阻燃溫拌SBS改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性試驗(yàn)分析?

周志剛1，王彥霖1，羅根傳1，2，勞家榮2，俞文生1，3，孫寧1

（1.長沙理工大學(xué)道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙 410004；2.廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西南寧 530000；3.江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，江西南昌 330000）

阻燃溫拌SBS改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性試驗(yàn)分析?

周志剛1，王彥霖1，羅根傳1，2，勞家榮2，俞文生1，3，孫寧1

（1.長沙理工大學(xué)道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙 410004；2.廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西南寧 530000；3.江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，江西南昌 330000）

采用標(biāo)準(zhǔn)離析模擬試驗(yàn)方法，測試了SBS改性瀝青、溫拌SBS改性瀝青、阻燃SBS改性瀝青及阻燃溫拌SBS改性瀝青的三大技術(shù)指標(biāo)（軟化點(diǎn)、針入度、延度）和135℃粘度，對比了瀝青試樣上下層對應(yīng)技術(shù)指標(biāo)的差異，分析了SBS改性劑、阻燃劑、溫拌劑等多種改性劑在基質(zhì)瀝青中混融時(shí)的穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果表明，溫拌劑對瀝青技術(shù)性能的影響較為明顯，而阻燃劑的影響較小；所測試的幾種改性瀝青在施工中難以出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

隧道；SBS改性瀝青；阻燃劑；溫拌劑；儲(chǔ)存穩(wěn)定性

由于隧道內(nèi)環(huán)境特殊，對其路面有預(yù)防隧道火災(zāi)、施工性能良好、施工環(huán)境溫度不能過高等要求，一些公路隧道采用阻燃溫拌瀝青路面結(jié)構(gòu)形式。該文依托某高速公路長隧道進(jìn)行阻燃溫拌SBS改性瀝青路面施工和相關(guān)技術(shù)研究，在SBS改性瀝青混合料中分別摻加溫拌劑、溫拌劑和阻燃劑，形成溫拌SBS改性瀝青混合料中面層和阻燃溫拌SBS改性瀝青混合料表面層。由于SBS改性劑、溫拌劑、阻燃劑、基質(zhì)瀝青之間的密度、分子量、極性及溶解度等參數(shù)差異較大，它們之間不能完全相容。在密度差的作用下，密度較小的改性劑會(huì)呈上浮趨勢，密度較大的改性劑則會(huì)呈沉淀趨勢，基質(zhì)瀝青本身的不同組分也會(huì)發(fā)生分離，將改變?yōu)r青上下部改性劑的濃度和瀝青的組成，造成離析后的瀝青上下層的性能差異。若改性瀝青性能不穩(wěn)定，改性劑隨時(shí)間發(fā)生嚴(yán)重離析，改性劑與基質(zhì)瀝青明顯分離，將嚴(yán)重影響路面結(jié)構(gòu)的整體性，極易使瀝青路面產(chǎn)生裂縫、剝離、沉降等損害。為保證隧道阻燃溫拌SBS改性瀝青路面的工程質(zhì)量，該文按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中的離析模擬試驗(yàn)方法測試SBS改性瀝青、溫拌SBS改性瀝青、阻燃SBS改性瀝青及阻燃溫拌SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)、針入度、延度和135℃布氏旋轉(zhuǎn)粘度，對比瀝青試樣上下層對應(yīng)技術(shù)指標(biāo)的差異，分析SBS改性劑、阻燃劑、溫拌劑等改性劑在基質(zhì)瀝青中混融時(shí)的穩(wěn)定性，綜合評價(jià)阻燃溫拌SBS改性瀝青、溫拌SBS改性瀝青在施工過程中的離析現(xiàn)象。

