穩(wěn)定劑對(duì)SBS改性瀝青路用性能的影響

閆保平

（靈河高速公路（神河段）建管處，山西 忻州 036203）

0 引言

SBS改性瀝青因其優(yōu)異的高低溫性能在道路中得到廣泛應(yīng)用，且仍會(huì)繼續(xù)使用，高溫儲(chǔ)存過(guò)程中易發(fā)生的分層離析現(xiàn)象是需要克服的重要問(wèn)題[1]。關(guān)于聚合物改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的研究最早可以追溯到1958年，早期在共聚物改性時(shí)主要加入硫磺及硫化物，主要效果是提高改性瀝青的穩(wěn)定性。1958年Welborn等在以30%天然或合成橡膠膠乳改性瀝青時(shí)，加入15%的單質(zhì)硫（以橡膠用量計(jì)），結(jié)果得到穩(wěn)定性更好的瀝青材料[2]。1972年，Boultz在用乙烯—丙烯酸酯共聚物改性瀝青時(shí)，加入少量硫磺或過(guò)氧化物來(lái)提高改性瀝青的穩(wěn)定性。1989年，Koen在SBS改性瀝青時(shí)加入二芳基二硫化物，不僅改善了共混體系的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，還使瀝青的低溫性能和高溫性能得到提高[3]。通過(guò)多年研究，已開(kāi)發(fā)多種穩(wěn)定劑產(chǎn)品，并可有效改善SBS改性瀝青高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性。后續(xù)還有研究者使用多聚磷酸[4]、金屬氧化物[5]、無(wú)機(jī)黏土[6]作為穩(wěn)定劑，或者進(jìn)行聚烯烴類接枝反應(yīng)[7]，也都得到較滿意的結(jié)果。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，大都不存在高溫下長(zhǎng)久儲(chǔ)存的問(wèn)題，穩(wěn)定劑的應(yīng)用范圍較窄，很難大規(guī)模推廣應(yīng)用。

目前市面上已有的穩(wěn)定劑產(chǎn)品可以達(dá)到提升SBS改性瀝青高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性的問(wèn)題，但僅僅是解決其存儲(chǔ)穩(wěn)定性問(wèn)題，并未考慮整體提升其各項(xiàng)路用性能，使SBS改性瀝青性能更佳，從而提升路面的耐久性和使用壽命，應(yīng)用更加廣泛。這里研究了3種穩(wěn)定劑配方對(duì)SBS改性瀝青的路用性能影響，通過(guò)這幾種配方的加入，可顯著提升各項(xiàng)路用性能，包括高、低溫性能以及抗水損性能，具有很好的應(yīng)用前景。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

所用SBS改性劑為巴陵石化生產(chǎn)，型號(hào)YH-791，其中苯乙烯含量為30%。瀝青為SK 90號(hào)，其軟化點(diǎn)、25℃針入度、15℃延度分別為46.8、81.2、大于100 cm。穩(wěn)定劑D和T為上海成錦化工有限公司生產(chǎn)，外觀分別為白色和淡黃色結(jié)晶粉末。

1.2 改性瀝青的制備

將瀝青加熱至170℃，加入SBS改性劑，使用高速剪切機(jī)在轉(zhuǎn)速為3 000～4 000轉(zhuǎn)/min條件下連續(xù)剪切35 min，隨后加入穩(wěn)定劑，繼續(xù)剪切15 min。

1.3 性能測(cè)試

路用性能測(cè)試中的車轍試驗(yàn)、低溫劈裂試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)均按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 礦質(zhì)混合料配合比設(shè)計(jì)

集料選用花崗巖，通過(guò)礦料的篩分，計(jì)算各礦料用量，使得礦料混合料級(jí)配曲線基本接近AC-13級(jí)配范圍中值線，結(jié)果見(jiàn)圖1。最終確定各種集料用量為 10～15∶5～10∶3～5∶0～3∶礦粉 =27∶28∶10∶32∶3。

圖1 AC-13要求級(jí)配和合成級(jí)配曲線

2.2 最佳瀝青用量設(shè)計(jì)

按照設(shè)計(jì)好的礦料配合比稱取礦料，采用5組油石比配制瀝青混合料，并制作馬歇爾試件，擊實(shí)溫度為160℃，兩面各75次，隨后進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。分別用最大密度、最大穩(wěn)定度、孔隙率范圍中值、瀝青飽和度范圍中值對(duì)應(yīng)的油石比計(jì)算OAC1，該值計(jì)算結(jié)果為(4.9+4.5+4.6+4.3)/4=4.57%。此外，根據(jù)瀝青混凝土標(biāo)準(zhǔn)，得到滿足該標(biāo)準(zhǔn)的最大油石比OACmax=4.6和最小油石比OACmin=4.38，從而確定OAC2，則最佳油石比OAC為(OAC1+OAC2)/2=4.6%。

