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差别改性乳化沥青及其冷拌冷铺混淆料性能研究

宣布日期：

2024-11-06

摘要

要害词：乳化沥青 | 改性 | 改性乳化沥青混淆料 | 性能

接纳先乳化后改性要领制备SBR、SBS、水性环氧树脂(WEP)、VAE四种改性乳化沥青，基于改性乳化沥青蒸发残留物针入度、5℃延度、软化点、黏韧性试验确定zui佳改性剂掺量，基于室内试验比照剖析差别改性乳化沥青及其混淆料的性能。结果标明，掺加SBR、SBS、WEP、VAE四种改性剂均可以显zhu提高乳化沥青的高温性能和黏韧性，并能显zhu提高乳化沥青混淆料的力学性能、路用性能、抗疲劳性能和高温恒久稳定性。建议用于乳化沥青改性剂时，SBR、SBS、WEP、VAE四种改性剂用量以不凌驾5%为宜。

低碳、节能、环保沥青路面修建技术一直是公路工程行业的热点和难点[1-3]，以冷拌冷铺沥青混淆料替代热拌沥青混淆料，具有节约能源、�；で榭觥⒔档徒ㄉ璞厩偷扔攀�，已成为实现低碳交通的重要途径之一。随着实体工程应用和研究的不绝深入，加之使用历程中冷铺冷拌沥青混淆料爆发的松散、趁魅辙等早发性病害比较普遍，古板的乳化沥青混淆料显然已经不可满足ji端气候条件和重载交通的需要，工程中对乳化沥青混淆料提出了更高的要求，要求乳化沥青低温下具有更强的弹性和塑性，高温下具有更好的稳定性和结构强度，同时要求乳化沥青混淆料有更高的粘结强度和耐久性。在此配景下，季节等[4]、张庆等[5]研究了水性环氧树脂改性乳化沥青及其乳化沥青混淆料的路用性能与粘附特性。周卫锋等[6]研究了水性环氧树脂改性乳化沥青的性能，从高温性能考虑，建议水性环氧树脂的zui佳掺量为10%。李秀君等[7]研究了水性环氧树脂改性乳化沥青的粘结特性，结果标明，使用水性环氧树脂改性剂可以显zhu提高乳化沥青的层间粘结性。谢新宇等[8]研究了聚合物改性剂类型对改性乳化沥青性能的影响。张倩等[9]基于宏观性能与微观性状确定了SBR胶乳在SBR改性乳化沥青中的zui佳掺量为3.0%~3.5%。本研究划分接纳SBR、SBS、WEP、VAE乳液对乳化沥青进行改性，并对4种改性乳化沥青蒸发残留物性能、改性乳化沥青混淆料的力学性能、路用性能和耐久性进行比照，研究结果可为冷铺冷补乳化沥青混淆料的推广应用和改性剂的选择提供借鉴。

试验

试验原质料

基质沥青：辽宁盘锦宝莱生物能源有限公司生产的90#A门路石油沥青，其针入度为86.5(0.1mm)、软化点为47℃，10℃延度大于3750px，性能切合JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求；乳化剂：美德维实伟克CCR-5阳离子慢裂慢凝乳化剂，pH值为5~7，有效固含量为85%；SBS、SBR改性剂胶乳：均由美德维实伟克生产；VAE乳液：CP149型，南京某石化公司生产；水性环氧树脂(WEP)：E56型，其固化剂为胺类固化剂，WEP与固化剂的质量比为10:1。4种改性剂的主要技术性能见表1。水：自来水；集料：石灰岩碎石和石灰岩机制砂，其性能切合JTGF40-2004的要求。为了调理改性乳化沥青混淆料的胶浆状态、破乳时间和早期成型强度，在改性乳化沥青中添加了适量的P·O42.5水泥，其性能切合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的要求。

差别改性乳化沥青及其冷拌冷铺混淆料性能研究

改性乳化沥青的制备

接纳先乳化后改性工艺制备改性乳化沥青。牢固乳化沥青的固含量为63%，改变SBS、SBR、VEA和WEP的折固掺量划分为乳化沥青质量的1%、2%、3%、4%、5%、6%。改性乳化沥青制备办法为：

