SBR改性乳化沥青性能影响因素分析

王志福

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 微表处养护技术

1.1 技术特征

改性乳化沥青是微表处养护技术的重要原材料，其将矿料、集料聚合物改性乳化沥青、添加剂和水按照特定比例拌和后摊铺到路面表层，以弥补路面微小缺陷，提高摩擦，减少路面松散[1]。最终达到延缓路面老化提高路面使用性能的目的。

1.2 使用范围

微表处主要适用于路面松散或磨耗较为严重的情况；轻度横向、纵向块状裂缝；轻、中度泛油或不平整路面以及渗水路面。但微表处不适宜裂缝较多，破损严重的路面修补。

2 SBR改性乳化沥青原材料性能

2.1 沥青

试验采用韩国90号重交沥青，其基本性能如表1所示。

表1 沥青基本性能

2.2 乳化剂

选用A和B两种慢裂快凝型阳离子沥青乳化剂进行研究。其基本性能如表2、表3所示。

表2 乳化剂A基本性能

2.3 改性剂

考虑到改性剂阴、阳离子和沥青的配伍性问题，选用进口SBR改性剂和国产SBR胶乳改性剂，二者均能够与所选的乳化剂达成默契配合，其固含量分别为63%，60%。

2.4 pH调节剂

由于乳化沥青中的乳化剂在特定范围的pH条件下方能达到最佳溶解效果。由于本文选用的乳化剂是阳离子慢裂快凝型，其需要在酸性环境下方能达到良好的溶解相容效果[2]。因此，选用盐酸作为pH调节剂，其有效物含量为36%～38%。

2.5 稳定剂

由于改性乳化沥青属于复合热力学欠稳定体系，加上改性剂的加入，使其不稳定性特征表现更为明显，因此选用氯化钙和聚乙烯醇作为稳定剂，减缓凝聚速度，改善稳定性能。

2.6 水

水作为沥青分散介质，选用水质良好，透明无色无杂质和异味，pH在6.0～8.5且硬度小于8度的饮用水作为溶剂。

3 皂液pH值影响

3.1 皂液的制备

采用无机稳定剂氯化钙和有机稳定剂聚乙烯醇PVA制备皂液。首先将水加热至70～80℃，然后加入PVA，搅拌冷却至60～65℃，再加入氯化钙，最后用盐酸调节皂液的pH值。

3.2 皂液pH对乳化沥青影响

在乳化沥青中，由于乳化剂发挥良好的乳化效果的前提是保证一定的pH值范围。由于不同乳化剂对皂液pH值最佳范围不同，需要对其对应的最佳pH，保证乳化剂充分溶解[3]。阳离子型慢裂快凝乳化剂在酸性环境下才能达到良好的乳化效果[4]。采用盐酸调节皂液pH值，并对乳化沥青各项性能指标进行测试，试验结果如表3所示。

表3 皂液pH对乳化沥青影响试验结果

从表3可知，皂液pH从1.5增大到4.0过程中，乳液的1 d储存稳定性和筛上剩余量都先降低后升高。因此，就这两个指标而言，皂液pH值并非越大越好。当筛余量为最小值0.04%以及稳定性为最好状态的1.0时，其对应的皂液pH值均为2.0。乳液的标准黏度随着皂液pH值的增加逐渐增大，由此乳液的流动性能也有所下降。蒸发残留物的软化点和针入度受到皂液pH的影响较小，而延度却以pH为2.0转折点，在pH小于2.0时，残留物的延度逐渐增大，pH超过2.0后，延度反而降低，这是由于pH过大，乳化剂的溶解不充分，使得颗粒物增多，导致延度降低。由此，皂液的pH直接影响乳化剂的溶解和分散，本文所对应的条件，最佳pH为2.0。

4 稳定剂剂量影响

由于改性乳化沥青的稳定性能较乳化沥青更差，因此需要通过添加提高沥青乳液稳定性的稳定剂，用于改善改性乳化沥青储存稳定效果[5]。根据本文选择的PVA和氯化钙两种稳定剂进行试验，并以两种稳定剂均在5种掺量下进行试验，并测试改性乳化沥青的性能，试验结果如表4所示。

