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-71-SBR 改性乳化沥青及其微表处路用性能研究郑江朋（山西路桥第八工程有限公司，山西 运城 044600）摘要：为探究更加适合于微表处的乳化改性沥青，选定SBR胶乳改性剂对乳化沥青进行改性，并采用四种不同的乳化剂进行改性沥青的制备。最终通过车辙试验、湿轮磨耗试验等得到试件的各项性能指标，最终得出最佳油石比和最佳SBR胶乳掺量。试验结果表明：随着SBR胶乳掺量的上升，沥青的针入度不断减小，软化点逐渐提升，其中乳化剂D各项性能最佳，最佳SBR掺量为4%。随着油石比的增大，改性后的乳化沥青微表处的耐磨耗性能与水稳定性能逐渐增大，抗车辙性能先增大后减小，油石比在7.0%左右适宜。关键词：微表处；路用性能；改性乳化沥青；油石比中图分类号：U414文献标识码：AResearch on SBR modified emulsified asphalt and its micro-surface road performanceZHENG Jiangpeng（Shanxi Road Bridge No.8 Engineering Co.,Ltd.,Shanxi Yuncheng 044600 China）Abstract:Inordertoexploretheemulsifiedmodifiedasphaltthatismoresuitableforthemicro-surface,SBRlatexmodifierwasselectedtomodifytheemulsifiedasphalt,andfourdifferentemulsifierswereusedtopreparethemodifiedasphalt.Variousperformanceindicatorsofthespecimenwereobtainedthroughtheruttingtestandthewetwheelweartest,andfinallytheoptimaloil-to-stoneratioandtheoptimalSBRlatexcontentwereobtained.ThetestresultsshowthatwiththeincreaseofthecontentofSBRlatex,thepenetrationoftheasphaltdecreasesandthesofteningpointgraduallyincreases.TheperformanceofemulsifierDisthebest,andtheoptimalcontentofSBRis4%.Inaddition,withtheincreaseoftheoil-stoneratio,theabrasionresistanceandwaterstabilityofthemodifiedemulsifiedasphaltmicro-surfacegraduallyincreased,andtheruttingresistancefirstincreasedandthendecreased,andtheoil-to-stoneratiowassuitableatabout7.0%.Key words:micro-surface;roadperformance;modifiedemulsifiedasphalt;oil-to-stoneratio引言由于早期受重视建设、轻于养护的传统观念影响，导致目前大量公路出现较为严重的病害，产生大量的维护成本。越来越多的学者提出了预防性养护的概念以及方法，能够在道路产生病害前对道路做出预防性的养护，从而预防道路病害的产生或降低病害的严重程度。卢文银等1通过改变乳化沥青的掺水量、矿粉添加物、油石比等对乳化沥青混合料的路用性能进行了试验，得出了最佳油石比以及掺水量。王宏臣2对橡胶改性乳化沥青用于微表处的可行性进行了探讨。肖晶晶3探讨了乳化剂、添加剂等对乳化改性沥青施工性能的影响以及集料、改性剂种类与掺量对微表处耐磨耗能力的影响。吴幸华等4通过室内试验探究了乳化改性沥青微表处针入度、延度等对路用性能的影响，研究表明，低温延度试验5更为适宜，改性剂掺量越大，混合料弹性恢复越强。1 原材料与试验方法1.1 原材料1.1.1 基质沥青此次试验所采用的基质沥青为AH-70#，其各项性能检测指标见表1。1.1.2 改性剂此次选用的橡胶类改性剂为SBR胶乳，其制备工艺简单，相比于普通的乳化沥青而言，对中低温性能的改善较为明显。SBR胶乳在沥青中以胶粒的形式均匀分布，与油分接触后不断吸收膨胀，形成收稿日期：2022-10-31作者信息：郑江朋（1987），男，山西运城人，研究方向为道路与桥梁。