(1)加热基质沥青至150℃，同时加热水至70~80℃；

(2)在热水中加入盐酸，调理pH值至2~3，加入5%乳化剂，搅拌3min至均匀；

(3)开启胶体磨，将乳化剂水溶液加入胶体磨中，缓慢加入基质沥青，坚持80~90℃，以4500r/min的速率剪切20min完成乳化沥青制备(不掺改性剂的乳化沥青以下简称普通乳化沥青)；

(4)加入预定质量的乳化沥青改性剂，坚持乳液温度为80~90℃，在胶体磨中以1500r/min速率剪切3min，完成改性乳化沥青的制备。经测试，4种改性乳化沥青的1.18mm筛筛余量小于0.5%，蒸发残留物含量大于63%，水煮后改性乳化沥青与集料粘附面积接近100%，且4种改性乳化沥青均未泛起凝絮等破乳现象，改性剂胶乳与乳化沥青的配伍性良好。

试验计划

基于针入度评价体系中的25℃针入度、软化点、5℃延度试验、黏韧性试验评价改性乳化沥青残留物的性能。进而接纳修正马歇尔法确定改性乳化沥青的zui佳乳化沥青用量和zui佳拌和用水量，接纳通例三亨衢用性能试验、室内加速加载试验研究差别改性乳化沥青冷再生混淆料的路用性能和耐久性。

改性乳化沥青蒸发残留物性能

比照剖析改性剂种类和掺量对乳化沥青通例性能的影响。接纳蒸发法获取改性乳化沥青残留物，控制电热炉加热温度为100℃，包管水分欢喜，同时沥青不老化，然后将改性乳化沥青放入163℃烘箱中30min，确保水分已经完全蒸发。5℃针入度、软化点、5℃延度试验、黏韧性的试验要领凭据JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混淆料试验规程》进行，试验结果见图1。

差别改性乳化沥青及其冷拌冷铺混淆料性能研究

差别改性乳化沥青及其冷拌冷铺混淆料性能研究

差别改性乳化沥青及其冷拌冷铺混淆料性能研究

由图1可见：

(1)随着SBS、SBR、VAE和WEP掺量的增加，改性乳化沥青残留物的针入度减小，软化点、黏韧性zeng大；随着SBS、SBR掺量的增加，改性沥青的延度zeng大，而随着VAE和WEP掺量的增加，改性沥青残留物的延度减小。由此可见，掺加SBS、SBR、VAE和WEP均能显zhu改善乳化沥青的高温性能；VAE和WEP掺量越大，改性乳化沥青的低温性能越差。

(2)黏韧性是改性沥青试样在拉伸历程中所蒙受的拉力与拉伸长度的乘积，可以较全面地反应沥青试样的低温拉伸性能。掺入VAE和WEP后，改性沥青蒸发残留物的黏韧性试验结果与5℃延度变革趋势差别，随着VAE和WEP掺量增加，VAE、WEP改性沥青的黏韧性先提高后趋于稳定，标明在延度减小的同时，VAE、WEP改性乳化沥青的拉伸强度不绝提高，综合考虑拉伸强度和低温变形能力，VAE和WEP对乳化沥青的低温性能影响不大或略有提高。

(3)相同改性剂掺量下，4种改性乳化沥青残留物针入度的巨细排序为：SBR＞VAE＞WEP＞SBS，软化点崎岖排序为：WEP＞SBS＞VAE＞SBR，5℃延度巨细排序：SBS＞SBR＞WEP＞VAE，黏韧性巨细排序：SBS＞SBR＞VAE＞WEP，由此可见，WEP对乳化沥青高温性能的改善效果zui佳，SBR、SBS对乳化沥青的低温性能的改善作用zui明显。

(4)比照差别改性剂掺量下改性乳化沥青的针入度、延度、黏韧性和5℃延度的变革趋势，4种改性剂掺量在5%以内时，随改性剂掺量增加，针入度、延度和黏韧性变革明显；并且当改性剂掺量凌驾5%时，继续增加改性剂掺量对改性沥青残留物性能影响趋缓，综合考虑性能和工程经济性，4种改性剂的掺量均不宜凌驾5%，因此以下试验4种改性剂折固掺量均为5%。

改性乳化沥青混淆料的性能

改性乳化沥青混淆料的配合比设计

选用AC-10和AC-5两种矿料级配，合成级配见表2。凭据修正马歇尔乳化沥青用量预估公式预估AC-10的zui佳改性乳化沥青用量为9.5%，AC-5矿料级配的zui佳乳化沥青用量为10.8%。