1　原材料及其技術(shù)特性

（1）瀝青。采用SBS（I-D）改性瀝青，其性能指標(biāo)測試結(jié)果見表1。

表1　SBS改性瀝青技術(shù)性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

（2）阻燃劑。選用FRMAXTM阻燃劑，其為以適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)、無機(jī)阻燃劑組合后的白色復(fù)合型阻燃劑，以磷、氮為主要活性組分，不含鹵系，也不采用氧化銻為協(xié)效劑。將膨脹型阻燃劑添加至瀝青后，瀝青受熱時(shí)表面能生成一層均勻的炭層泡沫層，該層隔熱、隔氧、抑煙，并能防止瀝青的融滴現(xiàn)象，故具有良好的阻燃性能。FRMAXTM阻燃改性劑的物化性質(zhì)指標(biāo)如下：密度為0.8～1.8g/cm3；溶解溫度大于130℃；有效含量大于85%。在SBS改性瀝青中阻燃劑摻量為7%。

（3）溫拌劑。選用Sasobit溫拌劑，它是一種有機(jī)降粘型瀝青溫拌劑。加入低熔點(diǎn)的聚烯烴類添加劑到瀝青或混合料中，Sasobit溫拌劑熔入瀝青中起到潤滑作用，降低瀝青的粘度，從而降低瀝青混合料的拌和溫度。Sasobit溫拌劑的性能指標(biāo)測試結(jié)果為：熔點(diǎn)115℃；閃點(diǎn)286℃；密度0.9g/cm3。在SBS改性瀝青中溫拌劑摻量為3%。

2　試驗(yàn)?zāi)Ｐ图霸囼?yàn)方法

選取溫拌瀝青、阻燃瀝青、溫拌阻燃瀝青作為研究對象，以原樣SBS改性瀝青作為對照試驗(yàn)組。按照J(rèn)TGF20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中聚合改性瀝青離析試驗(yàn)方法T0661制備試樣，在同等大小圓柱容器中分別將4種瀝青各制備6組試樣，再分成上、中、下3層。改性瀝青上、中、下部分性能的差異可反映離析發(fā)展程度，可分別進(jìn)行瀝青性能指標(biāo)測試，考察其穩(wěn)定性。如果各層次的指標(biāo)相差較大，則說明這種改性瀝青性能不穩(wěn)定，容易發(fā)生離析；如果各層次之間的指標(biāo)相近，則表明這種改性瀝青性能穩(wěn)定。

所測試的瀝青性能指標(biāo)包括針入度、軟化點(diǎn)、延度和粘度。按規(guī)范要求進(jìn)行2次平行試驗(yàn)。鑒于SBS改性瀝青離析分析時(shí)測試結(jié)果欠穩(wěn)定，制備6個(gè)平行試樣。

3　試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 軟化點(diǎn)

軟化點(diǎn)是評價(jià)瀝青高溫穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，大多數(shù)國家將其列入瀝青標(biāo)準(zhǔn)中，用來說明瀝青的高溫穩(wěn)定性能。JTGF20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》用試樣上、下層改性瀝青的軟化點(diǎn)差評價(jià)SBS改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。采用環(huán)球法進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2　SBS改性瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知：1）阻燃溫拌瀝青與溫拌瀝青的軟化點(diǎn)高于另外2種瀝青，即在路面使用過程中它們的耐高溫性能較好。2）4種改性瀝青上、下層軟化點(diǎn)差值的絕對值均低于規(guī)范規(guī)定的2.5℃，說明它們離析不明顯，儲(chǔ)存期間穩(wěn)定性良好。每種瀝青試樣均有上層軟化點(diǎn)低于下層軟化點(diǎn)的情形，這是多種改性劑導(dǎo)致改性瀝青成分復(fù)雜而欠均勻的結(jié)果。

3.2針入度

針入度是國際上測定瀝青稠度的一種常用方法，是一種條件粘度。通常稠度高，針入度值愈小，瀝青愈硬；稠度低，針入度值愈大，瀝青愈軟。一般認(rèn)為瀝青的針入度值與絕對粘度值之間存在一定的關(guān)系，故針入度可從側(cè)面反映瀝青在某一特定溫度下的粘度特性。根據(jù)瀝青試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的試驗(yàn)方法，測試各種改性瀝青在25℃、荷重（100±0.1）g、運(yùn)動(dòng)時(shí)間5s條件下的針入度值，結(jié)果見表3。

