SBS 改性劑對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響

馬曉紅

(蘭州市房地產(chǎn)經(jīng)營(yíng)公司，甘肅蘭州 730030)

在夏季高溫季節(jié)，普通瀝青路面在行車荷載作用下容易產(chǎn)生車轍。車轍不僅縮短了瀝青路面的使用壽命而且降低了瀝青路面的服務(wù)質(zhì)量，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)較大損失。根據(jù)近年來(lái)的研究結(jié)果表明:夏季氣溫在高于25℃ ～30℃時(shí)，瀝青路面的路表溫度可以達(dá)到50℃ ～60℃以上，已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)瀝青的軟化點(diǎn)溫度［1］。美國(guó)的西部環(huán)道試驗(yàn)表明:瀝青含量過(guò)多或者路面壓實(shí)度不夠，是造成車轍發(fā)生的主要因素。SBS改性瀝青路面可以減少車轍、推移、壅包等永久性變形，摻加SBS改性劑的瀝青混合料其動(dòng)穩(wěn)定度一般會(huì)比普通瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度高3倍左右，并且路面抗車轍變形最高溫度可以提高約13℃［2-4］。然而，目前還缺少足夠的試驗(yàn)與理論系統(tǒng)地分析不同的SBS摻量對(duì)提高瀝青混合料路用性能的影響。車轍試驗(yàn)方法比較簡(jiǎn)單，試驗(yàn)結(jié)果直觀，而且與實(shí)際瀝青路面的車轍相關(guān)性較好，在瀝青混合料高溫穩(wěn)定性分析方面得到了廣泛應(yīng)用［5］。

本文以AC-16的3種級(jí)配為研究對(duì)象，采用車轍試驗(yàn)分析儀研究不同級(jí)配和SBS改性劑摻量條件下瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能，為SBS改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)與高溫抗車轍性能研究提供理論指導(dǎo)。

1 材料性質(zhì)與試驗(yàn)方法

1.1 SBS改性瀝青

本研究采用的基質(zhì)瀝青是克拉瑪依瀝青AH-70，SBS改性劑采用燕山石化生產(chǎn)的熱塑性丁苯橡膠。改性瀝青制作采用濕法工藝，即在170℃左右，用高速剪切機(jī)以1000 r/min轉(zhuǎn)速將瀝青與SBS改性劑攪拌10 min，摻量為5%SBS改性瀝青常規(guī)指標(biāo)的實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 SBS改性瀝青測(cè)定指標(biāo)

1.2 集料與級(jí)配

粗細(xì)集料是采用蘭州安寧采石場(chǎng)砂巖，礦粉為石灰?guī)r磨細(xì)而成，集料各項(xiàng)性能指標(biāo)符合JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的要求。實(shí)驗(yàn)采用AC-16的上限、中值、下限，其級(jí)配組成和馬歇爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表2和表3。

表2 AC-16混合料級(jí)配組成

表3 AC-16混合料馬歇爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.3 車轍試驗(yàn)

根據(jù)上述馬歇爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定試件的最佳油石比見(jiàn)表4。采用輪碾實(shí)驗(yàn)成型300 mm×300 mm×50 mm的車轍板試件，控制輪碾壓力為9 kN，碾壓次數(shù)為24次(12個(gè)往返)，碾壓溫度控制在155℃～160℃。瀝青混合料SBS含量(SBS與集料的質(zhì)量比)變化范圍為0%～8%，車轍實(shí)驗(yàn)控制溫度分別為60℃，65℃和70 ℃(±0.5 ℃)，車輪壓力控制在0.7 MPa±0.05 MPa，車轍實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)定動(dòng)穩(wěn)定度DS和車轍深度RD。影響SBS改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的因素包括基質(zhì)瀝青的品質(zhì)、改性劑的來(lái)源和摻量、級(jí)配形式、油石質(zhì)量比等。如果實(shí)驗(yàn)分析多因素的綜合影響，一方面室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的工作量很大，另一方面由于各因素之間存在著交叉影響，會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以準(zhǔn)確分析，故本研究?jī)H采用車轍實(shí)驗(yàn)分析了級(jí)配類型、SBS含量以及溫度對(duì)瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度和車轍深度的影響。

