SBR膠粉溫拌直投改性瀝青及混合料的性能試驗(yàn)

顧小安 錢海濤 張 璠

瀝青混凝土路面以其眾多的優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)前我國高等級(jí)公路主要的路面結(jié)構(gòu)形式。我國瀝青路面結(jié)構(gòu)的中上面層較多采用改性瀝青，下面層采用普通瀝青，其中SBS改性瀝青由于其優(yōu)良的高低溫性能得到了廣泛的應(yīng)用［1］。SBR用于瀝青改性對(duì)瀝青的低溫性能有很大提升，但因高溫對(duì)其活性的影響較大，而且高溫剪切的SBR改性瀝青生產(chǎn)工藝也會(huì)對(duì)改性瀝青的性能產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致SBR改性瀝青的實(shí)際使用質(zhì)量效果無法得到很好的發(fā)揮［2］。溫拌瀝青混合料技術(shù)是在瀝青混合料拌和過程中添加溫拌劑，使瀝青混合料的拌和及攤鋪溫度降低15～30℃，減少傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料帶來的諸多問題［3］。利用溫拌技術(shù)在拌和樓直接投放SBR膠粉生產(chǎn)改性瀝青混凝土從技術(shù)角度考慮應(yīng)該是可行的，可以保證SBR瀝青的性能，但需要通過試驗(yàn)驗(yàn)證其實(shí)際性能情況，考核其技術(shù)合理性，從而有利于促進(jìn)SBR改性瀝青混凝土的工程應(yīng)用。

1 SBR膠粉現(xiàn)投改性瀝青試驗(yàn)

隨著近些年材料科學(xué)的進(jìn)步，SBR膠粉的加工工藝得到改善，使得SBR膠粉的高溫穩(wěn)定性和高溫性能得到很大提高，而且高速高溫剪切制備的SBS改性瀝青價(jià)格較高，這為SBR膠粉直接添加改性瀝青的應(yīng)用提供了新的機(jī)遇與途徑。筆者選用山東高氏SBR膠粉和淄博橋隆SBR膠粉作為添加劑，通過室內(nèi)直投的方法對(duì)鎮(zhèn)江殼牌70號(hào)瀝青進(jìn)行改性制備SBR改性瀝青，并對(duì)不同摻加劑量SBR改性瀝青的3大指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試分析，見表1。

表1 不同SBR膠粉摻量的改性瀝青3大指標(biāo)變化情況

由表1可見，隨著SBR膠粉摻量的增加，2種不同SBR膠粉改性瀝青的針入度均逐漸降低，軟化點(diǎn)逐漸升高，低溫延度也逐漸增加，但高氏SBR膠粉的改性效果優(yōu)于橋隆SBR膠粉，特別是延度指標(biāo)的變化尤為明顯。

為獲取SBR改性瀝青的長期使用性能，對(duì)2種SBR膠粉改性瀝青在163℃薄膜烘箱老化后的性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，見表2。

表2 不同SBR膠粉摻量的改性瀝青老化后3大指標(biāo)變化情況

對(duì)照表1和表2的測(cè)試結(jié)果可知，不同SBR膠粉摻量的2種SBR膠粉改性瀝青老化后針入度、軟化點(diǎn)和延度的變化規(guī)律與老化前一致，且老化后的針入度較老化前略有減小，軟化點(diǎn)較老化前略有增長，但延度指標(biāo)下降明顯，甚至達(dá)不到《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40－2004）中SBS改性瀝青I－D的要求。分析其原因，這是SBR膠粉在高溫環(huán)境下帶來的活性下降、穩(wěn)定性不佳的結(jié)果［4］。因此可以考慮在SBR改性瀝青制備過程中引入溫拌技術(shù)添加溫拌劑來降低瀝青及其混合料的加熱溫度，從而提高SBR膠粉在瀝青中的穩(wěn)定性和分散的均勻性，保證其使用性能。