从表4可知，在不添加稳定剂时，沥青乳液中出现结团和凝聚的现象，而且流动性相对较差，添加0.2%稳定剂后，其流动性明显提高。从储存稳定性看，稳定剂的加入，从最初的5.9%提高到0.4%。近乎未采用稳定剂的12倍，但是从稳定剂用量的增加幅度和放置1 d后的稳定性看，0.2%的稳定剂和0.5%的稳定剂相比，其稳定性降低了0.5%，虽然彼此而言已经达到了0.5倍之多，但是和未掺稳定剂的乳液相比，其变化幅度简直微乎其微。再从标准黏度角度看，稳定剂的加入，能够明显降低乳液的标准黏度，使其流动度增强。然而，由于稳定剂主要是对乳液的流动度和稳定性产生影响，其引起的固体颗粒变化较小，因此筛余量虽然呈现先增大后降低的趋势，蒸发残留物的软化点和针入度同样受其影响不大，而延度则表现得十分明显，稳定剂的加入使延度大幅度迅速降低。综合实验结果可知，稳定剂的最佳掺量为0.2%。

表4 稳定剂剂量对乳化沥青影响试验结果

5 乳化剂种类影响

不同的乳化剂对沥青的性能有所影响，由于沥青标准黏度是评价乳化沥青性能的重要指标，因此采用沥青标准黏度、蒸发残留物的黏韧性和韧性来评价乳化剂种类对其影响效果。试验结果如图1和图2所示。

图1 乳化剂种类对标准黏度的影响

从图1可知，随着乳化剂掺量从0.8%增加到2.4%，乳化剂A和B的标准稠度变化趋势基本相同，二者均随着乳化剂掺量增加而降低，当乳化剂掺量为0.8%时，乳化剂A的标准黏度C25.3为43.1s，乳化剂B的标准黏度C25.3为35.3 s，二者相差7.8，当乳化剂掺量增加到1.2%时，二者差距最大值为10.4 s，此时乳化剂A的标准黏度是乳化剂B的1.46倍。当乳化剂掺量达到2.4%时，二者的标准黏度仅相差1.5 s。每个掺量下对应的标准黏度，乳化剂A均大于乳化剂B，而从两种乳化剂的原材料性能看，乳化剂A的比重、闪点、倾点、密度、黏度等指标均大于乳化剂B。

改性乳化沥青蒸发残留物的黏韧性和韧性测试结果如图2所示。

图2 乳化剂种类蒸发残留物（黏）韧性影响

从图2可知，无论是进口乳化剂还是国产乳化剂，二者在乳化沥青蒸发残留物性质的黏韧性和韧性两个指标上表现出相同的变化规律。黏韧性先增大后降低，当乳化剂掺量为2.0%时，其黏韧性和韧性均达到最大值，黏韧性则均大于韧性。而国产乳化剂对韩国90号沥青表现出了较好的乳化效果，并且和国产SBR改性剂达成良好的相容配伍效果。

6 改性剂种类影响

在改性乳化沥青中，改性剂是最重要的组成成分，改性剂通常是用于降低沥青针入度、提高软化点、增加延度以及增大沥青的弹性恢复等性能[6]。从感温角度讲，改性剂可以改善其温度性能。而不同的改性剂种类对乳化沥青的性能有所影响，针对进口SBR和国产SBR两种改性剂对乳化沥青性能的影响效果进行分析，并采用沥青标准黏度进行评价。试验结果如图3所示。

图3 改性剂种类对标准黏度的影响

由图3可知两种不同的SBR改性剂在相同掺量下的作用效果非常接近，随着改性剂掺量从0.0%增加到5.0%，沥青的标准黏度逐渐增大，当改性剂掺量为5.0%时，进口SBR改性剂所对应的沥青标准黏度为C25.3s 25.71，而国产的SBR胶乳改性剂所对应的标准黏度为C25.3s 23.91。

