不同SBR环氧改性乳化沥青的路用性能研究.pdf

总662期2023年第32期（11月 中）收稿日期：2023-04-26作者简介：何凡（1984），女，江西萍乡人，研究方向为公路与桥梁工程。不同SBR环氧改性乳化沥青的路用性能研究何凡（江西安源路桥集团有限公司，江西 萍乡 337000）摘要：为研究水泥-SBR和石灰-SBR环氧改性乳化沥青的性能，通过浸水试验、低温劈裂试验、车辙试验和静力破坏试验等室内试验对水泥-SBR和石灰-SBR环氧改性乳化沥青的路用性能进行研究。研究结果表明：水泥-SBR环氧改性乳化沥青混合料中水泥的最佳掺量为3%，石灰-SBR环氧改性乳化沥青混合料中石灰的最佳掺量为2%；对比发现水泥-SBR环氧改性乳化沥青具有较好水稳定度、低温稳定性和高温稳定性能，石灰-SBR环氧改性乳化沥青具有较好的疲劳性能。关键词：改性沥青；环氧树脂；水泥；石灰；室内试验中图分类号：U414文献标识码：B0 引言在道路修补材料中，常规环氧乳化沥青混合料因孔隙率较大，雨水易通过孔隙进入沥青混合料内部，造成沥青混合料中骨料脱落，严重时甚至会导致路基破坏。为改善常规乳化沥青的不足，部分学者1-4提出在环氧乳化沥青中加入水泥5-6或者石灰7-8，发现水泥、石灰的添加能有效改善沥青混合料的强度，弥补初期强度不足等问题。现有研究已取得一定成果，但对水泥-SBR环氧改性乳化沥青与石灰-SBR 环氧改性乳化沥青的对比研究还存在不足。因此本文在已有研究成果的基础上，通过浸水试验、劈裂试验和车辙试验对水泥-SBR环氧改性乳化沥青混合料和石灰-SBR环氧改性乳化沥青混合料的水稳定性、低温稳定性、高温稳定性和疲劳性能进行研究，以期对行业的发展提供参考。1 原材料1.1 水泥试验中所使用的水泥为强度等级 42.5的普通硅酸盐水泥，水泥的基本性能指标检测结果见表1，满足规范要求。表1 水泥的基本性能指标检测结果凝结时间/min初凝140终凝240比表面积/（m2/g）375安定性合格抗压强度/MPa3 d30.828 d51.5抗拉强度/MPa3 d6.1628 d8.531.2 生石灰试验中所使用的生石灰为白色固体状，生石灰的基本性能指标如表2所示，均满足规范要求。表2 生石灰的基本性能检测结果指标实测值规范值Cao+Mgo含量（%）79.5600.71细度（%）000.12细度（%）12.41191.32293-1.3599.91.7技术要求608045100实测260-1.5199.52.21.4 乳化剂试验中所使用的呈褐色的糊状，为慢裂型乳化剂，破乳所需的时间约为4 h。1.5 改性剂试验中所采用的改性剂为SBR丁苯合成乳胶改性剂，基本性能检测结果如表4所示。14交通世界TRANSPOWORLD表4 SBR丁苯合成乳胶改性剂的基本性能检测结果物理状态（25）乳白色液体固体含量（%）68.8密度25/（g/cm3）7.41闪点/152pH（15 水溶液w/v,25）4.63比重（25）0.9451.6 环氧树脂试验中所采用的环氧树脂为水性环氧树脂，基本性能检测结果如表5所示。表5 水性环氧树脂的基本性能检测结果物理状态（25）白色液体胺值/mg180活性氢当量/（g/cm3）210树脂含量（%）65黏度/（mPas）5 50015 500使用量（phr）130920比重（25）0.9851.7 固化剂试验中使用的固化剂的基本性能检测结果如表 6所示。表6 固化剂的基本性能检测结果物理状态（25）黄色液体黏度/（mPas）150955有机溶剂/（g/L）树脂含量（%）55稀释剂水纯氧当量/（g/mol）200pH值7.21.8 水和pH调节剂试验所使用的水为饮用水，水的 pH值为 6.6；pH调节剂为盐酸，在混合料中添加pH调节剂对水溶液的pH值进行调整，从而增强沥青材料的乳化性能。