文章來源：微信公眾號「瀝青路面」
摘 要
超粘磨耗層是一種新型稀漿封層類技術，主要應用於瀝青路面養護工程，目前僅在國內部分地區獲得試驗應用。結合起粘磨耗層的技術特點與目前稀漿封層類規範，提出了超粘磨耗層專用高粘改性乳化瀝青的技術指標要求，並進行了高粘改性乳化瀝青的生產製備，得出主要結論：提出專用改性乳化瀝青的蒸發殘留物的含量為60%，軟化點指標60℃，並採用SBS高粘改性乳化瀝青；SBS改性瀝青經過KL-2乳化後，其針入度指標提升明顯，軟化點與彈性恢復能力降低顯著，換用KL-3乳化劑、3.5%SBS摻量後製備的高粘改性乳化瀝青符合技術要求。
關鍵詞
超粘磨耗層 | 高粘改性乳化瀝青 | 技術指標 | 配方優化
超粘磨耗層（Novasurfacing）技術，是指採用專用的封層設備同時噴灑改性乳化瀝青粘層、拌和攤鋪含玻璃纖維的改性乳化瀝青混合料，形成新的磨耗層。超粘磨耗層技術在德國及歐洲其他國家的高等級公路上已成功應用十多年，2011年，該技術被引人我國，2012年在杭州繞城高速鋪築了第一條試驗路［1-2］，雖然近幾年來在國內高等級公路上的應用逐漸增多，但整體應用仍處於試驗階段［3］，國內關於超粘磨耗層所用粘層乳化瀝青研究較少，並未形成統一的認識。本文擬根據超粘磨耗層技術特點，結合Novachip即材料技術指標要求，提出適合的超粘磨耗層專用高粘改性乳化瀝青指標要求，並結合室內試驗，製備符合該指標的高粘改性乳化瀝青，掌握超粘磨耗層專用乳化瀝青的配方及生產工藝，為超粘磨耗層技術在我國的推廣與應用提供支撐。
超粘磨耗層專用高粘改性乳化瀝青指標優化
超粘磨耗層與Novachip技術對比
超粘磨耗層技術專用高粘改性乳化瀝青是作為粘層材料使用的，由於超粘磨起層是一項基於噴灑和拌和同步施工的預防性養護技術，因此，要求用於噴灑的改性乳化瀝青必須能夠快速破乳，以實現對同步攤鋪的冷拌混合料進行有效粘結。目前，已有的工程案例對超粘磨耗層噴灑用改性乳化瀝青的技術要求主要是參考殼牌超薄磨耗層（NovaChip）用粘層改性乳化瀝青的技術指標（見表1)[4］。
超粘磨耗層和超薄磨耗層為兩種完全不同的預防性養護技術。兩者的主要區別在於：
(1)上層攤鋪的瀝青混合料不同：超粘磨耗層上層攤鋪的是摻加玻璃纖維的冷拌型乳化瀝青混合料，其級配一般是連續級配，空隙率較小。而NovaChip上層攤鋪的是具有大空隙率的熱拌型斷級配瀝青混合料。
(2)攤鋪厚度不同：超粘磨耗層的攤鋪厚度為1cm左右，而NovaChip的攤鋪厚度則為2.5cm。
(3)施工工藝不同：超粘磨耗層上層混合料攤鋪結束後，無需碾壓，或使用小噸位膠輪壓路機進行碾壓。而NovaCl即上層混合料攤鋪結束後則必須用鋼輪和膠輪壓路機進行壓實。
超粘磨耗層粘層高粘改性乳化瀝青指標要求
鑑於以上區別，項目組認為超粘磨耗層粘層專用改性乳化瀝青亦應根據實際需求對技術指標進行適當調整。
