加热型沥青路面灌缝胶的研究

陈松，李福起，裴晓光，韩凌

（中海油（青岛）重质油加工工程技术研究中心有限公司，山东青岛266500）

工程师园地

加热型沥青路面灌缝胶的研究

陈松，李福起，裴晓光，韩凌

（中海油（青岛）重质油加工工程技术研究中心有限公司，山东青岛266500）

本文以绥中36-1基质沥青为原料，考察了2种改性剂、2种相容剂对加热型沥青路面灌缝胶性能的影响。结果表明，改性剂与相容剂的种类、添加量以及改性剂复配比例对灌缝胶的性能有较大的影响。在此基础上，研制出适用于严寒地区的加热型沥青路面灌缝胶。

预防性养护；路面裂缝；改性沥青；相容剂；复配改性剂

加热型沥青路面灌缝胶目前已广泛应用于高等级公路预防性养护工作中。通过对路面裂缝的早期修补能够有效的延缓路面病害发生，推迟翻修、重建的时间，延长路面使用寿命，从而以有限的投入获得更大的路面服役能力[1-4]。

国外对路面预防性养护材料的研究起步较早，目前，已经建立了完整的路面裂缝修补施工技术方案以及路面裂缝修补材料的性能评价体系[5-7]。我国于二十世纪90年代中后期开始引进沥青路面灌缝技术，应用于高等级道路的预防性养护工作，并获得显著收效[3]。目前，我国公路管理部门以及材料供应商在引进国外高性能材料和先进的施工技术以外，全都将目光投向了新材料、新技术的开发和应用。随着人们预防性养护观念的建立以及我国公路工程方面工作由新建向养护维修转移，对灌缝材料的需求量和产品质量均有大幅度提高，所以对高性能灌缝材料的开发仍然是广大公路材料研发人员在今后一段时期内关注的重点[8-11]。

本文利用聚合物改性剂复配的方式对绥中36-1基质沥青进行改性，考察了改性剂、相容剂的种类、加入量以及改性剂复配比例等因素对灌缝胶性能的影响，制备了符合JT/T 740-2009质量标准并且适用于严寒地区的加热型沥青路面灌缝胶。

1 试验部分

1.1 试验原料

本试验所用基质沥青为中海油（青岛）重质油加工工程技术研究中心有限公司生产的中海油36-1 AH-90，基质沥青的性质见表1，两种相容剂C1、C2为富含芳烃馏分油，其组分分析见表2，两种改性剂M1、M2均为高分子合成材料，其中M1属于热塑弹性体改性剂，M2属于橡胶类改性剂。

1.2 灌缝胶的制备

本试验中灌缝胶制备过程如下：按照一定比例将基质沥青与相容剂混合均匀，缓慢升高温度至160℃，在高速搅拌的条件下加入改性剂，再升高温度到190℃，在此温度下继续高速搅拌，待改性剂在沥青与相容剂体系中得到充分分散、溶胀后，取样分析。

表1 基质沥青性质Tab.1 Performance of base asphalt

表2 相容剂性质Tab.2 Performance of compatibilizers

1.3 灌缝胶的质量指标

本试验以JT/T 740-2009《橡胶沥青灌缝胶》中要求的25℃锥入度、软化点、60℃流动值、25℃弹性恢复率以及-30℃低温拉伸5个检测项目来考察所制备的沥青路面灌缝胶的性能。该标准按照不同的适用条件将灌缝胶产品分成4种类型，技术指标见表3。

表3 加热型沥青路面灌缝胶质量指标Tab.3 Specification ofhot-applied sealant for pavement

2 结果与讨论

2.1 不同类型改性剂对灌缝胶性能的影响

加热式沥青路面灌缝胶主要用于路面裂缝的修补，因此，与作为面层铺筑的重交沥青和改性沥青在技术指标上存在较大的差别。在路面养护中，灌缝胶的作用是对裂缝的密封，阻止雨雪对基层损害，所以它需要具有良好的粘结性能以及抗变形能力。目前，高等级公路上最常见的横向裂缝大多是因为气温的变化而导致的温缩裂缝，可见对于灌缝材料来说，要有足够的高温抗变形能力和低温下与沥青混凝土的粘结性能。除此之外，为了适应裂缝形状随着温度以及荷载的变化而发生的改变，灌缝材料还要具有一定的弹性恢复能力。