郑江朋：SBR 改性乳化沥青及其微表处路用性能研究-72-较为稳定的网状结构，增强了整体体系的稳定性。另外SBR胶乳在常温以及低温下刚度小为软弹状态，而沥青刚度较大，两者形成的沥青外包结构使沥青体系稠度较大，能够很好地抵抗变形作用。本次试验所选用的SBR胶乳相关性能指标见表2。表 1 基质沥青各项性能指标检测值项目检测结果技术要求针入度（25，100 g，5 s）/（0.1 mm）756080软化点（环球法）/4946动力黏度（60）/（Pa s）220180延度（5 cm min，5）/cm2015延度（5 cm min，15）/cm160100蜡含量/%1.82.2闪点/290260溶解度/%99.799.5密度（15）/（g cm-3）1.015-薄膜烘箱试验质量变化/%0.040.8针入度变化/%7561延度（10）/cm256表 2 SBR 胶乳相关性能指标项目检测结果外观乳白色粒子固含量/%62粒子电荷阳离子（+）密度/（g cm-3）0.98pH值4机械稳定性1.01.1.3 乳化剂此次试验选用常用的4类乳化剂进行比较试验。分别命名为乳化剂A、B、C、D，其基础技术指标见表3。表 3 乳化剂技术指标类型形态含量/%水溶性乳化剂A淡黄色液体55溶于水乳化剂B深褐色黏稠液体65溶于水乳化剂C棕褐色液体55溶于水乳化剂D深褐色黏稠液体60溶于水1.1.4 pH调节剂每种乳化剂都有适用的pH值范围，四种乳化剂都需要在一定的酸性环境中才能适用。在沥青皂液与乳化剂混合之前，需要利用pH调节剂对皂液进行调试，达到符合要求的酸度，皂液此时没用明显的沉积物，呈现出清澈的形态。1.1.5 稳定剂通过添加稳定剂，使沥青体系与改性剂之间的作用力降低，从而使两者能够更好地融合，增强其亲和力与兼容性，最终提升改性剂的改性效果。本次试验所选用的稳定剂为无水CaCl2，其相关技术指标见表4。表 4 稳定剂无水 CaCl2技术指标项目指标形态颗粒状颜色乳白色含量/%97碱度/%0.52碱金属与镁/%0.35硝酸盐合格1.2 试验方法1.2.1 试验仪器本次试验所需要的主要仪器：高温烘箱、胶体磨、高速剪切机（DY）、冻融循环机（HDR-16）、湿轮磨耗试验仪（SYD-0752）等。1.2.2 乳化沥青制备此次制备SBR改性乳化沥青采用先乳化后改性的方法。首先制备皂液，利用pH调节剂将酸度调至适宜值，然后加入乳化剂与稳定剂。随后将基质沥青加热至130140之间使其处于熔融状态。最后再将皂液与流体状态的沥青加入到预热完成的胶体磨中，并同时加入SBR胶乳改性剂，进行剪切，直至完全均匀混合。该工艺操作简便，流程清晰，但需要改性剂处于易于混合的状态如胶乳状，所以适用于本次试验制备。3 结果分析3.1 SBR 胶乳掺量对沥青针入度影响分析图1可以看出，SBR胶乳掺量的不断提升，乳化剂A、B、C、D的针入度在不断下降，从掺量为0时，针入度7mm左右，到掺量为6%时，针入度基本降到了6mm。这是由于随着SBR胶乳掺量的增大，胶乳粒子均匀分布在沥青中，并不断吸收其中的油分，体积膨胀变大与沥青形成了类似网状的整体结构，其稠度变大，阻碍了试验针的进入，降低了针入度值。在掺量不超过2%时，四种乳化剂的下降速2023 年第 3 期山东交通科技-73-率差别不大，说明此时四种乳化剂对SBR胶乳改性剂的敏感性基本相同。但随着SBR胶乳掺量的进一步提升，可以明显看出乳化剂C、D继续保持着较高的变化率，大于此时的乳化剂A、B，说明在掺量较高时，改性胶乳对乳化剂C、D依旧保持着良好的改性效果，而对乳化剂A、B的影响逐渐变小。575961636567697173750%2%4%6%25 针入度/(0.1 mm）SBR 乳胶质量分数/%图 1 SBR 胶乳掺量与不同乳化剂针入度的关系乳化剂 A乳化剂 B乳化剂 C乳化剂 D0 2 4 63.2 SBR 胶乳掺量对沥青软化点影响分析图2能够看出，随着SBR胶乳掺量的提高，4种乳化剂下的沥青软化点不断提升，从掺量为0时软化点在47上下，提升到掺量为6%时，软化点在62上下。随着胶乳掺量提高，整体呈现上升趋势，这是由于胶乳在中高温时的硬度会高于此时的沥青混合体系，胶乳颗粒在高温下被沥青软质包裹，增强了此时蒸发残留物的高温稳定性。在胶乳掺量2%时，软化点的提升幅度较小，这是由于SBR胶乳掺量较少，混合后还没有形成较为稳定的新体系。在掺量2%后，此时由于胶乳的大量加入，形成了沥青软质包裹胶乳硬质的整体结构，软化点有明显提高。四种乳化剂在掺量6%胶乳改性下，软化点基本提高近20，乳化剂A、D基本保持着对SBR胶乳改性剂较高的敏感性，在掺量不断增加下，都保持着较高的增长率，而乳化剂B、C对改性剂的敏感性则逐渐减弱，在掺量4%时的提高速率减小。