高性能SBR改性乳化瀝青關鍵技術研究

摘要 長大下坡推移病害普遍發生，各類封層措施用于（預）養護工程中耐久性不足，為解決以上問題，亟須尋求一種高性能黏層。SBR因其液體形態用于改性乳化瀝青具有優勢，文章通過分析SBR乳化改性機理，比較其內外摻兌性能的影響，提出了軟化點和黏度應作為黏層用乳化瀝青主要指標，制備過程中應嚴格控制溫度和pH值，最后提出推薦生產用SBR改性乳化瀝青指標及配比，對SBR改性乳化瀝青的應用提供了極大的參考作用。

關鍵詞 高性能SBR；改性乳化瀝青；內摻技術

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）19-0063-03

0 引言

公路路面所用瀝青是指從原油真空蒸餾得到的重質原油，由于瀝青的復雜性，其性質與原油的來源密切相關。在國內，受原油來源和組成的限制，大多數瀝青性能主要有如下表現：低溫柔韌性不足，以致路面開裂；高溫剛性不足，導致車轍。乳化瀝青中也存在同樣的缺點，而聚合物改性乳化瀝青可提高瀝青的溫度性能，使得路面能夠在不同的氣候環境中適應不斷增長的交通負荷。

改性乳化瀝青作為一種較好的公路瀝青路面養護材料，自開發以來便受到了廣泛關注，特別是用于稀漿封層和微表處中，用以修復較小的病害、車轍，改善路面結構，提高行車平順，最終達到延長路面使用壽命的目的。近年來隨著公路建設向山嶺、丘陵地區深入，受地形、地勢條件限制，對長大下坡的設計提出了考驗，因長、大下坡路段，車輛頻繁制動，引起路面產生較大剪應力，出現剪切推移病害，對黏層提出了更高的要求，此外，公路及城市道路（預）養護工作的重要性日益凸顯，各種封層用黏層對其耐久性起到至關重要的作用，亟須尋求一種高性能改性乳化瀝青。已有諸多研究人員對當前常用SBS、SBR改性乳化瀝青進行了分析研究，主要異同點[1]如表1所示。SBR、SBS和EVA等多種聚合物可用于聚合物改性乳化瀝青的制備，SBS和EVA改性瀝青較難乳化，SBR因其液體形態而具有其優勢。因此，以下對SBR改性乳化瀝青制備及性能進行驗證，并對其中關鍵技術進行分析，旨在為其應用于實踐起到一定的參考作用。

1 乳化改性機理

SBR改性乳化瀝青并不是單純的聚合物改性瀝青乳液，而是含有分散乳膠粒子的乳液，SBR聚合物在瀝青顆粒周圍形成蜂窩狀結構，也有部分黏附在集料表面。乳膠聚合物保持在液相中，并在固化過程中轉化為連續的聚合物膜，由于水泥顆粒也存在于液相中，柔性聚合物－水泥復合物（若添加少量水泥）便形成蜂窩狀結構。

當水開始從乳液中蒸發時，瀝青顆粒之間形成含有橡膠和水泥顆粒的彎液面，蒸發使得液相中電解質濃度上升，橡膠顆粒在此過程中不太穩定，而吸附在集料顆粒的表面，活性分子的含量降低，橡膠顆粒自發地轉變成連續的微觀聚合物膜包裹在瀝青粒子周圍。

SBR改性瀝青膠乳可不通過凝結而形成聚合物膜，促進早期強度發展，大部分橡膠顆粒會隨著水分遷移，而存在于彎液面中，起到黏結瀝青顆粒的作用。

2 制備及性能驗證

2.1 制備

2.1.1 原材料

（1）基質瀝青，茂名石化生產的70#A級基質瀝青中海36-1。

（2）乳化劑，英杰維克快裂乳化劑（AA-63D）。

（3）改性劑，英杰維克高濃度SBR改性劑1469，內摻法添加，弓銳等[2]研究指出內摻法添加4%SBR乳膠生產得到的改性乳化瀝青性能相對最優。

2.1.2 制備工藝

（1）分散設備。

圣工牌乳化瀝青生產設備（GYRY06Ⅱ）——三級錐面膠體磨，如圖1所示。

（2）生產工藝。

內、外摻法生產工藝流程如圖2、圖3所示。

兩者根本區別主要在于內摻法膠乳參與了瀝青的乳化過程，改性劑經過膠體磨在溫度較高時與瀝青微粒充分混合。弓銳等通過對比試驗得出，內摻法得到的改性乳化瀝青黏度較外摻法要大，且穩定性更好，而外摻法得到的蒸發殘留物的軟化點要高于內摻法。以下考慮將兩種方法結合使用（如表2配方8、9），并將其與僅內摻法得到的改性乳化瀝青性能作對比。

2.2 性能驗證

2.2.1 性能指標

（1）軟化點。

黏層用改性乳化瀝青最重要的作用是層間黏結，因受路表溫度向下傳遞的影響，若黏層改性乳化瀝青蒸發殘留物的軟化點較低，黏層瀝青易軟化，層間黏結強度降低，在行車荷載的作用下，上層混合料發生變形、滑移甚至開裂[3]，因此認為黏層用高性能乳化瀝青蒸發殘留物的軟化點適當提高，不小于70℃。

