弹性体乳液改性不粘轮乳化沥青的性能研究及工程应用

臧冬冬 王小虎 余曼

摘 要：目前市售不粘轮乳化沥青用作粘层材料普遍存在低温延度低、抗施工损伤性能差的问题。本文通过添加不同玻璃化转变温度的弹性体乳液改性不粘轮乳化沥青，有效提升了不粘轮乳化沥青的低温延度和抗施工损伤性能。制备的不粘轮乳化沥青可在60℃不粘轮;制备乳化沥青的蒸发残留物的软化点达到81.3℃，15℃延度达45.7 cm;附着力拉拔强度达到2.42 MPa，复合件拉拔强度达到0.81 MPa。通过实际工程应用表明：该方法制备的不粘轮乳化沥青具有存储稳定性优异，较高拉拔强度及高温下不粘轮等优点。

关键词：粘层;不粘轮乳化沥青;弹性体;拉拔强度

0 引言

本文通过添加不同玻璃化转变温度的弹性体乳液对不粘轮乳化沥青进行改性，研究了弹性体种类和掺量对不粘轮乳化沥青性能的影响，并对不粘轮乳化沥青作用机理进行归纳总结，为不粘轮乳化沥青的进一步推广应用提供了科学依据。

1 实验

1.1 制备方法

将不粘轮乳化沥青放在水浴中保温，保持温度在45℃～50℃;再将弹性体乳液倒入胶体磨（道维施）中，打开磨头，待弹性体乳液温度达到45℃～50℃时加入在水浴中保温的不粘轮乳化沥青，剪切3 min后放料。

1.2 分析方法

1.2.1 附着力拉拔强度测试

按照DB32/T2285-1012《水泥混凝土桥面水性环氧沥青防水粘结层施工技术规范》实验进行。拉拔直径参数选择20 mm，拉拔速率选择0.7 MPa/S。

1.2.2 复合件拉拔强度测试

按照DB32/T2285-1012《水泥混凝土桥面水性环氧沥青防水粘结层施工技术规范》实验进行。钻芯取直径100 mm的圆柱体试件，每组取四个试件测试。

1.2.3 粘轮测试

（1）将试样涂布于玻璃片（200 mm×100 mm×3 mm）

上，涂成与玻璃片的短边平行在长边中心处成一条80 mm宽的带状，涂膜厚度按洒布量（0.4 kg/m2～0.6 kg/m2）折算;

（2）将制作好的不粘轮乳化沥青样品和成型后的被附着材料放在指定温度的烘箱中静置4小时以上;

（3）将玻璃板放在斜坡上，两手持测定仪手柄将测定仪从坡道上移过漆膜，观察车轮上是否有不粘轮乳化沥青残留。

2 结果与讨论

弹性体乳液的添加一方面可以改善不粘轮乳化沥青高温粘轮性能，另一方面也可以改善不粘轮乳化沥青的延展性。

2.1 弹性体乳液种类对不粘轮乳化沥青高温粘轮性能的影响

不同弹性体对不粘轮乳化沥青高温粘轮性能的改善效果不同，下面研究不同弹性体对不粘轮乳化沥青抗施工损伤性能的影响，初定弹性体掺量均为4%。

由弹性体乳液A和B改性的不粘轮乳化沥青在60℃会出现粘轮现象，而弹性体C和D改性的不粘轮乳化沥青60℃时没有出现粘轮现象。一般情况下，弹性体乳液的添加可在沥青膜表面形成一层有效的隔离膜，阻碍沥青与车轮的接触。但是弹性体乳液A和B的玻璃化转变温度较弹性体乳液C和D低，耐高温性能差，同时弹性体A和B成膜后膜的硬度偏软，容易在高温作用下破坏，从而没有起到隔离沥青与车轮的作用。弹性体C和D的玻璃化转变温度较高，耐高温性能较好，破乳成膜后不易被破坏，所以不会出现粘轮的现象。

2.2 弹性体乳液种类对不粘轮乳化沥青基本性能指标的影响

添加弹性体乳液改性不粘轮乳化沥青，会对不粘轮乳化沥青的蒸发残留物的软化点和延度有一定的影响，下面研究弹性体乳液种类对不粘轮乳化沥青基本性能指标的影响，初定弹性体掺量均为4%。

由实验结果看出，弹性体C和D都能提升不粘轮乳化沥青蒸发残留物的软化点，改善不粘轮乳化沥青蒸发残留物的15℃延度，且弹性体C提升的幅度偏大。这是因为弹性体乳液C较弹性体乳液D软段成分含量高，弹性体乳液C成膜后较弹性体乳液D硬度低，能够给不粘轮乳化沥青薄膜提供更好的柔韧性。因此选择弹性体乳液C为不粘轮乳化沥青的改性剂。

