湿热地区高性能薄层改性沥青路用性能研究

王富强 李卫宁

文章选用SBS、PAV、环氧树脂三种不同类型的改性材料，制备了七种不同掺量的改性沥青进行对比实验，研究其粘附性、高温稳定性能和耐腐蚀性能，旨在制备高性能沥青以满足湿热地区薄层罩面的路用要求。研究结果表明：复掺3% SBS+3% PVA+4%水性环氧树脂改性沥青的综合性能优于其他掺入方案，推荐采用。

改性材料;高性能沥青;耐腐蚀

U416.217A020043

基金项目：

2021年度广西高校中青年教师基础能力提升项目

（2021KY1138）;2019年度广西交通职业技术学院科学研究重点课题

（JZY2019KAZ06）

作者简介：

王富强（1971—），工程师，在职研究生，主要从事建筑材料研究工作;

李卫宁（1974—），教授，硕士，主要从事再生混凝土材料研究工作。

0 引言

薄层罩面能够在较短的施工周期内修复道路的轻型病害，提高道路行驶安全和使用寿命，因此被越来越广泛地应用于公路工程中。湿热地区全年高温时间长、降雨分布集中，则要求使用更高性能的改性沥青，避免薄层罩面过早损坏。本文选用SBS、PAV、环氧树脂三种不同类型的改性材料，由基质沥青与一种或一种以上改性材料混合进行对比试验研究其性能，旨在制备高性能沥青乳液满足湿热地区薄层罩面的路用要求。研究结果可为以后的实际工程和进一步的理论研究提供参考。

1 原材料及制备

1.1 原材料

本文以中石油重交沥青70#为基质沥青，由基质沥青与一种或一种以上改性材料混合，配制高性能改性沥青，进而进行对比实验研究其路用性能。基质沥青技术指标如表1所示。

1.2 制备

基质沥青与改性材料混合方法和混合顺序对改性沥青的性能有重要影响，本次试验研究中采用先改性后乳化的制备方法。首先用乳化机将常温下的改性材料和热乳化剂溶液（60 ℃～70 ℃）进行混合，然后立即将混合物和熔融沥青（120 ℃～130 ℃）放入相容剂中，按指定剪切时间进行剪切搅拌，取出后发育一定时间，制备完成。

2 试验方法与结果分析

2.1 粘附性和高温稳定性能试验

按照标准试验T0604-2011、T0606- 2011对乳化沥青进行粘附性、高温稳定性试验。试验结果如表2及图1、图2所示。

表2及图1结果表明，改性沥青的针入度较基质沥青和未改性乳化沥青有所提高。环氧树脂、SBS、PAV三种改性材料均提高了乳化沥青的针入度和软化点。表2、图1及图2结果表明，无论SBS为10%或3.0% ，随着SBS掺量的增大，都呈现出针入度增大、软化点升高的变化趋势，表明SBS掺量增大，沥青粘附性和高温稳定性逐渐提高。对于单掺改性材料，SBS从0%增加到10%时较其他单掺改性材料粘附性和高温稳定性提高64%和55%。对于复掺改性材料，无论水性环氧树脂为5.0%或4.0% ，随着SBS掺量的增大，都呈现针入度增大、软化点升高的变化趋势;随着PVA掺量的增大，都呈现针入度减小、软化点降低的变化趋势。

这是由于水性环氧树脂具有良好的黏性而SBS具有良好的柔韧性;环氧树脂与 SBS相互作用形成空间网络，制约了乳化沥青颗粒的位移和乳化沥青胶体的流动，因此均可改善其粘附性和高温稳定性能。而PVA的加入使沥青中的饱和酚及胶质减少，沥青质增加，芳香酚几乎不变，外观上表现为沥青变硬且流动性变小，导致针入度、软化点降低。

对比以上三种改性材料分析可知，单掺SBS和复掺SBS+PVA+水性环氧树脂的针入度和软化点相差不大，在同时满足技术要求的情况下考虑成本应优先选用SBS+PVA+水性环氧树脂复合改性沥青。

2.2 耐腐蚀性试验

沥青路面长期裸露在大自然中，大量的汽车尾气及生活使用煤使大气中氮氧化物含量逐年提升，雨水的pH值大部分为酸性。水、空气及路面上汽车燃油和机油撒漏等综合作用，使沥青路面粘结力降低，路面使用寿命缩短。

基于以上原因，试验制备试件与表2材料用量相同，所有试件的初始重量均为2.5 g±0.1 g。将试件分别浸泡在75 ml煤油和75 ml 5%盐酸的烧杯中，以检验其耐腐蚀性。按时间间隔分别为10 min、20 min、40 min、60 min、90 min和120 min，从浸泡溶液中取出试件，用滤纸沁干，随后称重。试验结果如表3及图3、图4所示。

根据式（1）计算重量损失比：

Rwt=Wi（t）/W0（1）

式中：

Rwt——重量损失比（%）;

Wi（t）——浸泡时间 t（min）时试样的重量（g）;

W0——初始重量（g）。

耐腐蚀性试验结果如图3、图4所示。

表3及图3、图4结果表明，对于所有样本的Rwt随浸泡时间增长而减小。

在煤油浸泡120 min后，单掺改性材料的Rwt为50%～70%;复掺改性材料的Rwt为75%～85%。复掺SBA+PVA+环氧树脂后Rw较未改性提高了88%。改性材料在煤油中的重量损失是由于改性材料和沥青的相互作用，沥青分子有部分扩散渗入到改性材料颗粒中。煤油可溶于沥青组分中的芳烃和饱和烃，但其中的胶质和沥青质几乎不溶于煤油，因此并不是所有的沥青分子都能够完全扩散渗入到改性材料颗粒中，仍然保留较高重量比的胶质和沥青质。Rwt值表明掺入改性材料可提高改性沥青的耐燃性能为82%～88%。

在5%盐酸中浸泡120 min后，单掺改性材料的Rwt为45%～65%;复掺改性材料的Rwt为90%～95%。复掺SBA+PVA+环氧树脂后Rw较未改性提高了93%。当改性材料与沥青混合，改性材料中的聚合物颗粒吸附沥青中的油分，基质沥青部分油分因为吸附而变得粘稠。盐酸作用下沥青质含量增大、芳香酚含量减小，饱和酚和胶质含量基本不变。Rwt值表明掺入改性材料可将改性沥青的耐酸性能提高87%～93%。

3 结语

本文以 SBA、 PVA、环氧树脂三种不同类型的聚合物为原料，制备了七种不同掺量的改性沥青。上述研究与分析可知单掺或复掺改性材料的影响如下：

（1）在乳化沥青中按不同掺量单掺或复掺改性材料均可改善改性沥青的粘附性和高温稳定性。

（2）单掺 10% SBS和复掺3% SBS+3% PVA+4% 水性環氧树脂改性沥青，软化点温度从41 ℃分别提高到130 ℃和126 ℃。

（3）在煤油浸泡120 min后，复掺SBA+PVA+环氧树脂后Rw较未改性提高了88%。Rwt值表明掺入改性材料可将改性沥青的耐燃性能提高82%～88%。

（4）在5% 盐酸中浸泡120 min后，复掺SBA+PVA+环氧树脂后Rw较未改性提高了93%。Rwt值表明掺入改性材料可将改性沥青的耐酸性能提高87%～93%。

（5）对比以上三种改性材料分析可知，复掺3% SBS+3% PVA+4% 水性环氧树脂改性沥青综合性能优于其他掺入方案，推荐采用。

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