（2）黏度。

因黏層與超薄磨耗層等封層的攤鋪需異步進行，要求改性乳化瀝青的破乳速度快，黏度適宜于機械噴灑且能高度霧化，同時噴灑后不出現流淌，因此生產中，要求外加改性劑過膠體磨，同時加入適量的穩定添加劑[4-5]。

（3）溫度與pH值。

瀝青乳化效果需適宜溫度為前提，如果溫度較低，則流動性不高；溫度過高，不僅增加成本，還導致水氣化，引起固含量變化，并且產生氣化背壓，導致穩定性和品質下降。一般基質瀝青溫度控制在130～140℃，乳液溫度60～65℃。乳化劑存儲穩定性與乳液的pH值關系密切，該研究中乳化劑的最佳pH值為2～3。

2.2.2 試驗結果

SBR改性劑添加量以0.2%為梯度，取3.8%、4.0%和4.2%，瀝青550 g，水446 g，乳化劑4 g（乳化瀝青4‰）用于調pH值鹽酸11 g左右，試樣1～7均采用內摻過磨，試樣8、9先內摻后外摻，各項指標如表2所示：

上表中配方8、9相當于先同等內摻配制乳化瀝青，再外摻剩余SBR改性劑，發現軟化點明顯提高。從表中數據可以看出，單內摻SBR時，最優摻量為4%，可使得到的改性乳化瀝青軟化點滿足大于70℃；摻量低于或高于4%，其軟化點均小于摻量為4%的試樣，添加適量多聚磷酸作添加劑可提高軟化點。

3 關鍵技術探討

3.1 生產指標及技術指標

經前述分析及試驗室驗證，推薦生產用SBR改性乳化瀝青指標如表3所示，技術指標如表4所示。從表4可看出，表3提出的生產用SBR改性乳化瀝青性能指標要優于當前規范要求，性能較好[6]。

3.2 技術優化

稀漿封層類封層主要包括噴灑一層乳化瀝青覆蓋原有路面，而后集料顆粒嵌擠形成封層，乳化瀝青通過水的蒸發而固化，提供了集料附著于路面的強度，同時集料顆粒的位置得到固定。稀漿封層的固化時間取決于多種因素，如乳化瀝青和集料類型、集料含水率、乳液和集料用量以及環境條件（溫度、風速、相對濕度以及太陽輻射）[7]。目前還沒有可操作的技術用以確定黏層的強度以保證新封層已足以承擔交通荷載，或者可通過清掃將多余的集料清除，以上通常是根據現場人員的經驗確定。

Montoya等[8]探討了利用電阻測量方法來對稀漿封層最佳固化時間進行定量確定，首先利用全頻、兩點、單軸電阻抗圖譜對乳化瀝青以及不同乳化瀝青－集料結合體進行了電性表征。室內試驗結果表明：乳化瀝青電阻變化與體系中的固化量有關，此外還使用各種材料進行了標準化機械強度測試和全面的現場試驗。使用兩點探針的手持電子設備對新封層的電性進行了定量測量，結果表明：當初始電阻測量值增加至10倍時，稀漿封層獲得顯著強度，稀漿封層的固化時間為3.5～4.0 h不等。

4 總結與展望

為解決因黏層性能不足引起的諸多病害及耐久性問題，該文提出了推薦生產用高性能SBR改性乳化瀝青指標及配比，主要結論如下：

（1）從反應原理上對SBR乳化改性機理進行了分析，比較了內、外摻法的工藝流程，指出SBR改性乳化瀝青相當于是先乳化后改性，膠乳參與了瀝青的乳化過程。

（2）黏層用乳化瀝青主要指標應是軟化點和黏度，制備過程中應嚴格控制溫度和pH值。

（3）提出了推薦生產用SBR改性乳化瀝青指標及配比，各項技術指標明顯高于規范值，表明該文制備得到的SBR改性乳化瀝青性能較好。

（4）因設備要求及成本限制，當前SBR改性乳化瀝青應用相較普遍，但從長期效益來看，SBS改性乳化瀝青有其優越性，因而就SBR及SBS改性乳化瀝青仍應開展更進一步的研究工作以促進乳化瀝青的應用。

參考文獻

[1]何會成，楊奇竹，吳曠懷.乳化SBS改性瀝青和SBR改性乳化瀝青對比試驗[J].石油瀝青，2007（4）：21-24.

[2]弓銳，徐鵬，郭彥強.丁苯膠乳對黏層用改性乳化瀝青性能的影響[J].中外公路，2014（6）：223-225.

[3]周澤華，康明，吳俊豐，等.瀝青路面擁包成因分析及預防措施[J].黑龍江交通科技，2024（2）：38-41.

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[5]楊彥海，朱光旭，楊野.冷補瀝青混合料材料組成和性能評價綜述[J].中外公路，2023（4）：221-229.

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[7]田青業，宋軍興，蔡乾東，等.密實型超薄罩面UTOD-5在嘉安高速公路路面養護中的應用[J].交通節能與環保，2022（5）：122-128.

[8]Montoya M A ， Weiss W J ， Haddock J E .Quantifying Asphalt Emulsion-Based Chip Seal Curing Times Using Electrical Resistance Measurements[R]. West Lafayette： Purdue University， 2017.

收稿日期：2024-04-02

作者簡介：盧化秀（1977—），女，本科，工程師，從事于公路橋梁建設管理。