不同改性乳化沥青的路用性能研究

梅志

（九江市公路发展中心德安分中心，江西九江 330400）

0 引言

随着道路运营时间的增长，路面老化损坏现象日益严重。为了解决这一问题，学者们提出采用改性乳化沥青进行修补的策略。目前，改性乳化沥青主要有SBR 环氧改性乳化沥青和SBR 改性乳化沥青。许多学者对这两种改性乳化沥青进行研究，其中李自华通过研究，发现SBR 改性乳化沥青具有生产工艺简单、价格低廉等特点，被广泛应用于路面修建养护工程中[1]；孙晓立等对SBR 环氧改性沥青进行研究，发现SBR 环氧改性沥青能使乳化沥青具有很好的黏结性、高温稳定性及抗疲劳性，能够快速及时地修补路面，同时具有环保的优势[2]。现有的研究已取得一定的成果，但在对两种改性乳化沥青的对比研究方面还存在一些不足。

1 改性乳化沥青原材料

改性乳化沥青的主要原材料包括基质沥青、乳化剂、改性剂、稳定剂、环氧树脂及固化剂等，试验前对原材料的基本性能进行分析。

1.1 基质沥青

试验中所选用的基质沥青为70#沥青，基质沥青的基本性能试验结果如表1 所示。从表1 可知，此次试验所使用的基质沥青符合要求。

表1 70#基质沥青的基本性能试验结果表

1.2 乳化剂

试验中所使用的乳化剂为慢裂型乳化剂，呈褐色、糊状，乳化剂中离子的类型为阳离子，破乳所需的时间为3～5h[3]。

1.3 改性剂

试验中所采用的改性剂为SBR 丁苯合成乳胶改性剂，其基本性质如表2 所示。

表2 SBR 丁苯合成乳胶改性剂的基本性质表

1.4 稳定剂

试验中所采用的稳定剂为无水氯化铵，为白色、晶体状，与沥青的密度相近，能提高乳液颗粒的电位，增强乳化颗粒间的相互排斥，使乳化沥青保持稳定[4]。

1.5 环氧树脂

试验中所采用的环氧树脂为水性环氧树脂，没有刺激性气味，具体指标如表3 所示。

表3 水性环氧树脂的基本指标表

1.6 固化剂

试验中使用的固化剂基本指标如表4 所示。

表4 固化剂的基本指标表

1.7 水和pH 调节剂

试验所使用的水为饮用水，水的pH 值为6.7，所使用的pH 调节剂为盐酸，具有刺鼻性酸味，添加pH调节剂是为增强沥青材料的乳化性能，对水溶液的pH 值进行调整，以满足乳化剂的使用需求[5]。

2 不同改性乳化沥青路用性能分析

此次试验对比SBR 环氧改性乳化沥青和SBR 改性乳化沥青的路用性能，主要对其强度、水稳定性、高温稳定性及低温稳定性四种性能进行分析。

2.1 强度对比分析

按照规范要求制作两种沥青混合料并按照热拌沥青混合料马歇尔稳定度的试验方法对两组试样进行试验，试验过程如图1 所示，试验结果如表5 所示。

图1 马歇尔稳定度试验过程图片

表5 试验结果

从表5 中可以看出，SBR 环氧改性乳化沥青的强度值为6.52kN/m2，SBR 改性乳化沥青的强度值为3.75kN/m2，在添加环氧树脂后形成的SBR 环氧改性乳化沥青的强度提高约73.2%，说明添加环氧树脂能有效改善沥青混合料的强度[6]。

2.2 水稳定性

通过对两种不同的改性乳化沥青进行冻融劈裂试验测得试件的劈裂抗拉强度，同时为增加试验的可靠性，将每种改性乳化沥青分为两组，一组试件经过冻融循环处理，一组试件未经过冻融循环处理，每组试验4 个试件。试件劈裂抗拉强度按式（1）、式（2）和式（3）进行计算。

式（1）～式（3）中：R1表示未经冻融循环处理试件的劈裂抗拉强度，MPa；P1表示劈裂试验中所施加的荷载，N；h1表示试件的高度，mm；R2表示经冻融循环处理试件的劈裂抗拉强度，MPa；P2表示劈裂试验中所施加的荷载，N；h2表示试件的高度，mm；Q表示冻融劈裂强度比（%），由两组试件中所有试件的劈裂抗拉强度平均值相除得到[7]。