目前，橡胶、热塑弹性体以及热塑性树脂等大多数的合成材料已经广泛应用于改性沥青的制备，凭借出色的力学性能能够大幅度提高改性后沥青的性质。本试验分别选取两种改性沥青制备过程中常用的改性剂M1、M2对基质沥青进行改性，并按照灌缝胶的技术要求，对比两种改性剂对高温抗变形能力、低温粘结性能以及弹性变形能力的影响，结果见表4。

表4 不同改性剂灌缝胶的性能Tab.4 Performance of variation asphaltwithmodifier

由表4可知，加入改性剂后锥入度降低，软化点、弹性恢复率以及-30℃拉伸断裂最大位移均有提高，可见本试验中选择的两种改性剂对灌缝材料所要求的性能有改善的作用。

高温性能改性效果：M1＞M2；抵抗弹性形变性能改性效果：M1＞M2；低温粘结性能改性效果：M1＞M2，即热塑弹性体改性剂M1在加热型路面灌缝胶材料的制备过程中作用优于橡胶类改性剂M2，下面以M1作为改性剂考察两种相容剂对灌缝材料的性能影响。

2.2 相容剂对灌缝胶性能的影响

相容剂是改性沥青制备中常用的一种添加剂，向基质沥青中调入相容剂能够改善原沥青中的组分配比，有助于提高改性剂与基质沥青的相容性，从而使聚合物的性能更好的体现在改性沥青中。通过前面试验已知，加入改性剂后锥入度降低，沥青塑性变差，并且改性剂加入量较大难以在沥青中均匀分散，故在前面试验的基础上分别向M1、M2改性的沥青中加入相容剂C1，考察相容剂的加入对改善灌缝胶的塑性以及低温粘结性的作用，结果见表5。

表5 灌缝胶低温性能Tab.5 Low temperature performanceof sealant

由表5可知，通过调和相容剂能够改善灌缝胶低温抗拉伸能力，这是由于加入相容剂一方面改善了聚合物改性剂与基质沥青的相容性，使得改性剂溶胀更加充分，分散更加均匀；另一方面相容剂在低温延伸性方面优于基质沥青，替代一部分基质沥青后可以提高灌缝胶的延伸性能，改善低温拉伸性能。下面考察了两种相容剂C1、C2在不同添加量的条件下对灌缝胶性能的影响，见图1～5。

图1 相容剂添加量对灌缝胶锥入度的影响Fig.1 Cone penetration ofvariation asphaltwith contentof compatibilizer

图2 相容剂添加量对灌缝胶软化点的影响Fig.2 Softening pointofvariation asphaltwith contentof compatibilizer

图3 相容剂添加量对灌缝胶流动值的影响Fig.3 Flow ofvariation asphaltwith contentof compatibilizer

图4 相容剂添加量对灌缝胶弹性恢复率的影响Fig.4 Resilience ofvariation asphaltwith contentof compatibilizer

图5 相容剂添加量对灌缝胶低温粘结性的影响Fig.5 Bond of variation asphaltwith contentof compatibilizer

由图可见，相容剂的加入能够明显提高灌缝胶的锥入度，相同条件下加入C1比C2提高锥入度幅度大；与锥入度规律一致，相容剂的加入使得软化点降低，并且在等量条件下C1比C2的软化点更低；C2对灌缝胶的流动值影响较小，当C2在0～100%范围内增加时，试验结果均没有超过5mm，C1在添加量大于75%时流动值超过标准要求的5mm，从组分分析结果看C2的重组分含量高，可能是导致高温性能较好的原因；随着相容剂添加量的增加，两组试验的弹性恢复率均呈现先增加后减小的趋势，这是由于相容剂加入量低的条件下灌缝胶主要呈现的是基质沥青的塑性，形变后难以恢复，随着加入量提高，聚合物得到了充分的溶胀，此时主要呈现聚合物的弹性特征，进一步增大相容剂的添加量由于相容剂作为软组分使得灌缝胶的锥入度迅速增加，从而弹性特征又转为塑性特征；通过比较两种相容剂对灌缝胶低温拉伸性能的影响，可以看出相容剂C1对增加低温拉伸最大位移作用更加明显。综上所述，在灌缝胶改性方面，轻组分含量高的C1对低温性能方面贡献高，而重组分含量高的C2对高温性能方面贡献高，本文为了制备适用于严寒地区使用的灌缝胶，故在后面的试验中选取C1作为相容剂。

