基质沥青对微表处性能的影响研究

基质沥青对微表处性能的影响研究

蒋世娇

四川省公路规划勘察设计研究院有限公司  四川成都  610000

摘要：为了研究不同的基质沥青对微表处用改性乳化沥青以及微表处混合料性能的影响，选用4种不同品牌的70号沥青制备了SBR改性乳化沥青，并对改性乳化沥青以及其制备的微表处混合料的综合性能进行了对比分析。结果表明：基质沥青种类对改性乳化沥青以及微表处混合料的性能都有较大的影响，但基质沥青的常规性能与乳化沥青的乳液稳定性以及残留物性能之间并无明显的相关关系；4种基质沥青中，微表处混合料拌和施工性能最好的为中海沥青，最差的为金陵沥青，而综合路用性能性能相对较好的为中海和壳牌沥青，相对较差的为金陵和镇海沥青，在实际工程施工过程中，改性乳化沥青采用的基质沥青经过配合比设计验证后，不应随意替换基质沥青的品牌及种类。

关键词：基质沥青；乳化沥青；微表处；施工性能；路用性能

1引言

微表处是一种施工便捷、对交通影响小、绿色环保、成本低廉的预防性养护措施，广泛应用于高速公路以及国省干道的路面养护施工中，可以起到提高抗滑、防止雨水下渗、延缓沥青层老化以及病害发展速度的作用。在微表处混合料体系中，乳化沥青和集料的类型及品质是影响混合料施工性能以及路用性能的重要因素。李萍[1]研究了不同岩性集料对微表处混合料性能的影响，结果表明碱性集料混合料的可拌和时间最长，而酸性集料的可拌和时间最短。弓锐[2]研究了集料砂当量对微表处混合料性能的影响，表明随着集料砂当量的增加，混合料粘聚力逐渐提升，湿轮磨耗与负荷粘砂则逐渐减小。徐剑[3]研究了集料砂当量、温度、外加剂等因素对微表处混合料性能的影响，表明砂当量对混合料的拌和时间影响很大。改性乳化沥青是微表处混合料中的胶结料，对混合料的施工性能以及路用性能都有着显著的影响，施工性能的影响很大程度上取决于乳化剂的性能[4-5]，而乳化沥青残留物的性能以及混合料的路用性能则受改性剂类型以及掺量影响较大。吕虎娃[6]研究了SBR胶乳用量对微表处性能的影响，表明SBR可以明显改善乳化沥青残留物的高低温性能指标；石福周[7]采用SBR和水性环氧复合改性的方式制备了乳化沥青，制备的微表处混合料在抗水损以及耐磨耗等性能方面表现优异；黄志军[8]通过对制备的SBS改性乳化沥青进行了性能研究，表明其微表处混合料相对于传统的SBR改性乳化沥青混合料在粘结强度、抗水损害以及抗高温性能等方面具有更好的性能。

综上所述，目前针对微表处性能影响因素的研究多集中在集料、改性剂以及乳化剂等方面，而针对乳化沥青中的基质沥青对微表处性能的影响研究则较少。沥青乳化成为水溶性液体的目的更多地是为了能够获得常温下施工的性能，而微表处混合料在摊铺完成后，随着水分逐渐挥发，最终在混合料体系中起胶结作用的仍是乳化沥青残留物，即基质沥青和改性剂以及乳化剂等的混合料，而基质沥青在其中占据着绝大部分比例，对混合料的性能也会带来一定的影响。因此，本文采用4种不同的70号沥青（中海、壳牌、金陵、镇海）进行改性乳化沥青的制备，分析各乳化沥青的性能，并进行微表处混合料的性能研究，从而分析不同的基质沥青对微表处性能的影响，为微表处生产及施工时基质沥青的选择提供参考。