(1）將蒸發殘留物含量指標適當減少NovaChip要求其噴灑型乳化瀝青的蒸發殘留物含量≥65%，這一方面是因為NovaChip上層攤鋪的是熱拌型瀝青混合料，要求粘層與攤鋪層間粘結時儘量無水，如此方可保證後期路面具有良好的抗水損害性能；另一方面，NovaChip的攤鋪厚度是2.5cm，相對較厚，為使粘層改性乳化瀝青中的水分能夠快速蒸發，也要求其含水量能夠儘量減少；此外，為使乳化瀝青能夠通過上層OGFC混合料的大孔隙上浮，對熱拌料進行有效包裹，乳化瀝青也就必須具有較高的固含量，以滿足其包裹上層骨料和粘結原路面的雙重需求。
不同於NovaChip技術，超粘磨耗層上層攤鋪的是冷拌乳化瀝青混合料，且攤鋪厚度只有1cm，下粘層乳化瀝青中的水分可以方便地透過該厚度進行蒸發；而且由於攤鋪厚度較薄，使用相對較少的固含量即可滿足上下兩層之間的充分粘結，此外，較高的乳化瀝青固含量對噴灑設備的要求更高，容易導致施工過程中噴嘴的堵塞。
同時超粘磨耗層的固含量也不能過小，由於超粘磨耗層上層攤鋪的冷拌乳化瀝青混合料中也含有一定量的改性乳化瀝青，其因自身的流動會自動滲人粘層改性乳化瀝青，若粘層改性乳化瀝青的含水量過大，極易導致改性乳化瀝青的流淌損失，但若通過減少其用量來減少含水量，又會導致粘結能力的下降。
結合以上考慮，項目組認為作為超粘磨耗層專用的噴灑用改性乳化瀝青，蒸發殘留物的含量可控制在60%及以上。
(2）將蒸發殘留物軟化點要求造當提高由於超粘磨耗層的攤鋪厚度較薄，路表溫度可以很快地傳遞到粘層，若粘層改性乳化瀝青蒸發殘留物的軟化點較低，很容易導致粘層油軟化，致使上層冷拌冷鋪混合料發生滑移，抗剪能力下降，因此將粘層用改性乳化瀝青蒸發殘留物的軟化點指標適當提高至≥60℃，有利於提升整個體系的高溫穩定性能。
(3）使用高粘改性乳化瀝青超粘磨耗層噴灑改性乳化瀝青最重要的作用就是提高乳化瀝青混合料與原路面的粘結能力。若要在固含量相對減少的條件下，繼續保持較高的粘結性能，就要採用SBS改性的高粘改性乳化瀝青。
基於以上考慮，項目組提出了超粘磨耗層粘層專用改性乳化瀝青的指標要求，如表2所示。
超粘磨耗層專用高粘改性乳化瀝青製備
改性瀝青配方的優化
經上述研究分析，在滿足改性瀝青建議指標要求前提下，同時考慮作為對比，選擇了較低的SBS摻量，分別製備了2.5%、3.0%、3.5%SBS摻量下的改性瀝青。根據上述改性乳化瀝青的製備要求，通過降低穩定劑與SBS比例，以及調整橡膠油的組分，設計配方見表3。
通過布氏旋轉黏度計，測試所製備的改性瀝青在163℃的黏度，結果列於表4。
表4中數據表明，經過優化後，三種SBS劑量下的改性瀝青的黏度均約為0.3Pas，滿足改性瀝青的乳化要求。
由表5可知，經過穩定劑與輕質油組分用量的調整，三種劑量下的SBS改性瀝青，針人度保持在85~90(O.1mm）範圍內，可確保改性瀝青的可乳化性，根據前文中改性乳化瀝青的製備要求，針人度指標可以作為反映改性瀝青軟硬的簡易的經驗指標。彈性恢復和離析均可滿足建議指標要求。離析結果表徵了瀝青改性後的穩定性，由結果可知，該配方下改性瀝青性能穩定。
圖1表明，按照預知配方設計，軟化點結果隨著SBS劑量的提高，依然有規律性的提高。其中，2.5%和3.0%SBS劑量下的改性瀝青軟化點低於所要求的建議指標，可作為對比研究，測試其乳化瀝青的性能與應用性能。
