内试验研究，结果表明：（1）SBR 乳化改性沥青性能主要受到改性剂含量的影响，也受到乳化剂类型影响；沥青确定时，SBS 乳化改性沥青性能指标受乳化剂含量影响较小；（2）SBR 乳化改性沥青的软化点、针入度和弹性恢复率受到乳化剂类型的影响较为显著，延度不明显；除了存储稳定性，乳化剂用量似乎在某定值之上时，增加含量对各指标影响均不显著；（3）SBR 与SBS 改性乳化沥青存储稳定性均受到乳化剂用量的显著影响，就本试验材料分析， 用量在0.8%时1 d 存储稳定性满足规范要求， 根据试验所得到存储稳定性变化规律来看，生产后3 d 内用完对性能影响较小。