7 SBR剂量影响

SBR作为改性剂掺入到乳化沥青中使之成为改性乳化沥青，其掺入剂量对乳化沥青性能的影响十分明显。本文选择从0.0%～5.0%共6个档次的SBR改性剂掺量来研究改性剂剂量对乳化沥青的影响效果，并通过筛上剩余量、标准黏度、1 d储存稳定性以及蒸发残留物的针入度、软化点、延度、蒸发残留物的黏韧性和韧性指标对改性乳化沥青的综合性能进行评价。试验结果如表5、图4所示，其中表5为国产SBR胶乳改性剂掺量对其性能的影响结果，而图4则对比了国产SBR和进口SBR两种改性剂对蒸发残留物黏韧性和韧性的影响效果。

表5 国产SBR剂量对乳化沥青性能影响试验结果

从表5可知，随着SBR胶乳改性剂掺量的增加，筛上剩余量逐渐增大，当改性剂掺量小于3.0%时，筛余量变化幅度不是很大，而当掺量达到4.0%时，筛余量瞬间增加到0.20%，相当于改性剂掺量为3.0%时的3倍左右。沥青标准黏度随着改性剂掺量的增加而增加，改性剂掺量越大，沥青乳液的稠度更大，流动度随之降低。不同改性剂掺量下的乳化沥青1 d储存稳定性指标同样随着改性剂掺量的增加逐渐增大，改性剂掺量从0.0%增加到3.0%时，稳定性变化逐渐增加，但是比较均衡平稳，当改性剂掺量达到4.0%之后，1 d储存稳定性增大幅度较大。蒸发残留物软化点和针入度两个指标受改性剂掺量的影响相对较小，随着改性剂掺量的增加，针入度逐渐降低，软化点逐渐升高。然而延度对改性剂掺量体现得十分敏感，当改性剂掺量为0.0%时，蒸发残留物的延度仅为7.3 cm，当稍微增加一定量（0.1%）的改性剂之后，其延度立刻增大到82.9，当SBR改性剂掺量达到4.0%时，其延度已经超过了150 cm。由此可以得出，在本文试验条件下，国产SBR胶乳改性剂的最佳掺量为2.5%～3.0%。

为进一步评判不同类型及掺量的改性剂对沥青性能的影响，对改性乳化沥青的蒸发残留物进行黏韧性和韧性试验。

图4 SBR改性剂剂量对蒸发残留物（黏）韧性影响

从图4可知，随着改性剂掺量的增加，进口和国产SBR两种改性剂所对应的蒸发残留物的黏韧性和韧性均逐渐上升。然而，无论是黏韧性还是韧性，国产的SBR胶乳改性剂均稍微逊色于进口SBR改性剂。在掺量最大为5.0%时，进口SBR改性剂的黏韧性为 22.6 N·m，国产 SBR胶乳改性剂仅为13.5 N·m。

因此，从改性乳化沥青蒸发残留物的针入度、软化点、延度等指标看，国产SBR改性剂的改性效果更佳，而从黏韧性和韧性指标看，进口SBR改性剂的效果更佳明显，两种改性剂各有优势。

8 结语

本文主要从改性剂、乳化剂的种类和掺量、皂液pH值以及稳定剂剂量等方面针对微表处用改性乳化沥青性能影响因素进行研究。主要得到以下几点结论：

a）皂液的pH直接影响乳化剂的溶解和分散效果，进而对乳化效果的发挥和沥青乳液的稳定性能有影响，本文对应条件的最佳pH为2.0。

b）稳定剂的加入有利于增强沥青的流动性和储存稳定性，其最佳掺量为0.2%。

c）乳化剂的种类影响较小，掺量反之。乳化沥青标准黏度随着掺量的增加逐渐降低，乳化剂掺量为2.0%时，黏韧性和韧性达到最大。

d）国产SBR对针入度、软化点、延度等指标改性明显，而进口SBR对（黏）韧性改善效果明显。国产SBR胶乳改性剂最佳掺量为2.5%～3.0%。