2.3 弹性体乳液C掺量对不粘轮乳化沥青基本性能指标的影响

添加不同掺量的弹性体乳液改性不粘轮乳化沥青时，对不粘轮乳化沥青蒸发残留物性能的影响程度不同，下面研究弹性体乳液C掺量对不粘轮乳化沥青基本性能指标的影响。

结果可以看出，随着弹性体C掺量增加，不粘轮乳化沥青的软化点逐渐增大，15℃延度不断增大，当掺量大于4%时，继续添加弹性体时不粘轮乳化沥青的软化点和延度提升较小，综合考虑成本与性能，选择弹性体C的掺量为4%。

2.4 弹性体乳液掺量对不粘轮乳化沥青附着力拉拔强度的影响

在不粘轮乳化沥青中添加不同掺量的弹性体乳液时，不粘轮乳化沥青附着力拉拔强度不同，下面研究弹性体乳液掺量对不粘轮乳化沥青附着力拉拔强度的影响。

结果可以看出，弹性体掺量越大，不粘輪乳化沥青的附着力拉拔粘结强度越高。弹性体乳液掺量为1%时，附着力拉拔强度为1.41 MPa，当弹性体乳液掺量为4%时，附着力拉拔强度增至2.42 MPa，继续增加弹性体的掺量，不粘轮乳化沥青的附着力拉拔粘结强度提升较少。这是因为弹性体掺量越高，在乳化沥青中的分布就越均匀，越能起到增强粘结作用的效果，添加量过多时，会影响到材料的储存稳定性，且对不粘轮乳化沥青的附着力拉拔粘结强度提升效果不明显。所以选择弹性体乳液掺量为4%。

2.5 弹性体乳液掺量对不粘轮乳化沥青复合件拉拔强度影响

在不粘轮乳化沥青中添加不同掺量的弹性体乳液时，不粘轮乳化沥青复合件拉拔强度不同，下面研究弹性体乳液掺量对不粘轮乳化沥青复合件拉拔强度的影响。

由对比可以看出：弹性体乳液掺量越大，不粘轮乳化沥青的复合件拉拔强度越高。弹性体乳液掺量为1%时，复合件拉拔强度为0.41 MPa，当弹性体乳液掺量为4%时，复合件拉拔强度增至0.81 MPa。继续增加弹性体的掺量，不粘轮乳化沥青的复合件拉拔强度提升较少。从弹性体乳液改性不粘轮乳化沥青的复合件拉拔界面也可以看出，断裂面处于混合料处，说明弹性体乳液改性的不粘轮乳化沥青的复合件拉拔强度高于0.81 MPa。

3 不粘轮乳化沥青的作用机理

不粘轮乳化沥青喷洒后，由于弹性体的密度小于沥青，从而浮在沥青表面形成一层薄而密的隔离膜，隔离膜隔离了车轮与沥青接触，起到不粘轮的效果。当上面层热沥青混合料摊铺时，弹性体由于具有较强的亲油性，很容易通过分子迁移和相似相容原理分散到乳化沥青蒸发残留物和上面层沥青中，增强了两个界面的界面强度。

4 不粘轮乳化沥青的工程应用

宁通高速公路广九段路面养护维修工程南通试验段（K217+000～K217+804南通至南京方向）于2016年8月20日开始施工，路面铣刨至下面层，粘层采用普通不粘轮乳化沥青与弹性体改性后的不粘轮乳化沥青对比。

由对比可以看出，普通不粘轮乳化沥青不仅在现场抽样测试时延度脆断，60℃发生粘轮，而且在工程应用时也出现大量粘轮现象。

从现场应用状况可以看出，采用弹性体改性不粘轮乳化沥青应用时，不会出现粘轮状况，与抽样检查的结果完全吻合，具备一定的应用前景。

5 结论

通过添加不同玻璃化转变温度的弹性体乳液改性不粘轮乳化沥青，有效提升了不粘轮乳化沥青的低温延度和抗施工损伤性能。制备的不粘轮乳化沥青可在60℃不粘轮;制备不粘轮乳化沥青的蒸发残留物的软化点达到81.3℃，15℃延度达45.7 cm，附着力拉拔强度达到2.42 MPa，复合件拉拔强度为0.81 MPa。

阐明了弹性体乳液改性不粘轮乳化沥青的作用机理，不粘轮乳化沥青喷洒后，由于弹性体乳液的密度小于沥青，从而浮在沥青表面形成一层薄而密的隔离膜，隔离膜隔离了车轮与沥青接触，起到不粘轮的效果。

弹性体乳液改性的不粘轮乳化沥青在宁通高速公路广九段路面养护维修工程南通试验段中应用效果良好，施工过程中没有出现粘轮情况，各性能指标良好，在粘层材料上具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]孙培，韩森，吕晓霞，等.用于粘结层的高性能乳化沥青制备与性能评价[J].材料导报，2016（14）：125-129+144.

[2]王文峰，刘伟，吴春颖，等.一种黏层乳化沥青及其制备方法[P].江苏：CN104403335A，2015-03-11.

[3]张锐，徐鹏，郭彦强.丁苯胶乳对粘層用改性乳化沥青性能的影响[J].中外公路，2014（6）：223-225.