改性乳化瀝青研究現(xiàn)狀及技術(shù)性能

姜志煒 晏鳳元 冷宇涵 徐少華

（南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 南京 211167）

自公路交通發(fā)展以來(lái)，瀝青混凝土路面逐漸成為公路路面的主要結(jié)構(gòu)形式，截止目前混凝土道路已占有全國(guó)高等級(jí)公路的90%以上。然而隨著人們可持續(xù)發(fā)展觀念的加強(qiáng)，傳統(tǒng)的熱拌瀝青已然不能達(dá)到人們的環(huán)保要求。與此同時(shí)，現(xiàn)在瀝青道路的維護(hù)成為道路發(fā)展面臨的主要問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，改性乳化瀝青混凝土應(yīng)運(yùn)而生，并憑借其自身優(yōu)越性能得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)于改性乳化瀝青混凝土已有很多研究，其應(yīng)用前景十分廣闊。

1 瀝青乳化劑與改性劑

1.1 乳化劑種類(lèi)及破乳機(jī)理

乳化劑是改性乳化瀝青的關(guān)鍵組成部分，它使得瀝青與水形成均相混合物。目前瀝青乳化劑主要有陰離子乳化劑、陽(yáng)離子乳化劑、兩性離子乳化劑和非離子乳化劑四大類(lèi)。現(xiàn)今為了滿足瀝青混凝土路用與施工的要求，乳化劑常常采取復(fù)摻的形式，常用的有非離子乳化劑與離子乳化劑復(fù)摻、陽(yáng)離子乳化劑與陰離子乳化劑復(fù)摻，提升了乳化效果，而且減少了生產(chǎn)成本。

改性乳化瀝青破乳指的是將乳化瀝青從乳液中分離析出，最后覆蓋在石料表面形成瀝青薄膜的過(guò)程。破乳的過(guò)程具體分為分層，聚集，破乳［1］。在乳化瀝青與集料被受力攪拌的作用下，乳化瀝青與集料得到了充分的接觸，水分逐漸被擠出，瀝青顆粒逐步覆蓋在石料表面并相互融合，從而導(dǎo)致了破乳的發(fā)生。

1.2 改性劑種類(lèi)及作用機(jī)理

改性劑是改性乳化瀝青的另一關(guān)鍵部分，它的目的是進(jìn)一步地提高乳化瀝青的性能。目前瀝青改性劑主要分為三類(lèi)，即橡膠類(lèi)、樹(shù)脂類(lèi)與熱塑性橡膠類(lèi)。橡膠類(lèi)如氯丁橡膠（CR）、丁苯橡膠（SBR）等，可以改善瀝青的低溫性能；樹(shù)脂類(lèi)如聚氯乙烯 （PVC）、乙烯一醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚丙烯（PP）等，能夠改善瀝青的高溫穩(wěn)定性，提高瀝青的軟化點(diǎn)；熱塑性橡膠類(lèi)主要有苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物（SBS）等，它們應(yīng)用最為廣泛，這類(lèi)聚合物的改性瀝青的高低溫性能都得到改善，抗疲勞性能和抗老化能力顯著提高。

在改性劑加入乳化瀝青中之后，首先改性劑憑借其巨大的表面能量吸附瀝青中與其結(jié)構(gòu)類(lèi)似的油分來(lái)降低其本身的表面能量，與此同時(shí)體積發(fā)生迅速膨脹，溶脹現(xiàn)象產(chǎn)生；然后改性劑在溶脹的過(guò)程中，其中的某些高分子長(zhǎng)鏈發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象，某些部分短鏈則發(fā)生溶解現(xiàn)象；最終這兩種現(xiàn)象使得兩者與瀝青混合形成兩個(gè)部分，這兩種部分構(gòu)成了一種新的界面。這個(gè)界面層之后會(huì)由于繼續(xù)吸收某些高分子以及瀝青的部分組分而向外延伸，從而形成新的界面吸附層，使得改性的過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行。

1.3 乳化劑與改性劑要求

1）使得改性乳化瀝青的技術(shù)性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；2）使得改性瀝青混凝土能滿足路用性能的要求；3）降低生產(chǎn)成本的同時(shí)符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

2 改性乳化瀝青技術(shù)性能

2.1 水穩(wěn)定性能

瀝青的水穩(wěn)定性指的是瀝青受水的影響程度，也叫物質(zhì)的防水性能或抗水性能。改性乳化瀝青有著良好的水穩(wěn)定性能，崔瑩在關(guān)于聚合物改性乳化瀝青的制備的研究中發(fā)現(xiàn)，在改性乳化瀝青集料用量一定的條件下，以外加水的用量為7.5%、油石比為7%、填料水泥的用量為1%的配合比［3］得到的試樣可以達(dá)到最好的水穩(wěn)定性。

2.2 高溫穩(wěn)定性能

高溫是瀝青混凝土道路的“天敵”之一，它常常使得瀝青路面遭受荷載變形，改性乳化瀝青道路也必將面臨高溫穩(wěn)定性能是否達(dá)標(biāo)的考驗(yàn)。王銳［4］的高溫穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明，相比于傳統(tǒng)熱拌瀝青的穩(wěn)定性，改性乳化瀝青的高溫穩(wěn)定性得到顯著改善，在外界高溫與荷載的條件下試塊不會(huì)出現(xiàn)大幅度變形。