2原材料

2.1基质沥青

改性乳化沥青生产所用的基质沥青分别采用中海70号、壳牌70号、金陵70号以及镇海70号沥青，4种基质沥青的基本性能指标如表1所示。

表1 基质沥青技术指标

由表1中结果可以看出，4种基质沥青的性质有较大的差异，其中金陵70号的10℃延度最低，而中海70号的软化点最低。

2.2改性乳化沥青

改性乳化沥青由室内采用小胶体磨制备，改性剂采用SBR胶乳，品牌型号为英杰维特公司的1469型胶乳改性剂，胶乳在乳化沥青制备过程中加入胶体磨中一起循环剪切；乳化剂采用英杰维特公司的慢裂快凝型MQ3乳化剂；各材料比例及乳化沥青制备工艺如表2所示。

表2 改性乳化沥青各材料配比及制备工艺

2.3集料

5~10mm和3~5mm规格的粗集料选用四川峨眉地区的玄武岩碎石，0~3mm的细集料选用石灰岩机制砂，各档集料的筛分结果如表3所示，细集料的部分性能指标结果如表4所示。

表3 各集料筛分结果

表4 石灰岩机制砂技术指标

3试验方案

3.1混合料级配

混合料类型选用规范中MS-3型级配，各集料以及水泥的配比如表5所示，掺配得到的拟合级配曲线如图1所示。

表5 各原材料的掺配比例

图1 混合料拟合级配曲线图

3.2混合料性能试验

采用不同基质沥青制备得到的4种改性乳化沥青按照表5中的集料掺配比例进行混合料拌制，混合料油石比均采用6.4%，并依据JTG E20《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》以及《微表处和稀浆封层技术指南》对混合料进行可拌和时间、粘聚力、1h湿轮磨耗、负荷粘砂以及轮辙变形试验，评价沥青混合料的施工性能以及综合路用性能。

4结果与讨论

4.1改性乳化沥青试验结果分析

4种基质沥青制备的改性乳化沥青的性能指标结果如表6所示。

表6 不同改性乳化沥青性能指标

由表6中的结果可以看出，改变基质沥青的种类，而其余材料及工艺一致的情况下，制备的改性乳化沥青性能有较大的差异。从蒸发残留物的性能指标来看，金陵的残留物软化点最高，而中海的残留物软化点最低，壳牌的残留物延度要明显低于其他3种基质沥青，而从表1中结果可以看到，壳牌基质沥青的10℃延度并不是最差，比中海以及金陵沥青的延度都要高，这说明基质沥青的低温延度对改性乳化沥青残留物延度的影响较小。从乳化沥青乳液稳定性来看，中海和壳牌的稳定性相对较好，均能满足规范的要求，而金陵和镇海的稳定性则明显较差，已不能满足规范的技术要求，改性乳化沥青储存稳定性可能主要受乳化剂、基质沥青、改性剂三者之间的配伍性而影响，与基质沥青的基本性能之间无明显的相关关系。将4种基质沥青的针入度和软化点分别与对应的改性乳化沥青残留物的针入度和软化点作图，如图2和图3所示。

图2 基质沥青与改性乳化沥青残留物针入度对应关系图

图3 基质沥青与改性乳化沥青残留物软化点对应关系图

由图2和图3中结果可以看出，基质沥青的针入度和软化点与改性乳化沥青残留物的针入度和软化点之间并没有很好的对应关系，相关系数很低，说明在SBR改性乳化沥青中，影响残留物性能的主要是改性剂。不同的基质沥青也会影响残留物的性能，其影响可能主要体现在基质沥青不同的化学组分所带来的沥青与SBR改性剂两者之间的配伍性有所差异，从而使得同样的改性剂可能对不同的基质沥青带来不一样的改性效果。

4.2微表处混合料试验结果分析

4.2.1可拌和时间的影响

将4种改性乳化沥青在油石比6.4%的条件下，按照表5中的材料配比进行微表处混合料拌制，变化不同的用水量，进行可拌和时间的测试，试验结果如图4所示。

图4 不同乳化沥青的微表处混合料可拌和时间随用水量变化图

由图4可以看出，随着外加用水量的增加，混合料可拌和时间都基本呈线性增加的趋势，4种不同沥青的可拌和时间差异较大，其中中海沥青的拌和施工性能最好，可拌和时间最长，而金陵70号的可拌和时间最短，其施工性能最差。