2 试验参数及结果分析2.1 水泥掺量的确定在制作水泥-SBR环氧改性乳化沥青混合料时为确定混合料中水泥的最佳掺量，通过设置5组不同的水泥掺量进行马歇尔试件指标检测，分析不同水泥掺量下水泥-SBR环氧改性乳化沥青的马歇尔指标，具体结果如表7所示。表7 水泥-SBR环氧改性乳化沥青的马歇尔指标水泥掺量（%）12345毛体积密度/（g/cm3）2.292.302.332.322.28毛体积相对密度2.282.302.322.310.27矿料间隙率（%）70.6874.1876.1976.0169.78孔隙率（%）5.874.824.164.246.20饱和度（%）5.146.756.876.646.51流值/mm6.926.836.325.734.56从表7中可以看出，随着水泥掺量的增加，试件的毛体积密度、毛体积相对密度、矿料间隙率和饱和度呈现先增加后减小的变化，孔隙率呈现先减小后增大的变化；流值则是逐渐在减小，说明水泥掺量并非越多越好，综合各项指标发现当水泥掺量为3%时，试件的各项指标最佳。2.2 石灰掺量的确定在制作石灰-SBR环氧改性乳化沥青混合料时为确定混合料中石灰的最佳掺量，通过设置5组不同的石灰掺量进行马歇尔试件指标检测，分析不同石灰掺量下水泥-SBR环氧改性乳化沥青的马歇尔指标，具体结果如表8所示。表8 石灰-SBR环氧改性乳化沥青的马歇尔指标石灰掺量（%）12345毛体积密度/（g/cm3）2.142.302.272.222.11毛体积相对密度2.122.302.272.212.10稳定度/kN6.446.686.516.426.28孔隙率（%）7.155.556.566.947.32饱和度（%）52.472.368.160.850.3流值/mm5.123.554.525.838.64从表8中可以看出，随着石灰掺量的增加，试件的毛体积密度、毛体积相对密度、饱和度和稳定度呈现先增加后减小的变化，孔隙率和流值呈现先减小后增大的变化；说明水泥掺量并非越多越好，综合各项指标发现当石灰掺量为2%时，试件的各项指标最佳。2.3 水稳定性为对比分析水泥-SBR环氧改性乳化沥青和石灰-SBR环氧改性乳化沥青的水稳定性，通过浸水试验进行研究。试验过程中将试件分为2组，每一组包括3个试件，一组在60 的水浴中浸泡30 min，测得的试件马歇尔稳定度，记为S1，另外一组在60 的水浴中浸泡48 h，测得试件的马歇尔稳定度，记为S2，将S2与S1相比得到浸水残留稳定度，记为S0，试验的结果如表9所示。表9 不同SBR环氧改性乳化沥青的水稳定性试验结果水泥-SBR环氧改性乳化沥青石灰-SBR环氧改性乳化沥青试验编号123123S1/kN6.936.786.696.296.036.19S2/kN5.745.685.515.155.004.98S0（%）82.883.782.481.882.980.5S0平均值（%）82.9681.73从表9中可以发现，水泥-SBR环氧改性乳化沥青与石灰-SBR环氧改性乳化沥青的稳定度均随着浸水时间的延长而减小；对比发现水泥-SBR环氧改性乳化沥青的稳定度要比石灰-SBR环氧改性乳化沥青大，说明15总662期2023年第32期（11月 中）水泥-SBR环氧改性乳化沥青具有更好的水稳定性，但两者的平均值均大于80%，可满足规范要求。2.4 低温稳定性为对比分析水泥-SBR环氧改性乳化沥青和石灰-SBR环氧改性乳化沥青的低温稳定性，通过低温劈裂试验进行研究。试验过程中将试件分为两组，每一组包括3个试件，本次试验仅对劈裂试验结果中的极限拉伸应变进行分析，试验结果如表10所示。