差别改性乳化沥青及其冷拌冷铺混淆料性能研究

由图2可知，随着乳化沥青用量的增加，AC-10、AC-5乳化沥青混淆料的马歇尔稳定度均呈先zeng大后减小，以马歇尔稳定度峰值确定乳化沥青冷再生混淆料zui佳乳化沥青用量，并测试zui佳乳化沥青用量下的马歇尔密度和空隙率，结果见表3。

差别改性乳化沥青及其冷拌冷铺混淆料性能研究

由表3可知：

(1)关于AC-10乳化沥青混淆料，普通乳化沥青、SBR改性乳化沥青、SBS改性乳化沥青、WEP改性乳化沥青、VAE改性乳化沥青的zui佳用量划分为9.5%、10.0%、10.5%、10.5%、10.0%，zui佳乳化沥青用量下的空隙率介于4.6%~5.7%。关于AC-5乳化沥青混淆料，普通乳化沥青、SBR改性乳化沥青、SBS改性乳化沥青、WEP改性乳化沥青、VAE改性乳化沥青的zui佳用量划分为10.5%、11.5%、11.5%、11.5%、10.5%，zui佳乳化沥青下的空隙率介于5.9%~6.7%，相比普通乳化沥青混淆料，SBR、SBS、水性环氧树脂、VAE改性乳化沥青混淆料在zui佳乳化沥青用量下的马歇尔稳定度划分提高了35.2%、64.8%、51.9%、22.2%。AC-5、AC-10乳化沥青混淆料在zui佳乳化沥青用量下的马歇尔稳定度优于DB41/T1280-2016《溶剂型冷补沥青混淆料施工技术规范》划定的≥3.0kN要求，同时空隙率满足5.0%~7.5%的要求。

(2)相同改性剂，在zui佳乳化沥青用量下，AC-10乳化沥青混淆料的马歇尔稳定度大于AC-5乳化沥青混淆料。(3)相同混淆料类型，马歇尔稳定度巨细排序：SBS改性乳化沥青混淆料＞WEP改性乳化沥青混淆料＞SBR改性乳化沥青混淆料＞VAE改性乳化沥青混淆料＞普通乳化沥青混淆料。

力学性能

试验接纳AC-10矿料级配，在zui佳乳化沥青用量下成型试件，养生结束后基于劈裂强度试验、无侧限抗压强度试验、动态压缩模量试验、贯入剪切试验研究差别改性乳化沥青混淆料的强度特性。试验要领参照JTGE20-2011、JTGD50-2017进行，试验结果见表4。

差别改性乳化沥青及其冷拌冷铺混淆料性能研究

由表4可知，4种改性乳化沥青的劈裂强度、抗压强度、动态压缩模量和贯入剪切强度均高于普通乳化沥青混淆料。

1种改性乳化沥青中，以SBS和WEP改性乳化沥青混淆料的力学性能zui好，其次为SBR改性乳化沥青混淆料，VAE改性乳化沥青混淆料的力学性能相对zui差。与普通乳化沥青混淆料相比，掺加SBS、SBR、WEP和VAE改性剂后，4种改性乳化沥青混淆料的劈裂强度划分提高了47.4%、107%、78.9%、26.3%，抗压强度划分提高24%、49.4%、61.9%、16.4%，动态压缩模量划分提高了17.4%、29.6%、41.9%、11.5%，贯入剪切强度划分提高了14.7%、48.4%、59%、6.4%，标明使用改性沥青能显zhu提高乳化沥青混淆料的力学性能。4种改性乳化沥青混淆料的动态压缩模量抵达了9200~11700MPa，与JTGD50-2017推荐的常用沥青混淆料20℃条件下动态模量取值规模7500~11500MPa较接近，60℃贯入剪切强度大于0.8MPa，抗压强度抵达了4.12~5.73MPa，改性乳化沥青冷拌冷铺混淆料的力学性能抵达了热拌沥青混淆料的水平。

路用性能

凭据JTGD50-2015规范要求，接纳60℃趁魅辙试验、-10℃低温弯曲试验和浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验评价乳化沥青混淆料的三亨衢用性能。试验要领凭据JTGF40-2004进行，结果见表5。