4.2.2路用性能的影响

根据前述拌和试验得到的在混合料可拌和时间达到120s时的外加用水量作为混合料路用性能试验时的用水量，其中，中海沥青采用5.2%，壳牌沥青采用5.6%，金陵沥青采用5.8%，镇海沥青采用5.4%，各混合料的性能指标结果如图5所示。

（a）粘聚力                                     （b）1h湿轮磨耗

（c）负荷粘砂                                    （d）宽度变化率

图5 不同乳化沥青微表处混合料的性能试验结果

由图5中的结果可以看出，4种混合料中，粘聚力结果由大到小排序为：镇海>金陵>中海>壳牌，1h湿轮磨耗试验结果由好到差的顺序为：中海>壳牌>金陵>镇海，负荷粘砂的试验结果由好到差排序为：壳牌>中海>金陵，轮辙变形宽度变化率的试验结果由好到差排序为：中海>壳牌>金陵>镇海，其中，镇海沥青的混合料由于在轮辙试验过程中试件发生了严重损坏，无法进行宽度变化率的测试，因此未列出试验结果。基质沥青类型不同，微表处混合料的路用性能有很大差异，不同的路用性能也表现出不同的规律排序。综合对比各项性能指标结果可以看出，中海沥青制备的改性乳化沥青表现出的性能最优，其次是壳牌沥青，而金陵沥青和镇海沥青则相对较差。基质沥青对改性乳化沥青以及微表处混合料的影响较大，在实际工程施工中，基质沥青种类的选择应谨慎，而在经过配合比设计验证了改性乳化沥青和混合料各项性能指标满足要求后，乳化沥青中基质沥青的品牌也不应随意改变，否则可能会对混合料的性能带来较大的影响。

5结论

采用中海70号、壳牌70号、金陵70号以及镇海70号4种不同的基质沥青在相同的条件下制备了改性乳化沥青，并对不同的乳化沥青以及微表处混合料性能进行了研究，得出了以下结论：

（1）基质沥青的种类对改性乳化沥青的性能有显著影响，主要体现在乳化沥青残留物的软化点、乳液稳定性等方面，基质沥青的常规性能与改性乳化沥青的残留物性能以及乳液稳定性之间相关性较小，乳化剂、基质沥青、改性剂之间的配伍性可能是较主要的影响因素。

（2）不同基质沥青制备的改性乳化沥青在微表处混合料施工性能以及路用性能方面表现出很大的差异。4种基质沥青中，拌和施工性能最好的为中海，最差的为金陵；综合路用性能相对较好的为中海与壳牌沥青，而金陵和镇海沥青则表现出的性能较差。

参考文献

[1]李萍.集料对微表处混合料技术性能的影响机理[J].公路工程,2016,41(01):152-156.

[2]弓锐,弥海晨.微表处稀浆混合料路用性能影响因素研究[J].内蒙古科技与经济,2017(21):85-87.

[3]徐剑,秦永春.微表处混合料可拌和时间的影响因素[J].公路交通科技,2002(01):4-7.

[4]居浩,黄晓明.微表处混合料性能影响因素研究[J].公路,2007(07):212-218.

[5]肖晶晶,宋哲玉,王振军.微表处混合料可拌和时间的多因素影响规律研究[J].公路,2008(12):164-168.

[6]吕虎娃,袁斌,南兵章.SBR胶乳改性剂用量对乳化沥青及微表处性能影响[J].公路交通科技(应用技术版),2015,11(12):118-120.

[7]石福周,贾小军,王震等.复合改性乳化沥青的制备及其微表处混合料路用性能[J].兰州理工大学学报,2021,47(02):138-143.

[8]黄志军,刘伟铭,胡学斌.一种用于微表处的乳化SBS改性沥青的试验研究[J].中外公路,2014,34(05):302-306.DOI:10.14048/j.issn.1671-2579.2014.05.069.