2 SBR溫拌現(xiàn)投改性瀝青的性能改善

室內(nèi)試驗(yàn)以摻量為4%的高氏SBR改性瀝青為基礎(chǔ)，按照占瀝青比例3%，4%和5%的摻量加入RH溫拌劑和益路溫拌劑進(jìn)行瀝青性能試驗(yàn)，老化前后3大指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 不同溫拌劑摻量下SBR改性瀝青老化前后3大指標(biāo)的變化情況

由表3可見，溫拌后SBR改性瀝青較溫拌前的針入度略有下降、軟化點(diǎn)及延度提高顯著，且老化后殘留比較高，這表明溫拌劑的加入有助于改善SBR改性瀝青的流動(dòng)性，改善瀝青的性能。在經(jīng)旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化后，不同溫拌劑摻量SBR改性瀝青的3大指標(biāo)的變化規(guī)律與老化前一致，而且相比老化前，SBR改性瀝青的針入度減小，軟化點(diǎn)升高，延度減小，這表明老化后的SBR改性瀝青黏度增大，韌性減小，瀝青的性能降低。摻加益路溫拌劑SBR改性瀝青的性能略優(yōu)于摻加RH溫拌劑的SBR改性瀝青，而且延度指標(biāo)也能滿足《規(guī)范》中SBS改性瀝青I－D的要求。

3 SBR膠粉溫拌直投改性瀝青混合料性能試驗(yàn)

為全面衡量SBR膠粉溫拌直投改性的性能，還需對(duì)混合料進(jìn)行測(cè)試分析，重點(diǎn)對(duì)其高低溫性能及穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。前述室內(nèi)瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果證明，用高氏SBR膠粉制作的SBR改性瀝青性能優(yōu)于橋隆SBR改性，因此這里考慮主要采用高氏SBR改性瀝青進(jìn)行溫拌混合料的性能試驗(yàn)，混合料拌和溫度降低至135～155℃。為綜合評(píng)定瀝青混合料路用性能，擬定6種方案進(jìn)行對(duì)比分析，見表4。

由于瀝青混合料的耐久性依賴于瀝青與集料之間的粘結(jié)性能，雖然施工方法、交通條件、環(huán)境因素以及混合料的性質(zhì)對(duì)瀝青路面性能也有影響，但水和礦料的作用是影響瀝青路面耐久性的主要因素之一［5］，因此對(duì)以上6種瀝青混合料方案進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)和浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)性能對(duì)比，測(cè)試結(jié)果見圖1。試驗(yàn)反映出，70號(hào)瀝青的穩(wěn)定度和浸水穩(wěn)定度均最小，在添加SBR膠粉后，其穩(wěn)定度和浸水穩(wěn)定度都得到大幅提高，但仍低于SBS改性瀝青混合料。方案五和方案六加入溫拌劑后，SBR改性瀝青混合料的穩(wěn)定度和浸水穩(wěn)定明顯增長，甚至好于SBS改性瀝青混合料。因此，SBR膠粉對(duì)提高普通瀝青混合料的水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性都有良好的效果，特別是采用溫拌技術(shù)后，其水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性能更佳。

圖1 各方案的穩(wěn)定度和浸水穩(wěn)定度變化情況

高溫穩(wěn)定性是指瀝青混合料在高溫條件下，能夠抵抗車輛荷載的反復(fù)作用，不發(fā)生顯著永久變形，保證路面平整度的特性，是路面使用性能的重要指標(biāo)之一［6］。車轍試驗(yàn)是評(píng)價(jià)瀝青混合料在規(guī)定高溫溫度條件下抵抗塑性流動(dòng)變形能力的方法，本試驗(yàn)對(duì)6種瀝青混合料在60℃、0.7 MPa條件下的動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖2。