表4 不同摻量SBS的瀝青混合料最佳油石比 %

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1 級(jí)配類型對(duì)DS和RD的影響

在車轍實(shí)驗(yàn)中，將車轍實(shí)驗(yàn)溫度控制在60℃，AC-16三種級(jí)配摻有5%SBS改性瀝青的瀝青混合料的DS和RD實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由于各種瀝青混合料采用的最佳瀝青用量不同(見(jiàn)表4)，可以看到AC-16三種級(jí)配瀝青混合料的DS從大到小排序?yàn)?AC-16下限＞AC-16中值＞AC-16上限，RD則出現(xiàn)相反順序，這表明在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，較粗級(jí)配的瀝青混合料高溫抗變形能力優(yōu)于較細(xì)級(jí)配的瀝青混合料。根據(jù)前人的研究成果［6］表明，瀝青混合料中60%的高溫抗變形能力是由礦料間的嵌擠力與咬合力提供的，瀝青膠結(jié)材料只能提供約40%的抗變形能力，說(shuō)明適當(dāng)增加粗礦料有利于瀝青混合料高溫穩(wěn)定性。

表5 混合料級(jí)配對(duì)高溫穩(wěn)定性的影響

2.2 SBS含量對(duì)DS和RD的影響

在SBS含量影響的分析中，級(jí)配選擇AC-16下限，選取6組不同的SBS含量，其中1組試件不添加SBS，60℃條件下AC-16下限瀝青混合料車轍實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，瀝青混合料摻加了SBS后，其高溫穩(wěn)定性明顯高于未摻加SBS改性劑的瀝青混合料;當(dāng)SBS含量超過(guò)7%，瀝青混合料的DS會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，并且當(dāng)SBS含量超過(guò)5%，瀝青混合料的RD會(huì)呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)。考慮到SBS是一種高分子聚合物材料，適當(dāng)?shù)奶砑覵BS可以增加瀝青混合料抗變形能力和混合料彈性恢復(fù)能力，但是當(dāng)SBS含量繼續(xù)增加，瀝青混合料的粘度過(guò)大，拌和均勻性和壓實(shí)特性會(huì)受到影響，因此，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和材料加工的工藝條件，建議瀝青混合料設(shè)計(jì)中最佳SBS含量控制在5%～6%。

圖1 DS和RD與SBS含量的變化關(guān)系

2.3 溫度對(duì)DS和RD的影響

瀝青混合料是一種對(duì)溫度敏感的粘—彈—塑性材料，其高溫抗變形能力受溫度的影響較大。本研究以AC-16中值級(jí)配為研究對(duì)象，分析溫度分別在60℃，65℃和70℃的5%SBS含量的DS和RD變化(見(jiàn)表6)。由表6可見(jiàn)，當(dāng)溫度超過(guò)70℃之后，瀝青混合料的DS迅速減小，RD則明顯地增加，這是因?yàn)榇藴囟纫呀?jīng)超過(guò)SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)66℃(見(jiàn)表1)，礦料骨料與瀝青膠結(jié)劑之間的粘結(jié)力會(huì)急劇下降。因此，SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)可以作為評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

表6 溫度對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用不同集料、溫度和SBS含量的瀝青混合料進(jìn)行車轍實(shí)驗(yàn)，可以得到以下結(jié)論:

1)普通瀝青混合料中添加SBS可以有效提高瀝青混合料的高溫抗車轍能力，相同級(jí)配類型情況下，礦料中適當(dāng)增加粗集料的用量，更有利于提高瀝青混合料的高溫抗變形能力;

2)在瀝青混合料拌和過(guò)程中，應(yīng)充分考慮材料特性與拌和工藝控制條件，建議SBS最佳摻量應(yīng)控制在5%～6%之間;

3)SBS改性瀝青混合料高溫抗車轍變形能力與SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)有密切關(guān)系，因此，可以將SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)作為評(píng)價(jià)改性瀝青混合料高溫抗車轍變形能力評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

［1］沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能研究［M］.北京：人民交通出版社，2001：263-264.

［2］岳學(xué)軍，黃曉明.瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)的試驗(yàn)研究［J］.公路交通科技，2006，3(10)：37-40.

［3］岳貞菊.SEAM改性瀝青的化學(xué)改性機(jī)理研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2008.

［4］王小妹，熊 偉，劉惠興.SBS改性道路瀝青的研究［J］.橡膠工業(yè)，2000，47(6)：353-355.

［5］徐世法，季 節(jié)，羅曉輝，等.瀝青混合料的“軟化點(diǎn)”與抗車轍能力關(guān)系分析［J］.公路，2006(5)：176-178.

［6］T.S.Shuler，D.L.Hanson，R.G.Mckeen.Design and Construction of Asphalt Concrete Using Polymer Modified Asphalt Binders［R］.Polymer Modified Asphalt Binders，ASTMSTP1108，ASTM，W.Conshohocken，PA，1992：97-128.