表10 不同SBR环氧改性乳化沥青的劈裂试验结果水泥-SBR环氧改性乳化沥青石灰-SBR环氧改性乳化沥青试件编号123123极限拉伸应变（m）2 130.82 123.72 094.52 218.52 216.42 236.8极限拉伸应变平均值（m）2 223.92 116.3从表10中可以发现，水泥-SBR环氧改性乳化沥青与石灰-SBR环氧改性乳化沥青的每组试验的极限拉伸应变均大于 2 000m，最终的平均值也大于 2 000m；可满足规范要求；对比发现水泥-SBR环氧改性乳化沥青的极限拉伸应变要比石灰-SBR环氧改性乳化沥青小，说明水泥-SBR环氧改性乳化沥青具有更好的低温稳定性。2.5 高温稳定性为对比分析水泥-SBR环氧改性乳化沥青和石灰-SBR环氧改性乳化沥青的高温稳定性，通过车辙试验进行试验研究。试验的过程中将试件分为两组，每一组包括 3个试件，对车辙试验结果中的动稳定度进行分析，试验结果如表11所示。表11 不同SBR环氧改性乳化沥青的车辙试验结果水泥-SBR环氧改性乳化沥青石灰-SBR环氧改性乳化沥青试件编号123123动稳定度/（次/mm）5 6275 5395 4983 2503 3643 187动稳定度平均值/（次/mm）5 554.73 267从表11中可以对比发现水泥-SBR环氧改性乳化沥青的动稳定度要比石灰-SBR环氧改性乳化沥青大，说明水泥-SBR环氧改性乳化沥青具有更好的高温稳定性。2.6 疲劳性能为对比分析水泥-SBR环氧改性乳化沥青和石灰-SBR环氧改性乳化沥青的疲劳性能，通过静力破坏试验进行研究。试验过程中将试件分为两组，每一组包括4个试件，在进行试验时将试验的温度控制在15，采用无间歇时间的偏正弦波作为加载的波形，加载频率控制在10 Hz，加载荷载的控制采用应力控制模式，对破坏试验结果中的极限承载力和弯拉强度进行分析，试验结果如表12所示。表12 不同SBR环氧改性乳化沥青的车辙试验结果表水泥-SBR环氧改性乳化沥青石灰-SBR环氧改性乳化沥青试件编号12341234极限承载力/N224.2225.4239.8238.7238.3279.4318.9281.2极限承载力平均值/N232.025279.45抗弯拉强度/MPa0.540.610.570.560.540.610.690.63抗弯拉强度平均值/MPa0.570.62从表12中可以看出，水泥-SBR环氧改性乳化沥青的极限承载力和抗弯拉强度值要比石灰-SBR环氧改性乳化沥青要小，说明石灰-SBR环氧改性乳化沥青具有较好的疲劳性能。3 结束语本文通过室内实验得出如下结论：在水泥-SBR环氧改性乳化沥青混合料中水泥的掺量为3%时，混合料的各项性能最佳，在石灰-SBR环氧改性乳化沥青混合料中石灰掺量为 2%时，混合料的各项性能最佳；水泥-SBR环氧改性乳化沥青具有较好残水稳定度、低温稳定性和高温稳定性；石灰-SBR环氧改性乳化沥青具有较好的疲劳性能。参考文献：1 于永生.掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料设计方法与使用性能D.长沙：湖南大学，2008.2 刘克非.环氧沥青结合料的试验研究D.长沙：长沙理工大学，2008.3 肖杰.乳化沥青冷再生混合料设计方法与使用性能研究D.长沙：湖南大学，2007.4 张翔，管松，熊伟.高性能热固性树脂改性沥青的强度机理与技术指标J.工程与建设，2006，（4）：381-383.5 苏伟，霍廷臣.水泥乳化沥青冷再生混合料的机理及性能研究J.科技与企业，2014，（21）：128.（下转第19页）16交通世界TRANSPOWORLD中的网状结构，有利于提高混合料自愈合能力，增强水稳定性3。