從表3可看出：整體上，4種改性瀝青上層的針入度比下層小，說明確實(shí)存在上下分層現(xiàn)象，上層改性劑濃度較大，但每種瀝青針入度值的離散程度小，穩(wěn)定性良好。

3.3延度

延度也是評價(jià)瀝青性能的重要指標(biāo)。瀝青延度越高，其低溫變形能力越大，瀝青路面低溫下不易開裂。按照標(biāo)準(zhǔn)的方法制備試件，先按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度5℃進(jìn)行試驗(yàn)，顯示試樣容易脆斷，結(jié)果離散性大，故將試驗(yàn)溫度改為15℃。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3　SBS改性瀝青針入度試驗(yàn)結(jié)果

表4　SBS改性瀝青15℃延度試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出：1）加入溫拌劑和阻燃劑均使SBS改性瀝青的延度減小。2）4種改性瀝青試樣上層瀝青延度均比下層的小，進(jìn)一步證實(shí)其存在上下分層現(xiàn)象。

3.4粘度

使用智能剪切流變儀，從50～170℃進(jìn)行粘溫掃描試驗(yàn)。取135℃粘度進(jìn)行離析研究，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5　SBS改性瀝青135℃粘度試驗(yàn)結(jié)果

從表5可看出：4種改性瀝青上、下層粘度變化不大，說明溫拌瀝青、阻燃瀝青、溫拌阻燃瀝青和SBS改性瀝青離析不明顯。

3.5綜合分析

溫拌劑對瀝青的三大指標(biāo)影響較顯著，阻燃劑對瀝青的三大指標(biāo)影響較小，說明溫拌劑對瀝青的稠度和粘度有較大改善，而阻燃劑對瀝青的稠度和粘度影響不大。這是由于溫拌劑的有機(jī)成分與SBS發(fā)生了輕度交聯(lián)并形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使改性瀝青的軟化點(diǎn)升高，并提高了瀝青相與SBS的相容性，但交聯(lián)的同時(shí)，也降低了SBS鏈段自由活動(dòng)的能力，使瀝青變硬，延度和針入度下降。

各種改性瀝青分層離析現(xiàn)象發(fā)生時(shí)交織著多種作用：SBS改性劑、溫拌劑及基質(zhì)瀝青中輕質(zhì)瀝青的上浮，瀝青質(zhì)等的下沉；SBS改性劑、溫拌劑等有機(jī)成分的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成與解體，并隨著其濃度而轉(zhuǎn)變；熱老化效應(yīng)。這些作用決定了改性瀝青整體性能指標(biāo)（針入度、軟化點(diǎn)、延度等）及其上下層指標(biāo)差異性隨熱儲(chǔ)存時(shí)間的變化規(guī)律。溫拌瀝青、阻燃瀝青、溫拌阻燃瀝青及SBS改性瀝青在熱儲(chǔ)存和高溫使用時(shí)難以出現(xiàn)離析現(xiàn)象。但由于溫拌劑密度小于瀝青，阻燃劑密度大于瀝青，呈溫拌劑上浮、阻燃劑沉淀的趨勢。各熱儲(chǔ)存時(shí)間時(shí)所測試的4種改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度值及其上下層軟化點(diǎn)差值均滿足JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》關(guān)于SBS改性瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4　結(jié)語

對于長大隧道使用的阻燃溫拌SBS改性瀝青路面，由于使用了多種改性劑，其組成成分更為復(fù)雜，更易產(chǎn)生離析現(xiàn)象，影響隧道瀝青路面的使用品質(zhì)和交通安全。因此，在推廣應(yīng)用阻燃溫拌SBS改性瀝青路面技術(shù)時(shí)，應(yīng)綜合評價(jià)其穩(wěn)定性。該文按照J(rèn)TGF20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中改性瀝青離析試驗(yàn)方法開展試驗(yàn)研究，結(jié)果表明各種改性瀝青的確存在一定程度的離析現(xiàn)象，但未超出JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定的離析標(biāo)準(zhǔn)范圍。

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1671-2668（2016）04-0259-04

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