高粘改性乳化瀝青製備
本研究採用KL-2和KL-3乳化劑，分別對SBS劑量為2.5%、3.0%和3.5%的改性瀝青進行乳化，製得SBS改性乳化瀝青，並進行性能檢測。優選出可以滿足給出的建議指標要求配方。
採用KL-2乳化劑製備的三種改性乳化瀝青，首先進行蒸發殘留物性能的檢測，測試結果見表6。
由表6可知，三種劑量下SBS改性乳化瀝青，蒸發殘留物含量略有波動，這也表明，乳化時通過皂液的流量和瀝青流量控制，樣品的蒸發殘留含量的大小是可以控制的。每臺乳化瀝青設備不同，其固含量控制經驗有所區別，圖2給出本研究中所用膠體磨皂液流量控制與固含量關係。在實際樣品製備過程中，實時調整皂液流量，即可達到要求的固含量指標。
乳化劑將SBS改性瀝青乳化後，會對改性瀝青的性能指標有所影響，其影響趨勢與乳化劑的選擇有關。圖3至圖4給出了乳化前後改性瀝青的性能變化。
圖3、圖4表明，採用LK-2乳化劑，改性瀝青乳化後，顯著提升蒸發殘留物的針人度指標，使得瀝青變軟，同時降低了改性瀝青軟化點，降低了高溫性能。乳化劑KL-2影響最為顯著的是改性瀝青的彈性恢復能力。從圖5可以看出，對於乳化前10℃彈性恢復，各劑量下SBS改性瀝青均明顯高於指標要求，但乳化後只有3.5%劑量SBS改性瀝青滿足要求。
以上分析表明，乳化劑也是乳化瀝青的殘留物性能的重要影響因素。從上述數據看，乳化劑的加入顯著提高了針人度指標，降低軟化點，高溫性能和彈性恢復能力降低顯著。為保證乳化改性瀝青的前提，在前期改性瀝青製備過程中，適當提高了橡膠油的添加量，同時降低了穩定劑的比例。因此，高劑量橡膠油和低劑量的穩定劑也是乳化後瀝青明顯變軟的原因之一。
選擇3.0%與3.5%摻量的SBS改性瀝青，採用KL-3乳化劑重新製備了兩種改性乳化瀝青，進行蒸發殘留物』性能的檢測，測試結果見表7。
對比表6和表7可知，針人度、軟化點、彈性恢復有所改變，但KL-3乳化劑對改性瀝青性能影響較小，劑量3.5%SBS時製備的改性乳化瀝青完全滿足建議指標要求，可作為超粘磨耗層噴灑專用高粘改性乳化瀝青。
結論
通過對超粘磨耗層專用高粘改性乳化瀝青的指標、配方影響因素進行了深人研究，主要得出以下結論：
a）根據超粘磨耗層技術特點，提出專用改性乳化瀝青的蒸發殘留物的含量為 60%，軟化點指標60℃，並採用SBS高粘改性乳化瀝青。
b)SBS改性瀝青經過KL-2乳化後，其針入度指標提升明顯，軟化點與彈性恢復能力降低顯著，換用KL-3乳化劑、3.5%SBS摻量後製備的高粘改性乳化瀝青符合技術要求。
參考文獻
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【2】康德泉，韓膏英．超粘磨耗層在杭州繞或高速公路的應用［J].石油瀝青，2013,27(2):25-28.
【3】趙結．超粘磨耗層與纖維網步碎石封層的應用對比研究［J].現代交通技術，2016,(6):14-16.
【4】徐華傑，王文峰，牛曉偉．超薄＆耗層用高粘改性導L化瀝青的研製［J].黑龍江交通科技，2015,(1):5-6.