2.3 聚合物改性剂含量对灌缝胶性能的影响

通过前面试验确定出改性剂M1、相容剂C1对基质沥青的改性效果较好，故在相容剂C1与基质沥青质量比为1∶1的条件下，考察改性剂M14种添加量下对灌缝胶性能的影响，结果见表6。

表6 不同M1加入量灌缝胶的性能Tab.6 Performance of variation asphaltwith content ofM1

由表6可知，随着改性剂M1添加量增加，锥入度降低，软化点升高，弹性恢复率升高。4组试验样品高温性能均非常出色，流动值为0mm，同时低温指标也均满足规范要求值，但弹性恢复率的数值却超过上限要求值，这样材料自身的内聚力过高，使用过程中容易与沥青路面分离，严重者会造成灌缝粘结处沥青混凝土开裂。这是由于热塑弹性体改性剂M1在改性过程中交联成为网络结构的连续相，使得改性沥青在整体上具有了弹性体的特征，所以大大提高了高、低温使用性能，但也使得弹性恢复率升高。橡胶类改性剂M2在改性机理方面有别于热塑弹性体改性剂M1，通过自身的溶胀而成为连续相，改性沥青的性能大部分依靠改性剂的特性，故在高温、低温以及弹性性能方面均低于M1，可见单独使用M1、M2均无法得到所有指标均满足要求的产品，下面考虑两种改性剂复配对灌缝胶产品性能的影响。

2.4 复配改性剂对灌缝胶性能的影响

在相容剂C1与基质沥青质量比为1∶1的条件下，分别考察加入10%M1、35%M2、10%M1+35%M2改性后的沥青性能，结果见表7。

表7 不同比例M1与M2灌缝胶的性能Tab.7 Performance of variation asphaltwith ratio of M1to M2

由表7可知，通过M1与M2复合改性能够保留原有的高温抗流动性以及低温粘结性，同时M2作为填充物也可以在一定程度上减弱原有材料的弹性恢复率指标，调节添加剂适当的比例可以得到满足JT/T 740-2009《橡胶沥青灌缝胶》技术指标要求的严寒型产品。

3 结论

（1）制备沥青路面灌缝胶的过程中，两种聚合物改性剂对产品性能贡献排序，高温性能：M1＞M2；抗弹性形变性能：M1＞M2；低温粘结性能：M1＞M2，即热塑弹性体改性剂M1在加热型路面灌缝胶材料的制备过程中作用优于橡胶类改性剂M2。

（2）在路面沥青灌缝胶的制备过程中相容剂不仅起到改善材料延伸性的作用，而且与基质沥青调和增大了软沥青组分的比例，促进聚合物改性剂的溶胀分散，从而得到理想的力学指标。本试验所考察的两种相容剂，添加轻组分含量高的C1得到的灌缝胶低温性能较好，而添加重组分含量高的C2得到的灌缝胶高温性能较好，在制备严寒地区使用的灌缝材料时宜采用轻组分含量高的相容剂。

（3）改性剂M1与M2复配制备灌缝胶能够达到单独使用M1改性制备灌缝胶的高温抗变形性能与低温拉伸性能，降低材料的弹性恢复率指标。在相容剂添加量50%，改性剂M1加入量10%，改性剂M2加入量35%的条件下，得到了满足JT/T740-2009标准要求的严寒型橡胶沥青灌缝胶产品。

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Study on hot-app lied sealants for pavem ent

C HEN Song,L I Fu-qi,P EI Xiao-guang,H AN Ling
（Heavy Oil Process Engineering&Technology Research Center Co.,Ltd.,CNOOC（Qingdao），Qingdao 266500，China）

s：This paper studied the performance of hot-applied sealant,which was modified by 2 kinds of modifier and 2 kinds of compatibilizers from Suizhong 36-1 base asphalt.The results showed that the properties of the sealant have a significant relationship with the kind and content of additives,ratio between in the constituent the compound modifiers.On this basis,hot-applied sealant for cold regionswas developed.

pavement preventive maintenance；pavement crack；modified asphalt；compatibilizer；compound modifier

U416.217

A

1002-1124（2014）07-0061-04

2014-05-20

陈松（1985-），男，汉族，河北省石家庄人，2011年毕业于中国石油大学（北京），化学工程专业，硕士研究生，现就职于中海油（青岛）重质油加工工程技术研究中心有限公司，主要从事石油沥青技术研究工作。