沥青针入度仪(SBR胶乳改性剂用量对乳化沥青及微表处性能影响)

文章来源：微信公众号“沥青路面”

乳化沥青的研究应用至今有近百年的历史，被广泛应用在众多的道路建设中。丁苯橡胶SBR是一种性能优越的沥青改性剂，具有良好的热稳定性和耐久性。SBR胶乳改性乳化沥青的蒸发残留物软化点和低温延度得到很大改善，应用于微表处中，大大提高抗水损性、抗车辙率及抗碾压变形率，极大改善其路用性能，延长使用寿命。

乳化沥青改性剂类型

便于使用简单，一般选择水性乳液作为乳化沥青改性剂。目前国内市场可选的乳液类型改性剂主要有橡胶类像丁苯胶乳(SBR)、天然胶乳(NR)、氯丁胶乳(CR)等;树脂乳液改性剂如苯丙乳液、环氧乳液、聚氨酯乳液、乙烯－醋酸乙烯乳液等。丁苯橡胶SBR是丁二烯和苯乙烯的共聚物，其中丁二烯可以顺式－1，4结构反式－l，4结构和1，2结构存在于分子链中，丁苯胶乳有许多优点，其胶乳薄膜具有较高的拉伸强度和较好的耐寒性能，湿凝胶强度也较高，被广泛用作乳化沥青改性剂。因材而异，其他乳液也用作乳化沥青改性剂，发挥各自用途。

改性乳化沥青生产工艺

改性乳化沥青生产工艺国内外常用的有先改性后乳化、边改性边乳化、先乳化后改性3种。第一种改性实质上是对沥青的改性，但工艺过程复杂，乳化相对困难;第二种改性是将胶乳改性剂掺加到皂液罐的方法，与生产普通乳化沥青的工艺完全相同，不需要对生产设备做任何改动，带来不利的是用该方法生产改性乳化沥青时，改性剂的剂量受到一定限制，且要求改性剂胶乳能够耐酸碱;第三种改性是将基质沥青进行乳化，再加入胶乳改性剂，通过机械搅拌的作用使胶乳与乳化沥青分散均匀，制作改性乳化沥青。

SBR改性剂类型及添加量对乳化沥青指标及微表处性能影响实验

实验计划

采用一种多胺类阳离子慢裂快凝型乳化剂、SK－90#沥青和3种不同类型的阳离子SBR胶乳，以先乳化，后改性的工艺制备改性乳化沥青，分别添加不同用量的SBR胶乳，测试各配方乳液的蒸发残留物软化点、延度、针入度，从而分析各类型胶乳对乳化沥青蒸发残留物指标及微表处性能影响机理。

(1)实验材料与设备

材料:沥青(SK－90#)、3种SBR胶乳、水(饮用水)、多胺类阳离子慢裂快凝型乳化剂、盐酸(试剂)、级配碎石(玄武岩)、水泥(P.O42.5)。仪器设备:ENH胶体磨、沥青延度测试仪、沥青软化点测试仪、沥青针入度仪、湿轮磨耗仪、负荷轮碾压仪、黏聚力测试仪、电子天平、pH计、电子万用炉。

(2)实验步骤

将SK－90#基质沥青加热到135℃，加入ENH胶体磨沥青罐中，保持温度在135±2℃。配制2.0%乳化剂含量的乳化液，加盐酸使乳化液pH值在2.0～2.5，将配制好的乳化液加入ENH胶体磨乳化液罐中，加热使乳化液温度保持在55±2℃。在ENH胶体磨数显仪盘分别设置沥青、乳化液流量数值，开启循环泵，使沥青、乳化液在各自管道与储罐间循环。待流量、温度显示稳定(数值波动范围±2)，开启胶体磨磨机，生产乳化沥青。

(3)实验数据与讨论

乳化沥青冷却至室温，检测蒸发残留物含量，以62%为基准，折算加入胶乳(固含量折算为65%)，依次添加2.5%～5%，分别测试蒸发残留物软化点、延度、针入度指标;将各类型不同用量的胶乳改性乳化沥青与集料及添加料进行拌和，制备微表处试验试件，并测试其黏聚力、湿轮磨耗值、负荷轮碾压车辙率、宽度变形率及粘附砂量，分析各类型胶乳对乳化沥青蒸发残留物指标及微表处性能影响机理。