根據(jù)此最佳油石比，隨后制備車轍板、馬歇爾試件，用于測(cè)定車轍動(dòng)穩(wěn)定度、低溫劈裂強(qiáng)度、凍融劈裂強(qiáng)度比。

表1 改性瀝青馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

2.3 車轍試驗(yàn)

動(dòng)穩(wěn)定度的含義是指瀝青混合料在高溫條件下，混合料每產(chǎn)生1 mm變形時(shí)，所承受標(biāo)準(zhǔn)軸載（試驗(yàn)采用0.7 MPa輪壓）的次數(shù)。計(jì)算方法：讀取45 min及60 min時(shí)的車轍變形d1及d2，準(zhǔn)確至0.01 mm。當(dāng)變形過(guò)大，在未到60 min變形已經(jīng)達(dá)到25 mm時(shí)，則以達(dá)到 25 mm（d2）時(shí)的時(shí)間為 t2，將前15 min為t1，此時(shí)的變形量為d1。瀝青混合料試件的動(dòng)穩(wěn)定度按式（1）計(jì)算：

式中：DS為瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，次 /mm；d1、d2為時(shí)間 t1、t2的變形量，mm；C1為試驗(yàn)機(jī)類型修正參數(shù)，曲柄連桿驅(qū)動(dòng)時(shí)間的變速行走方式為1.0，鏈驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)輪的等速方式為1.5；C2為試件參數(shù)，試驗(yàn)室制備的寬300 mm的試件為1.0，從路面切割的寬150 mm的試件為0.8；N為試驗(yàn)輪往返碾壓速度，通常為42次/mm。

對(duì)含有0.6%穩(wěn)定劑D、0.6%穩(wěn)定劑D和T（2∶1）、0.4%穩(wěn)定劑D和T（1∶3）的 SBS改性瀝青混合料進(jìn)行測(cè)試，并與不含穩(wěn)定劑的樣品進(jìn)行對(duì)比，考察穩(wěn)定劑對(duì)SBS改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響。根據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算，最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，同時(shí)計(jì)算了3次試驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)，變異系數(shù)均遠(yuǎn)小于20%，因此3次試驗(yàn)結(jié)果的平均值可作為最后的試驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果顯示，添加穩(wěn)定劑D和穩(wěn)定劑T的配方均可以顯著提高SBS改性瀝青的高溫穩(wěn)定性。此外，還可以看出穩(wěn)定劑的配比和摻量對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度影響小，含有穩(wěn)定劑D和穩(wěn)定劑T樣品的DS均高于7 000次/mm，且相差數(shù)值不大，其中含有0.4%穩(wěn)定劑D和T（1∶3）的樣品抗車轍效果最佳。

表2 瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

2.4 低溫劈裂試驗(yàn)

對(duì)不含穩(wěn)定劑、含有0.6%穩(wěn)定劑D、0.6%穩(wěn)定劑 D和 T（2∶1）、0.4%穩(wěn)定劑 D和 T（1∶3）的 SBS改性瀝青混合料進(jìn)行低溫劈裂的測(cè)試。由表3中的結(jié)果可以看出，加入穩(wěn)定劑后，抗拉強(qiáng)度和破壞勁度模量均增大，尤其是破壞勁度模量變化最顯著。此外，還可以看出含有穩(wěn)定劑D及其含量高的配方對(duì)應(yīng)的樣品（樣品2和樣品3）破壞勁度模量最高。由此說(shuō)明，穩(wěn)定劑配方的加入可以顯著提升SBS改性瀝青的低溫穩(wěn)定性。

表3 低溫劈裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.5 凍融劈裂試驗(yàn)

對(duì)含有0.6%穩(wěn)定劑D、0.6%穩(wěn)定劑D和T（2∶1）、0.4%穩(wěn)定劑D和T（1∶3）的 SBS改性瀝青混合料進(jìn)行凍融劈裂測(cè)試，并與不含穩(wěn)定劑的樣品進(jìn)行對(duì)比，考察瀝青混合料的水穩(wěn)定性，結(jié)果見(jiàn)表4。添加穩(wěn)定劑后，試件的抗拉強(qiáng)度明顯提升，并且凍融劈裂強(qiáng)度比也顯著增大，尤其是穩(wěn)定劑D含量較高時(shí)效果更佳，凍融劈裂比超過(guò)90%，說(shuō)明穩(wěn)定劑的加入大幅提升了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

表4 瀝青混合料凍融劈裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)合理的配合比設(shè)計(jì)，測(cè)試添加和未添加穩(wěn)定劑時(shí)，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性以及水穩(wěn)定性。通過(guò)3個(gè)穩(wěn)定劑配方的考察，結(jié)果顯示，添加穩(wěn)定劑后，瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能均大幅提升，車轍動(dòng)穩(wěn)定度由3 000次/mm提升至高于7 000次/mm，凍融劈裂強(qiáng)度比由82%提升至高于95%，低溫劈裂結(jié)果同樣有類似的結(jié)果，其中穩(wěn)定劑含量更高時(shí)，低溫穩(wěn)定性更佳。