4245485154576063660%2%4%6%乳化剂A乳化剂B乳化剂C乳化剂D软化点/SBR 乳胶质量分数/%图 2 SBR 胶乳掺量与不同乳化剂软化点的关系0 2 4 63.3 耐磨耗性能分析图3，在SBR胶乳掺量为4%时，湿轮磨耗值与油石比呈现出负相关关系。从油石比为6.0%时，磨耗值422g/m2，下降到油石比为8%时，磨耗值为142.3g/m2。能够看出乳化沥青耐磨耗性能受油石比影响较大，油分的增多能够改善混合料的耐磨耗性能，但油石比也不能太大，防止路面出油。通过SBR胶乳改性，油石比6%时，都能满足规范所要求的540g/m2。所以认为SBR胶乳的改性能够较好地改善沥青混合料的耐磨耗性能。1001502002503003504004506.0%6.5%7.0%7.5%8.0%油石比/%1 h湿轮磨耗值/（g m-2）图 3 湿轮磨耗值与油石比的关系 6.0 6.5 7.0 7.5 8.03.4 抗车辙性能分析图4轮辙宽度变形率与油石比的关系趋势可知，在油石比7.0%时，增大油石比，沥青体系内部油分增多，SBR乳胶改性剂通过吸收大量的油分膨胀后，均匀分布在体系中，与沥青形成新的网状结构体系，增强了整体的稳定度，从而使宽度变形率下降。油石比7.0%后，导致油分过多，使SBR胶乳改性剂与油分之间无法达到平衡，破坏了整体的网状结构，从而使混合料强度下降，宽度变形率再次上升。从针入度随SBR胶乳改性剂掺量增大而降低的情况同样能够看出，SBR胶乳能增加沥青的稠度，从而提高了抵抗车辙变形的能力。01234566.0%6.5%7.0%7.5%8.0%宽度变形率/%油石比/%图 4 宽度变形率与油石比的关系 6.0 6.5 7.0 7.5 8.03.5 水稳定性能分析图5可知，随着油石比的增大，6d的湿轮（下转第76页）李 帅，魏 琨，夏增选，娄文杰：既有道路功能提升技术研究-76-善部位进行改造，提升整体使用性能。道路功能提升后通行能力显著提升，服务水平明显改善，促进了区域经济发展，为交通运输提供了更加快速、安全、舒适的环境。参考文献：1 王飞.丘陵区高速公路改扩建设计创新技术研究J.交通世界,2022（12）:107-109.2 高博.改扩建公路路基路面设计优化措施J.交通世界,2022（11）:58-59.3 成威.高速公路改扩建工程中的拼宽桥梁设计J.交通世界,2022（9）:27-28.4 丁之阳.高速公路改扩建工程旧路面处理技术研究J.中国水运（下半月）,2022,22（3）:109-111.5 石巍.公路改扩建工程路基路面拓宽设计研究J.交通世界,2022（8）:50-51.6 张玺.干线高速公路改扩建工程路基优化设计研究J.交通世界,2022（Z2）:124-126.（上接第73页）磨耗值和冻融6d的湿轮磨耗值都逐渐减小，这是由于油分的增多使SBR胶乳改性剂能够充分吸收膨胀，均匀分布在沥青体系中，并与包裹的沥青形成新的网状结构体系，增强整体稳定性，同时油分增大能使混合料弹性恢复率增强，所以抗磨耗性能逐渐增加。冻融情况下的磨耗值由于水分的参与，在冻融循环过程中对整体结构产生较大的破坏，使其磨耗值明显大于正常情况的磨耗值。0200400600800100012006.0%6.5%7.0%7.5%8.0%6 d 湿轮磨耗值/（gm-2）油石比/%6 d 湿轮磨耗值冻融 6 d 湿轮磨耗值图 5 6 d 湿轮磨耗值与油石比的关系1 2001 000 6.0 6.5 7.0 7.5 8.04 结语（1）SBR胶乳掺量的提升能够降低沥青的针入度，同时软化点得到提升，这是由于胶乳改性剂在中高温下相较于沥青更硬，胶乳改性剂掺量的上升，使沥青软质围绕硬质胶乳颗粒形成新的稳定体系，提高了整体的稠度，减小了针入度，提高了沥青的软化点。同时对比四种乳化剂，兼顾针入度与软化点以及对掺量的敏感性，能够得出乳化剂D性能更优。（2）随着油石比的增大，加入SBR胶乳改性剂的乳化沥青的耐磨耗性和水稳定性都有所提升，抗车辙能力先增大后减小。这是由于随着体系中油分的上升，SBR胶乳改性剂颗粒吸收油分发生膨胀，与周围的沥青软质形成了新的网状结构体系，增强了整体结构的稳定性，所以耐磨耗性和水稳定性逐步提升。但过多的油分会破坏体系的平衡甚至导致路面出油，所以抗车辙性能在油石比进一步提升后呈现减小的趋势，最终得出油石比7.0%左右适宜。参考文献：1 卢文银,黄卫东,吕泉,等.改性乳化沥青微表处路用性能影响因素研究J.石油沥青,2020,34（5）:29-33.2 王宏臣.橡胶改性乳化沥青微表处混合料降噪特性与耐久性能J.筑路机械与施工机械化,2017,34（4）:60-65.3 肖晶晶.微表处改性乳化沥青及混合料性能研究D.西安:长安大学,2007.4 吴幸华,袁燕,姜真.微表处用改性乳化沥青中低温指标与路用性能关系研究J.公路交通科技（应用技术版）,2013,9（5）:143-147.