差别改性乳化沥青及其冷拌冷铺混淆料性能研究

由表5可知：

(1)趁魅辙试验结果标明，普通AC-10、AC-5乳化沥青混淆料的动稳定度划分为2687、1556次/mm，体现出了良好的高温性能。关于AC-10矿料级配，掺加SBR、SBS、WEP和VAE后，相比普通乳化沥青混淆料动稳定度提高了20%、100.4%、156.7%、54.7%；关于AC-5矿料级配，掺加SBR、SBS、WEP和VAE后，相比普通乳化沥青混淆料动稳定度划分为提高了50.8%、164.3%、243.6%、123.4%。标明矿料级配越细，相应的改性沥青混淆料高温性能越差，掺加改性剂对AC-5乳化沥青混淆料高温性能改善效果优于AC-10乳化沥青混淆料。4种AC-10改性乳化沥青混淆料的动稳定度抵达3224~6898次/mm，其中以WEP对乳化沥青混淆料高温性能的改善效果zui佳(6898次/mm)，其次为SBS、VAE，SBR改性沥青混淆料的高温性能相对zui差，但也抵达3224次/mm。因此，对高温性能要求严苛的地区，应优考虑接纳WEP改性乳化沥青混淆料。

(2)低温弯曲试验结果标明，SBS、SBR改性乳化沥青混淆料的弯曲应变均抵达3000με以上，具有优良的低温抗裂性能，相同试验条件下AC-5比AC-10具有更好的低温抗裂性能，乳化沥青混淆料的整体柔韧性良好，SBS、SBR改性AC-5砂砾式乳化沥青混淆料可作为应力吸收层使用。相比普通乳化沥青混淆料，掺加SBR、SBS、WEP和VAE后，AC-5、AC-10改性乳化沥青混淆料的弯拉强度和弯曲应变均有明显提高，说明这4种改性剂对乳化沥青混淆料的低温性能均有一定的改善作用。

(3)水稳定性试验结果标明，5种乳化沥青混淆料的浸水马歇尔残留稳定度均大于85%，冻融劈裂强度比均大于80%，尤其是掺加SBS、SBR、WEP和VAE后改性乳化沥青混淆料的冻融劈裂强度比和马歇尔残留稳定度均抵达90%以上，4种改性乳化沥青混淆料均体现出优良的水稳定性，可应用于多雨湿热地区沥青路面冷铺罩面工程。

高温恒久稳定性

接纳南非进口的MMLS1/3试验设备模拟行车荷载对乳化沥青混淆料的疲劳损伤作用。MMLS1/3试件厚80mm，试验温度60℃，接地压强0.7MPa，试验胶轮加载速率为7.2km/h，差别加载次数下试验胶轮轮迹正下方的趁魅辙深度生长纪律试验结果见图3。

差别改性乳化沥青及其冷拌冷铺混淆料性能研究

由图3可知：

(1)随着胶轮加载次数增加，5种乳化沥青混淆料在试验荷载作用下的爆发的趁魅辙深度连续zeng大，与此同时，趁魅辙增长速率逐渐减小，加载5万~10万次后，趁魅辙深度随加载次数zeng大速度趋缓，此时趁魅辙生长进入稳定迁移期。

(2)相同加载次数下，改性乳化沥青冷再生混淆料的趁魅辙变形量明显小于普通乳化沥青冷再生混淆料，其中SBS、WEP改性乳化沥青混淆料的趁魅辙变形量相对zui小，同时稳定迁移期趁魅辙增长速率也较小。试验历程中，5种乳化沥青混淆料并未泛起明显的松散或爆发较大裂纹，体现出了优良的抗疲劳耐久性能。加载120万次时，SBR、SBS、WEP、VAE改性乳化沥青混淆料的趁魅辙变形量比普通乳化沥青混淆料划分降低了32.3%、55.1%、49.2%、43.9%，可见掺加4种改性剂均能显zhu改善乳化沥青混淆料在高温连续荷载作用下的恒久稳定性，4种改性乳化沥青混淆料在高温连续荷载作用下的抗变形稳定性崎岖排序为：SBS＞WEP＞VAE＞SBR。

结论

(1)掺加SBR、SBS、WEP、VAE四种改性剂均能显zhu提高乳化沥青的高温性能。SBS、SBR能显zhu改善乳化沥青的低温性能，WEP和VAE对乳化沥青的低温性能改善不明显或略有负面影响，综合考虑乳化沥青蒸发残留物的性能和工程经济性，建议用于乳化沥青改性剂时，SBR、SBS、WEP、VAE四种改性剂的掺量均以不凌驾5%为宜。