圖2 各方案車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度變化情況

從測(cè)試結(jié)果可知，各方案瀝青混合料車轍板試件的空隙率基本控制在4.0%左右，符合《規(guī)范》的要求。各方案瀝青混合料車轍試件在60℃下的變形基本在3.0～4.0 mm之間，表明AC－20型密級(jí)配瀝青混合料具有較好的抗車轍性能，而且改性瀝青的高溫穩(wěn)定性明顯優(yōu)于普通重交70號(hào)瀝青，其動(dòng)穩(wěn)定度基本達(dá)到普通重交70號(hào)瀝青的3倍左右。SBS瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最大，表明其高溫穩(wěn)定性最佳，而添加益路溫拌劑的高氏SBR瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度與其十分接近，也表現(xiàn)出良好的高溫穩(wěn)定性。與橋隆SBR瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度相比，高氏SBR瀝青混合料較大，動(dòng)穩(wěn)定度的增幅達(dá)到15%以上，表明高氏SBR溫拌改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能較好。

采用劈裂試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)可評(píng)定瀝青混合料的強(qiáng)度及低溫抗開裂性能。對(duì)6種方案的劈裂試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 劈裂試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

由表5可以看出70號(hào)普通重交瀝青的劈裂強(qiáng)度最低，而SBS瀝青混合料與SBR改性瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度相當(dāng)，SBR改性瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度還略優(yōu)于SBS改性瀝青，這表明SBR改性瀝青混合料自身就具有良好的抗裂性，而在加入溫拌劑后，SBR瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度還進(jìn)一步得到增長，溫拌SBR瀝青混合料抗裂性能有改善作用。經(jīng)凍融循環(huán)后，各方案瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度都有一定程度的衰減，特別是70號(hào)重交瀝青的衰減尤為明顯，下降幅度達(dá)到了23%，但仍能滿足《規(guī)范》的要求。5種改性瀝青混合料劈裂強(qiáng)度殘留比基本在90%左右，表明改性瀝青混合料的低溫開裂性能均較好，相比普通重交瀝青具有明顯的提高，而溫拌SBR瀝青混合料的抗凍開裂能力還明顯占優(yōu)。

4 結(jié)論

SBR用于瀝青改性對(duì)瀝青的低溫性能有很大提升，但因高溫對(duì)其活性影響較大，容易導(dǎo)致SBR膠粉的老化和離析。本文采用溫拌技術(shù)對(duì)SBR瀝青改性存在的高溫不穩(wěn)定問題進(jìn)行改進(jìn)，并通過大量的室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，得出如下結(jié)論：

（1）隨著SBR膠粉摻量的增加，SBR改性瀝青的針入度逐漸降低，軟化點(diǎn)逐漸升高，延度也逐漸增加。

（2）相比老化前，SBR改性瀝青老化后的延度指標(biāo)下降明顯，常常低于規(guī)范改性瀝青的要求，需要采取技術(shù)措施提高性能。

（3）在降低溫度拌和后SBR改性瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)得到顯著提升，老化后的各項(xiàng)指標(biāo)均能符合規(guī)范的要求。

（4）SBR膠粉溫拌直投改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定及低溫抗裂性等較不摻加溫拌劑的SBR改性瀝青混合料均有大幅提升，與SB改性瀝青的性能相當(dāng)，因此具有廣闊的工程實(shí)踐應(yīng)用前景。

［1］ 嚴(yán)紹洋，秦永春，石小培，等.溫拌瀝青混合料在永武高速公路路面下面層的應(yīng)用［J］.公路，2012（12）：81－84.

［2］ 周吉萍，徐春梅，毛 宇，等.SBR膠粉改性瀝青的研究［J］.石油瀝青，2008，22（4）：62－65.

［3］ 秦永春，黃頌昌，徐 劍，等.基于表面活性劑的溫拌SMA混合料性能［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2010，13（1）：27－29.

［4］ 張敏江，焦興華，陳 剛.SBR改性瀝青老化動(dòng)力性能［J］.沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，25（3）：478－481.

［5］ 李 喆，張崇尚，徐 鵬.基于低溫性能的復(fù)合改性瀝青及瀝青混合料性能研究［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2011（20）：51－54.

［6］ 尹應(yīng)梅，張榮輝.Evother m溫拌SBR改性瀝青高溫性能研究［J］.公路工程，2010，35（4）：39－41.