SBR胶乳A对乳化沥青指标及微表处性能影响

(1)SBR胶乳A掺量对乳化沥青指标影响。检测SBR胶乳A固含量，折算固含量为65%，与固含量为62%的乳化沥青进行掺配，机械搅拌30min，依照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》检测改性乳化沥青蒸发残留物软化点、针入度、延度指标。

可知，随着胶乳A的添加量增大，软化点升高，针入度下降，延度先升高再降低，呈现反常规律，分析可能是胶乳中苯乙烯与丁二烯比值过高，材料显脆性，在提高软化点的同时对延度的提高不明显;二者在操作中160℃难以灌模，必须升高温度到200℃制样，造成材料局部老化，影响延度。

(2)SBR胶乳A掺量对微表处性能影响。选取玄武岩作为集料，调整级配使之符合微表处3型级配要求，固定级配不变;外添加剂为普通硅酸盐水泥(P.O42.5)，添加量为1.5%;外加润湿水为6.5%;SBR改性乳化沥青用量为10.5%，分别制作微表处黏聚力试验试件、湿轮磨耗试件、负荷轮碾压试件。

可知，随着胶乳A的添加量增大，湿轮磨耗值、粘附砂量、宽度变形率都呈下降趋势;车辙率在不断提高，说明胶乳用量增大提高了微表处的抗水损性、抗变形能力。粘附砂量反映乳化沥青用量即油石比，在固定油石比的前提下，粘附砂量随着胶乳增大下降，结合，粘附砂量和改性乳化沥青针入度有正相关性;黏聚力随着胶乳用量增大先增大后变小，在4.0%～4.5%时最佳。

SBR胶乳B对乳化沥青指标及微表处性能影响

(1)SBR胶乳B掺量对乳化沥青指标影响

可知，随着胶乳B的添加量增大，针入度下降，延度和软化点升高，其中延度增加明显，当添加量为3.5%时延度超过100cm，极大改善了沥青的低温抗开裂性能。

(2)SBR胶乳B掺量对微表处性能影响

可知，随着胶乳B的用量增大，湿轮磨耗值、粘附砂量、宽度变形率都呈下降趋势;车辙率在不断提高，说明胶乳用量增大提高了微表处的抗水损性、抗变形能力。黏聚力随着胶乳用量增大先增大后变小，在4.0%时最佳，可满足开放交通的要求。

SBR胶乳C对乳化沥青指标及微表处性能影响

(1)SBR胶乳C掺量对乳化沥青指标影响

可知，随着胶乳C的添加量增大，针入度下降，软化点和延度升高，其中延度提高明显，在添加量为3%时延度值超过100cm;软化点升高幅度较小，当添加量为5%时软化点为57℃，刚好可以满足微表处用改性乳化沥青蒸发残留物软化点要求(≥57℃)。

(2)SBR胶乳C掺量对微表处性能影响

可知，随着胶乳C的添加量增大，湿轮磨耗值、粘附砂量、宽度变形率都呈下降趋势;车辙率逐渐提高，说明胶乳用量增大提高了微表处的抗水损性、抗变形能力。黏聚力随着胶乳用量增大先增大后变小，在3.5%时最佳。

结语

(1)SBR可以对乳化沥青指标进行良好改善，且随着添加量的增加指标不断提高，具体表现在提高软化点和低温延度，降低针入度，选取的3种SBR胶乳，除A之外都呈现此规律，胶乳A对软化点的提高最为显著。当添加量为4.5%时延度呈现下降趋势，属异值，分析可能是胶乳中苯乙烯与丁二烯比值过高，材料显脆性，在提高软化点的同时对延度的提高不明显;在具体操作时由于蒸发残留物粘稠，流动性极差，在160℃灌模困难，故需升高温度(约200℃)制样，在此过程中会造成沥青及SBR的局部老化，影响延度值。胶乳B对软化点和延度都有较为理想的提高，胶乳C可大大提高延度，对软化点的提高较微弱。

(2)SBR胶乳对微表处性能提升明显，随着添加量的提高，试验测试的湿轮磨耗值、负荷轮碾压宽度变形率、车辙率、粘附砂量都有显著改善，对黏聚力改变没有明显规律，从结果反映用量在4.0%时效果最好。黏聚力反映早期成型速度，主要和乳化剂类型及用量、添加剂类型及用量、油石比、用水量等有关，单从SBR胶乳用量难以判断。总体来讲，考虑成本、地域气候等因素，在满足规范要求的前提下选择胶乳B作为乳化沥青改性剂，掺量4.0%～4.5%为宜。