王毅 杜菲 黄震

现今对于改性乳化沥青性质的评价主要是测定其蒸发残留物的性质,对于沥青蒸发残留物含量的测定方法,不同国家所采用的加热温度和加热方法也各不相同。目前国际上通常采用的方法有:

ASTM对乳化沥青残留物有三种提取方法:蒸馏法、蒸发法和低温减压蒸馏法。蒸馏法将沥青在260℃下蒸馏15 min。蒸发法是将沥青乳液放入163℃的烘箱中加热2 h,搅拌后,再加热1 h。减压蒸馏法由于加热温度低,可以避免聚合物在高温加热过程中的降解,但试验设备复杂。

美国加州采用将乳化沥青在118℃条件下保持30 min,然后升温到138℃保温 1.5 h,搅拌,再保持1 h。

我国采用直接加热法,即将乳液在电炉上直接加热搅拌20 min～30 min,确认水分已经完全蒸发,再在163℃条件下保持1 min。

有研究表明,三种方法对沥青的老化程度基本相同。我国的直接加热法方法简便,结果也较为可靠,作为残留物获取的一种方法是可行的。但是其工艺人为因素影响较大。

1 蒸发过程中最高温度对残留物性质的影响

实际操作时,由于不同操作人员的水平差异,最高蒸发温度控制不准,对乳化沥青残留物性质指标影响明显。将同一批次制作的SBR改性乳化沥青进行不同蒸发模式的蒸发试验,对其残留物进行5℃延度测定,结果见表1。

表1 不同最高蒸发温度对乳化沥青残留物性质影响 cm

分析表1结果,残留物加热至200℃时,其延度值并没有因高温老化而降低,而是相比常规试验方法有较大幅度提高。但随着高温状态时间的延长,残留物延度出现了下降趋势。

通过进一步的试验研究得知,产生这种试验结果的主要原因是:试验过程中的高温加热可以使部分乳化剂分解挥发,蒸发残留物中乳化剂含量减少,相应的乳化剂对延度的负面影响就降低了,延度值大幅提高。然而,乳化剂的挥发不可能是无限制的,再加热亦会伴有沥青的老化甚至胶乳的降解,所以延度值不可能无限制上涨。

2 蒸发模式对残留物性质的影响

乳化沥青因其使用方式的不同,实际破乳蒸发温度也不同。对于粘结油,由于可以和上部高温混合料接触,破乳后的存在状态相当于蒸发残留物试验中的高温加热。但是对于稀浆封层、微表处等,乳化沥青由于在常温状态下破乳蒸发,没有经过高温状态,蒸发程度不同,进而残留物的性质也不同。为此我们设计了一个对比试验,将实验室同一批次制作的SBS改性乳化沥青分成两组:一组为乳化SBS改性沥青直接浇筑试模,在100℃温度下保持20 h;具体做法为将延度、软化点试模表面涂膜隔离剂并双层叠加,按照残留物含量计算试模的浇筑量,然后再放入100℃烘箱内进行20 h烘干(其间正反翻转一次,使蒸发均匀),蒸发完全后进行指标测定。另一组为通常的163℃残留物蒸发试验,并对其残留物指标进行测定。试验结果见表2。

表2 不同蒸发模式下对乳化沥青残留物性质影响

通过试验结果可以看出,163℃蒸发所得残留物和原沥青性质接近,但与较低温度蒸发所得的残留物指标相差巨大,并且较低温度蒸发残留物各项指标性能下降明显,特别是延度(见图1)。因此,规范中仅用163℃乳化沥青残留物性能反映所有种类乳化沥青性能的试验方法值得商榷。

3 乳化沥青蒸发模式研究

粘结层厚度小,风干快,在进行铺装层施工时热沥青混合料会对粘结层的乳化沥青残留物再进行一次加热。为了测定摊铺对粘结层的温度影响,试验时将乳化沥青涂抹在一片薄铁皮上,待其风干后,装入马歇尔试模内,上面填装200℃的热沥青混合料,击实稳定后(50次)测定铁皮与混合料接触面背面温度(见图2)。经测定,热沥青混合料可以使铁皮温度保持在60℃以上5 min左右,与乳化沥青残留物试验温度相仿。因此可以认为残留物指标试验是可以模拟表示薄的粘结层乳化沥青材料的指标性质的。

但是稀浆封层、微表处用乳化沥青从摊铺到蒸发结束基本上是在常温状态下进行的,最高温度也不过60℃,如果考虑后期使用情况,100℃也是可以模拟乳化沥青的设计蒸发模式的。

4 结语

不同乳化沥青因其使用范围的不同,其实际蒸发模式不同。通过进行试验对比,乳化沥青在规范规定163℃时和100℃进行蒸发试验所得残留物性质相差巨大。建议对用于粘层油的乳化沥青,可以采用蒸发获取残留物的方法检测其性能;但是对用于稀浆封层、微表处等在常温下破乳蒸发的乳化沥青还应进行常温(或者100℃)状态下的残留物性质检测,以求真实反映乳化沥青的路用性能。

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