2.3 低溫抗裂性

冬季低溫冷縮帶來(lái)的裂紋在雨雪水滲透下裂紋會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，這是瀝青混凝土道路的又一個(gè)迫切需要解決的路用性能問(wèn)題。王銳通過(guò)改性乳化瀝青低溫抗彎曲實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)用的兩種改性乳化瀝青達(dá)到了瀝青混合料低溫抗裂指標(biāo)要求，而且其低溫抗裂性均優(yōu)于普通瀝青。才紅美［5］研究SBS乳膠對(duì)改性乳化瀝青低溫性能的影響，根據(jù)SBS膠乳對(duì)改性乳化瀝青5℃延度的影響圖像發(fā)現(xiàn)，SBS膠乳含量在3% ～4%范圍內(nèi)時(shí)曲線斜率變化最為急劇，隨后延度隨著改性劑用量的增加仍然穩(wěn)定增大，因此可以看出SBS膠乳改善了改性乳化瀝青的溫性抗裂性。

2.4 其他力學(xué)性能

改性乳化瀝青擁有良好的強(qiáng)度性能，同時(shí)也具備優(yōu)良的柔韌性（柔韌性用抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的比值表示）。據(jù)徐媛［6］的研究，當(dāng)改性乳化瀝青混凝土的聚灰比在15% ～20%時(shí)，改性乳化瀝青混凝土的柔韌性達(dá)到最佳。

3 改性乳化瀝青應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

相對(duì)于普通瀝青，改性乳化瀝青有著諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。改性乳化瀝青節(jié)約能源，避免了普通瀝青在施工與運(yùn)輸中的大量耗能；改性乳化瀝青可以準(zhǔn)確控制瀝青用量［2］，同時(shí)乳化劑、改性劑便于就地取材，相比普通瀝青節(jié)約了材料；根據(jù)環(huán)境機(jī)構(gòu)的評(píng)估，改性乳化瀝青車(chē)間的環(huán)境污染下降，施工產(chǎn)生的污染物降低，因此它能夠減少環(huán)境污染，改善施工環(huán)境；改性乳化瀝青拓寬了瀝青的應(yīng)用途徑，既可以常溫噴灑使用做封層，也可以與集料拌合使用用于微表處，還可以路面的還可以用于表面處治等；它同時(shí)擁有良好的高、低溫穩(wěn)定性、抗疲勞性、抗剝落性、水穩(wěn)定性等，使得瀝青路面更加平整、防水、防滑，可以作為優(yōu)良的路面材料與路面修護(hù)材料。由此可見(jiàn)，使用改性乳化瀝青混凝土能夠明顯的提瀝青道路質(zhì)量、減少勞動(dòng)力、降低工程造價(jià)、節(jié)約了資本，從而獲得更大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

4 乳化瀝青混凝土的應(yīng)用

4.1 路面鋪設(shè)與維修養(yǎng)護(hù)

聚合物改性乳化瀝青可以應(yīng)用于微表處混合料的配制，使得瀝青道路的鋪設(shè)或維修養(yǎng)護(hù)的周期縮短，減少對(duì)交通的干擾。舒延俊［7］等人進(jìn)行了微表處聚合物改性乳化瀝青性能的研究，研究結(jié)果表明：使用復(fù)合改性劑相比于同計(jì)量使用單一改性劑更能夠取得優(yōu)良的路用性能，說(shuō)明了改性劑的作用不是疊加作用，而是協(xié)同作用；徐媛將研究改性乳化瀝青砂漿，通過(guò)多種施工方式對(duì)破損的路面進(jìn)行修補(bǔ)，經(jīng)過(guò)一年時(shí)間修補(bǔ)過(guò)的路面未發(fā)生新的損壞，達(dá)到道路維護(hù)養(yǎng)護(hù)的要求；

4.2 密封防水應(yīng)用

馬俊等人［8］研究表明，聚合物改性乳化瀝青憑借其對(duì)混凝土粘接效果好，延展性強(qiáng)，高、低溫穩(wěn)定性能優(yōu)異等優(yōu)良性能可配制成防水密封膏，對(duì)建筑物的裂縫處進(jìn)行密封防水，還可以直接應(yīng)用于防水層的防水；聚合物改性乳化瀝青也可應(yīng)用在防水粘結(jié)層，避免水對(duì)混凝土內(nèi)部的浸入造成混凝土強(qiáng)度的降低，王偉［9］進(jìn)行的改性乳化瀝青橋面防水粘結(jié)層研究，通過(guò)防水性能試驗(yàn)得出SBS改性乳化瀝青防水性能良好，這是由于SBS改性乳化瀝青的粘結(jié)性能較高，同時(shí)SBS改性乳化瀝青微粒在破乳過(guò)程中形成一層致密的瀝青薄膜，并且最終嵌入到混凝土的毛細(xì)孔中，使得混凝土的防水性能得到顯著的提高。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上綜述可以得到以下觀點(diǎn)：1）改性乳化瀝青相比于普通瀝青甚至乳化瀝青，顯著地提升了瀝青的三大指標(biāo)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)瀝青粘結(jié)性能低、易剝落、易脆裂等缺陷。2）期望完善改性乳化瀝青相關(guān)機(jī)械設(shè)備，促進(jìn)微處理及道路鋪設(shè)作業(yè)應(yīng)用成熟，提高施工效率以適應(yīng)大規(guī)模作業(yè)的需求。3）目前改性劑的品種較少且應(yīng)用不成熟，期望進(jìn)一步研究環(huán)保且符合路用性能要求的復(fù)合改性劑，并逐漸形成專(zhuān)業(yè)的研究體系。4）當(dāng)前對(duì)于改性乳化瀝青混凝土路用性能的實(shí)驗(yàn)一般是在實(shí)驗(yàn)室中完成，實(shí)驗(yàn)的試樣一般較小不足以完全反應(yīng)真實(shí)的改性乳化瀝青性能，建議能夠研發(fā)等同瀝青大面積試樣的研究機(jī)器或促進(jìn)瀝青研究由實(shí)驗(yàn)室研究向路段研究轉(zhuǎn)變。