SBS/SBR复合改性乳化沥青的性能研究

弓锐， 郭彦强， 徐鹏

(西安公路研究院， 陕西 西安 710065)

超薄磨耗层具有强度大、平整度和抗滑性能好的特点，主要用于高速公路路面养护施工。超薄磨耗层与下承层之间的黏结效果是这项技术的关键。目前多使用乳化沥青、改性乳化沥青作为黏层材料。但作为超薄磨耗层黏层材料存在如：乳化沥青、SBR改性乳化沥青的性能不理想，SBS改性乳化沥青难生产、稳定性差等不足。鉴于此，该文采用SBS改性乳化沥青与SBR改性剂复配的方式，研制高黏改性乳化沥青，使其满足PCR型改性乳化沥青与超薄磨耗层用改性乳化沥青的指标要求，并具有良好的层间黏结效果。

1 原材料

(1) 基质沥青。采用SKA-90#，各项指标如表1所示。

表1 SKA-90#基质沥青的主要性能指标

(2) SBS改性剂。 SBS改性剂的技术指标如表2所示。

(3) 降黏剂。在乳化SBS改性沥青时，需要添加降黏剂使其易于乳化，降黏剂的指标如表3所示。

(4) SBR改性剂。SBR改性剂为液体，有效含量为60%，其技术指标如表4所示。

表2 SBS改性剂性能指标试验结果

表3 降黏剂性能指标

(5) 乳化剂。乳化剂为国产阳离子快裂型乳化剂，其技术指标见表5。

2 改性乳化沥青的制备

2.1 改性沥青

在基质沥青SKA-90#中，采用不同SBS改性剂掺量生产出SBS改性沥青，改性沥青检测结果如表6所示。

表4 SBR改性剂性能指标

表5 乳化剂技术指标

表6 不同掺量SBS的改性沥青检测结果

由表6可得：随着SBS改性剂用量的增加，改性沥青的软化点明显提高，延度值略有提高，针入度值略有降低，这就给沥青的乳化增加了难度，因此需要使用降黏剂，使其易于乳化。

2.2 降黏剂用量的确定

采用SBS改性剂掺量为5%的改性沥青，掺加不同用量的降黏剂，通过对改性沥青指标的检测和比较，从中选择出降黏剂的最佳用量。

表7 不同降黏剂掺量的改性沥青检测结果

由表7可知：

(1) 降黏剂的使用可以更有效地提高弹性恢复，降低改性沥青的软化点和黏度，利于乳化。

(2) 降黏剂掺量大于 4%后，黏度值降低不明显，因此采用4%的降黏剂掺量进行后续试验。

2.3 乳化SBS改性沥青

对不同SBS改性剂用量(1%～5%)的SBS改性沥青进行乳化，降黏剂掺量为4%，乳化剂用量为2%，稳定剂用量为0.1%，具体乳化结果见表8。

表8 改性乳化沥青乳化现象

由表8可知：确定用于生产SBS改性乳化沥青的SBS改性剂的掺量为1%～3%。

SBS改性剂掺量为1%、2%和3%时，对所生产的改性乳化沥青进行主要指标检测，结果见表9。

由表9可知：改性剂掺量为2%～3%的SBS改性乳化沥青指标满足规范PCR型改性乳化沥青的技术要求，但是软化点、弹性恢复指标未能满足超薄磨耗层技术要求。

表9 SBS改性乳化沥青检测结果

2.4 SBS/SBR复合改性乳化沥青

由于SBS改性乳化沥青的部分指标不能满足超薄磨耗层黏层技术要求，研究中在改性乳化沥青的基础上复配SBR改性剂，研制出SBS/SBR复合改性乳化沥青，使其满足超薄磨耗层用黏层改性乳化沥青的要求。

在改性剂掺量为2%和3%的SBS改性乳化沥青中分别掺加不同用量的SBR改性剂，并检测主要技术指标，结果见表10。

表10 SBS/SBR复合改性乳化沥青检测结果

注：破乳速度：快裂。

由表10可得：

(1) 2%SBS改性乳化沥青+3%SBR改性剂的复合高黏改性乳化沥青和3%SBS改性乳化沥青+2%SBR改性剂的复合改性乳化沥青技术指标满足超薄磨耗层黏层用改性乳化沥青技术要求。