此次试验的结果如表6 所示。

表6 冻融劈裂试验结果表

从表6 中可以看出，在SBR 改性乳化沥青中，未经过冻融循环处理的试样劈裂试验所得到的抗压强度比经过冻融循环处理的试样大，其中未经冻融循环处理试验的劈裂强度平均值为0.447MPa，经过冻融循环处理的试验劈裂强度平均值为0.365MPa，其冻融劈裂强度比为81.56%，大于70%，说明SBR 改性乳化沥青的水稳定性满足要求；在SBR 环氧改性乳化沥青中，未经过冻融循环处理的试样劈裂试验所得到的抗压强度比经过冻融循环处理的试样大，其中未经冻融循环处理试验的劈裂强度平均值为0.343MPa，经过冻融循环处理的试验劈裂强度平均值为0.295MPa，其冻融劈裂强度比为86%，大于70%，说明SBR 环氧改性乳化沥青的水稳定性满足要求；对比SBR 改性乳化沥青与SBR 环氧改性乳化沥青可以发现，不论是未冻融循环处理的试样还是冻融循环处理后的试样，SBR 改性乳化沥青试样的劈裂抗拉强度较大，但冻融劈裂强度比却较小，说明SBR 环氧改性乳化沥青具有更好的水稳定性[8]。

2.3 高温稳定性

按照热拌沥青混合料车辙试验的方法对两种改性乳化沥青进行车辙试验，将每种改性乳化沥青分为两组，每组试验4 个试件。通过试验得到的动稳定度值分析两者的高温稳定性，试验结果如表7 所示。

表7 车辙试验结果表

从表7 中可以看出，在SBR 改性乳化沥青中，第一组试样的动稳定度平均值为2524.25 次/mm，第二组试样的动稳定度平均值为2525 次/mm，对照规范SBR 改性乳化沥青的高温稳定性可以满足要求；在SBR 环氧改性乳化沥青中，第一组试样的动稳定度平均值为3061.25 次/mm，第二组试样的动稳定度平均值为3060.5 次/mm，对照规范SBR 环氧改性乳化沥青的高温稳定性可以满足要求；对比SBR 改性乳化沥青与SBR 环氧改性乳化沥青可以发现，SBR 改性乳化沥青试样的动稳定度较小，说明SBR 环氧改性乳化沥青具有更好的高温稳定性[9]。

2.4 低温稳定性

通过低温弯曲试验对两种改性乳化沥青进行低温性能的对比分析，试验过程中将试样按尺寸要求切割成250mm、300mm 和350mm 的棱柱体，将这些试样放入防冻液水浴中养护45min 后取出进行小梁试件的低温弯曲试验，其间水浴的温度保持在-10℃，按照试样尺寸的不同将试验分为三组，分别编号为A、B、C，按式（4）、式（5）及式（6）进行计算，试验结果如表8 所示。

表8 小梁弯曲试验结果表

式（4）～式（6）中：R3表示试样破坏时的抗弯拉强度，MPa；P3表示试样中试样达到破坏时的最大荷载，N；L表示试样的跨径，mm；b表示试样的宽度，mm；h表示试样的高度，mm；d表示试样破坏的跨中扰度；ε表示试样破坏时的最大弯拉应变，uε；S表示试样破坏时的弯曲劲度模量，MPa。

从表8 中可以看出，在SBR 改性乳化沥青中，对比A1、B1、C1 三组试验可以发现，随着试样尺寸的增大，试验中试样破坏的荷载有所减小，但变化的幅度不大，试验跨中的扰度增大较为明显，抗弯拉强度、最大弯拉应变也有所增大；试样的弯曲劲度模量在逐渐减小；在SBR 改性乳化沥青中，对比A2、B2、C2 三组试验可以发现，随着试样尺寸的增大，试验中试样破坏的荷载出现先增大后减小的变化，试验跨中的扰度和最大弯拉应变变化幅度较小，但也是试样尺寸居中的跨中扰度值较大，抗弯拉强度和弯曲劲度模量在逐渐减小；说明试样的尺寸对改性沥青混合料的低温稳定性有一定影响。对比A1 与A2 组试验可以发现，在试样尺寸相同的情况下，A2 组试样在破坏时所需的荷载较大，跨中的扰度却较小，计算得到的弯拉强度和弯曲劲度模量也较大，最大弯拉应变却较小，说明在改性乳化沥青中加入环氧树脂能提高沥青混合料的强度，但会降低沥青混合料的低温抗变形能力，导致沥青混合料的脆性增大，说明SBR 改性乳化沥青比SBR 环氧改性乳化沥青具有更好的低温稳定性，但两种改性乳化沥青混合料的最大弯拉应变均大于2000uε，说明两种改性乳化沥青的低温稳定性均满足要求[10]。

3 结语

本文采用室内试验的方法对SBR 环氧改性乳化沥青和SBR 改性乳化沥青的路用性能进行研究。研究结果表明：在SBR 改性乳化沥青中加入环氧树脂形成SBR 环氧改性乳化沥青后，能有效提高沥青混合料的强度、水稳定性和高温稳定性，但会使沥青混合料的低温稳定性下降，不过依然可以满足规范的要求，在一定意义上提高了沥青混合料的耐久性能，使沥青混合料具有更好的路用性能。