(2)SBR、SBS、WEP、VAE四种冷拌冷铺改性乳化沥青混淆料的力学性能和路用性能均可抵达热拌沥青混淆料相同技术性能。建议将SBS、WEP和VAE改性乳化沥青混淆料应用于南方湿润、高温多雨地区，SBR改性乳化沥青可用于我国北方等严寒地区。

(3)掺加SBR、SBS、WEP、VAE均可显zhu提高乳化沥青混淆料的高温恒久稳定性，4种改性乳化沥青混淆料在高温连续荷载作用下的抗疲劳耐久性和抗变形稳定性崎岖排序为：SBS＞WEP＞VAE＞SBR。

参考文献：

[1]王宏.聚酯纤维对TPS改性沥青及其混淆料抗裂性能研究[J].公路,2015(5):209-213.

[2]王宏,刘锋,差别成型方法泡沫沥青冷再生混淆料细微观结构性能研究[J].公路交通科技,2016,33(2):19-27.

[3]曹丽萍,王兴隆,谭忆秋.乳化沥青冷再生混淆料初期性能评价山.石油沥青,2017(1):6-11.

[4]季节,刘禄厚,索智.水性环氧树脂改性乳化沥青混淆料性能[J].北京工业大学学报,2018,44(4):568-576.

[5]张庆,郝培文,白正宇.水性环氧树脂改性乳化沥青制备及其黏附性研究[J].公路交通科技,2015,32(9):9-14

[6]周卫峰,董利伟,宋晓燕.水性环氧树脂改性乳化沥青高温性能试验研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2019,37(9):55-59.

[7]李秀君,惠致富,严慧忠.水性环氧树脂改性乳化沥青黏结性能试验剖析[J].建筑质料学报,2019,21(1):160-166.

[8]谢新字,尹艳,平曹进.聚合物改性剂类型对改性乳化沥青性能的影响[J].公路,2013(11):170-174.

[9]张倩,孙好好,温志广.基于宏观性能与微观性状确定 SBR 胶乳在 SBR 改性乳化沥青中的最佳添加量[J].质料科学与工程学报,2018,27(2):305-310.

全文完宣布于《新型建筑质料》2020年4月。作者简介：苑敏，女，1971年生，副教授。

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PaveMLS11小型1/3尺寸路面加速加载测试设备

通常的趁魅辙测试设备，仅对路面质料进行很是慢速的加载丈量，不可模拟真实交通情况，不可模拟真实车轮碾压，也不可进行重复加载。相比之下，PaveMLS11这一套路面加速加载测试设备，可在路面上进行实际加载。通过PAVETEST?操作软件，PaveMLS11的荷载可进行成比例盘算加载，以确保轮压和真实路面状态上的全部尺寸车辆车轮加载坚持同一水平。因此，PaveMLS11的试验结果可用于模拟通例的真实荷载状态，设备可直接用于研究路面上层125mm厚的沥青层路面性能（无论是实验室路面照旧现场路面）。因此，此小型加速加载设备关于研究现场真实路面状态上的全部尺寸车辆车轮加载下路面性能研究，具有很是名贵的价值。

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产品特点

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▍加载轮宽度80mm，在横向移动系统启动后加载宽度可达230mm

▍特殊巧妙的荷载单位设计结构，使得路面不平的情况下加载轮对地荷载依然是稳定的

▍设备有外地手动和远程自动两种控制方法，在远程模式下软件可以纪录设备高度，情况温度，路面温度和门路内部温度及加载速度、次数等信息

▍设备配置有胎压监测系统，在爆发爆胎或者胎压缺乏的情况设备自动警报并�；�

▍设备有多种试验方法，可以在实际门路上进行试验，也可以使用配置的大尺寸震动轮碾成型机，在实验室内成型试验门路进行试验，或者在实际门路上取芯，将芯样安排在实验室底座内进行试验，或者直接将实际门路取样到实验室内进行试验

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▍小型加速加载设备配置断面仪，可以在加载后丈量路面趁魅辙，同时可以利用趁魅辙与加载次数的关系预测实际门路趁魅辙生长纪律

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