(2) 综合检测结果及改性乳化沥青的经济性，最终确定超薄磨耗层黏层用SBS/SBR复合高黏改性乳化沥青的材料组成为：2%SBS改性乳化沥青+3%SBR改性剂。

2.5 SBS/SBR复合改性乳化沥青检测

按照上节中确定的材料组成，生产SBS/SBR复合改性乳化沥青并进行检测，结果如表11所示。

表11 SBS/SBR复合改性乳化沥青检测结果

2.6 小结

通过以上试验可得：，SBS/SBR复合改性乳化沥青的材料组成及生产工艺为：SBS改性剂掺量为2%，降黏剂掺量为4%，乳化剂用量为2%，稳定剂用量为0.1%，SBR改性剂用量为3%。生产乳化沥青时，乳化剂溶液温度为70 ℃，沥青温度为170 ℃。

3 层间黏结效果检验

3.1 层间拉拔试验

采用美国DeFelskoAT-A附着力测试仪，分别采用SBR改性乳化沥青、SBS改性乳化沥青和高黏复合改性乳化沥青作为黏结材料，分别涂抹在预制水泥板和湿轮磨耗试件上，通过液压对这两种界面上特定面积的黏层材料进行拉拔试验，比较这几种材料的层间黏结效果。

具体试验步骤如下：

(1) 制作30 cm×30 cm×5 cm的水泥混凝土板，将表面用钢刷打毛，去除表面浮浆。

(2) 制作湿轮磨耗试件，在60 ℃烘箱中养生24 h后拿出，放置常温。

(3) 用记号笔在水泥板和湿轮磨耗试件上分别划出若干5 cm×5 cm的方格。

(4) 将黏结材料按照1.0 kg/m2的用量分格进行涂抹。

(5) 将试验用定子直接放在黏层材料上，放置2 d后进行拉拔试验。

3.2 试验结果

按照3.1节的试验方法，得到试验结果见表12。

表12 改性乳化沥青层间拉拔试验结果

由表12可知：

(1) 将改性乳化沥青分别涂刷在湿轮磨耗试件上及水泥板上，层间的黏结效果略有不同。在湿轮磨耗试件上的黏结效果优于水泥板。

(2) 比较3种黏结材料的黏结效果，SBS/SBR复合改性乳化沥青的黏结效果明显要优于SBS改性乳化沥青和SBR改性乳化沥青。

4 结论

研究并确定了SBS改性剂和降黏剂在SBS改性沥青中的用量，在此基础上确定了SBR改性剂在SBS改性乳化沥青中的添加量，研制出高黏高含量的符合超薄磨耗层黏层技术要求的SBS/SBR复合改性乳化沥青，具体结论如下：

(1) 随着SBS改性剂用量的增加，改性沥青的软化点明显提高，延度值略有提高，针入度值略有降低，改性沥青的乳化难度有所增加。

(2) 确定了SBS改性剂和降黏剂的最佳掺量，分别为2%和4%。

(3) SBS/SBR复合改性乳化沥青的材料组成及生产工艺为：SBS改性剂掺量为2%，降黏剂掺量为4%，乳化剂用量为2%、，稳定剂用量为0.1%，SBR改性剂用量为3%，乳化剂溶液温度为70 ℃，沥青温度为170 ℃。

(4) 采用SBS/SBR复合改性乳化沥青作为超薄磨耗层黏层较SBS改性乳化沥青，软化点及弹性恢复值都得到了提高。

(5) SBS/SBR复合改性乳化沥青的黏结效果要优于SBS改性乳化沥青和SBR改性乳化沥青。在水泥板界面上拉拔强度较SBS改性乳化沥青和SBR改性乳化沥青提高34.8%和72.0%。在湿轮磨耗板界面上拉拔强度较SBS改性乳化沥青和SBR改性乳化沥青提高20.7%和66.7%。