3.3 低温性能评价通过低温小梁弯曲试验评价混合料的低温性能。按照上文确定的级配、掺量、沥青用量分别成型试件，并设置无纤维混合料对照组。按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）开展弯曲试验，结果如图3、图4所示。掺入纤维后，能够显著提升混合料的抗弯拉强度、最大弯拉应变，表明纤维能够有效改善的低温性能。从图3中可以看出，AC-13沥青混合料中，相比无纤维混合料，掺加玄武岩纤维的抗弯拉强度提高15.9%，掺加木质纤维提高7.8%，掺加聚酯纤维提高3.7%；SMA-13沥青混合料中，相比无纤维混合料，掺加玄武岩纤维的抗弯拉强度提高13.7%，掺加木质纤维提高3.8%，掺加聚酯纤维提高3.1%。SMA-13沥青混合料中，木质纤维与聚酯纤维的抗弯拉强度改善效果相差不大。从图4中可以看出，AC-13沥青混合料中，相比无纤维混合料，掺入玄武岩纤维后最大弯拉应变增大17.6%，掺加木质纤维增大 12.9%、掺加聚酯纤维增大 7.6%；SMA-13沥青混合料中，相比无纤维混合料，掺入玄武岩纤维后最大弯拉应变增大24.9%，掺加木质纤维增大7.6%，掺加聚酯纤维增大6.8%。结果表明，玄武岩纤维对沥青混凝土低温性能的改善效果最显著，原因在于玄武岩纤维自身具有较高抗拉强度，与沥青胶浆结合后增强了混合料的抗变形能力4，有效地阻碍裂缝的发展。4 结论本文制作不同纤维（玄武岩纤维、木质纤维、聚酯纤维）在最佳掺量下的沥青混合料（AC-13、SMA-13）试件，开展车辙试验、冻融劈裂试验、低温小梁弯曲试验评价其路用性能，并得出如下结论：1）纤维的掺入能够提高沥青混合料的高温稳定性，同种纤维下SMA-13沥青混合料改善效果比AC-13沥青混合料明显，同种混合料级配下玄武岩纤维对混合料动稳定度的提升幅度最大，其次是木质纤维；2）纤维的掺入能够提高沥青混合料的水稳定性，同种纤维下SMA-13沥青混合料改善效果比AC-13沥青混合料明显，同种混合料级配下玄武岩纤维对混合料冻融劈裂强度比的提升幅度最大，其次是木质纤维；3）纤维的掺入能够提高沥青混合料的低温抗裂性，玄武岩纤维对混合料抗弯拉强度及最大应变值的提升幅度最大，木质纤维与聚酯纤维的改善效果相差不大。参考文献：1 覃潇，申爱琴，郭寅川.玄武岩纤维沥青胶浆性能试验研究J.建筑材料学报，2016，19（4）：659-664.2 杨锡武.钢纤维沥青混合料路面性能及应用研究J.重庆建筑大学学报，2018（4）：136-140.3 张岭岭，吴金荣.聚酯纤维透水性沥青混合料配合比设计J.中外公路，2015，35（5）：292-295.4 倪良松，陈华鑫，胡长顺，等 纤维沥青混合料增强作用机理分析J.合肥工业大学学报（自然科学版），2003（5）：1033-1037.（上接第16页）6 李云良，欧阳剑，王山山，等.水泥沥青复合砂浆拌合物乳化沥青破乳过程研究J.哈尔滨工程大学学报，2015，36（7）：997-1000.7 杜少文，王振军.矿渣消石灰粉乳化沥青混凝土性能与微观机理J.建筑材料学报，2009，12（2）：163-167.8 周源.生石灰对乳化沥青冷再生混合料强度的影响J.中外公路，2013，33（2）：282-284.玄武岩纤维聚酯纤维木质纤维无纤维纤维种类图3 不同纤维混合料的抗弯拉强度15129630SMA-13混合料AC-13混合料抗弯拉强度/MPa玄武岩纤维聚酯纤维木质纤维无纤维纤维种类图4 不同纤维混合料的弯拉应变最大弯拉应变me4 0003 5003 0002 5002 0001 5001 0005000SMA-13混合料AC-13混合料19