遼寧省典型改性瀝青綜合性能試驗對比研究

王磊

摘要：針對遼寧省常見改性瀝青類型，基于針入度體系，開展室內(nèi)實驗研究，得到了SBS改性瀝青、SBR改性瀝青、橡膠瀝青、膠粉改性瀝青及湖瀝青（TLA）改性瀝青的針入度、軟化點、延度、旋轉(zhuǎn)粘度等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)及老化后的性能指標。在此基礎(chǔ)上，對不同改性瀝青的路用性能進行評價并推薦了適用范圍。

關(guān)鍵詞：改性瀝青;路用性能;針入度;延度;軟化點

遼寧省地方公路應(yīng)用的改性瀝青種類主要類型包括SBS改性瀝青、SBR改性瀝青、高模量瀝青、橡膠瀝青、膠粉改性瀝青、湖瀝青改性瀝青，其中應(yīng)用比較廣泛的是SBS改性瀝青和橡膠瀝青及膠粉改性瀝青。自1999年開始至今SBS改性瀝青用量累計已達50萬噸以上;2007年，開始了膠粉改性瀝青以及橡膠瀝青試驗路鋪筑，目前，兩種瀝青改性技術(shù)得到推廣應(yīng)用。此外，針對SBR改性瀝青、高模量瀝青、湖瀝青改性瀝青等也先后鋪筑了試驗路段。因此，針對不同的瀝青開展對比實驗，總結(jié)歸納各種改性瀝青應(yīng)用的適用范圍，對于指導今后遼寧省改性瀝青的使用具有重要的指導意義。

1實驗方法

目前，世界范圍內(nèi)具有代表性的道路瀝青性能評價體系有3種，即針入度分級體系、粘度分級體系和PG分級體系。盡管針入度分級體系中許多指標是經(jīng)驗性的和條件性的，但由于方法和所使用的儀器相對簡單，易于普及，在一定程度上可以滿足對瀝青質(zhì)量控制的要求，目前美國、歐盟、澳大利亞、日本等國家的現(xiàn)行標準仍保留針入度分級體系。我國的道路瀝青分級體系，是在以上針入度分級體系的基礎(chǔ)上根據(jù)我國的具體情況制定的，基本能夠滿足對瀝青質(zhì)量的控制。因此，考慮技術(shù)可行性和現(xiàn)行規(guī)范要求，本研究采用針入度評價體系對瀝青性能進行測試。

針入度分級體系是根據(jù)瀝青針入度的大小確定瀝青所適應(yīng)的氣候條件和載荷條件。針入度分級體系主要包括以下指標：

針入度（指數(shù)）：反映瀝青膠結(jié)料稠度的指標，用來評價瀝青在載荷作用下的變形能力的大小。25℃的針入度給出了接近年平均使用溫度下瀝青的稠度，研究表明，瀝青在25℃的針入度下降至20以下時，會出現(xiàn)嚴重的路面開裂，當瀝青的針入度大于30時，會具有高抗開裂性能。

當量軟化點T800：相當于瀝青針入度為800時的溫度，用以評價瀝青的高溫穩(wěn)定性。

當量脆點T1.2：相當于瀝青針入度為1.2時的溫度，用以評價瀝青的低溫抗裂性能。

軟化點：瀝青達到規(guī)定條件粘度的溫度，是反映瀝青高溫性能的重要指標。

延度：反映瀝青低溫延展性的指標，即低溫條件下抵抗變形的能力。

彈性恢復(fù)：反映瀝青受力后恢復(fù)原狀的能力，即抵抗變形的能力。

旋轉(zhuǎn)粘度：反映抵抗流動（剪切力）阻力的物理特性，135℃的粘度可控制瀝青在接近拌合與壓實溫度時的稠度。粘度是改性瀝青生產(chǎn)及使用過程中最重要的質(zhì)量控制指標之一，由于橡膠瀝青粘度較高，通常測定175℃的粘度。

旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗（RTFOT）剩余物針入度比和延度：反映瀝青抗老化性能，通過對比加熱前后瀝青的針入度和延度，確定抗老化性能。

此外，還有瀝青的安全性指標—閃點、純度指標—溶解度、以及對生產(chǎn)瀝青所用原油的約束指標—蠟含量等，共同構(gòu)成了瀝青的針入度分級體系。

2實驗結(jié)果

遼寧省道路石油瀝青大多采用遼河油田生產(chǎn)的90#瀝青（以下簡稱遼河90#），約占總用量的90%以上，同時各種瀝青改性技術(shù)應(yīng)用的改性劑品種也較集中。以遼河90#瀝青作為基質(zhì)瀝青，結(jié)合遼寧省公路建設(shè)中應(yīng)用的主要改性劑品種，選取針入度分級體系中的主要技術(shù)指標，對比分析各種改性瀝青的技術(shù)性能。實驗得到的遼河90#技術(shù)指標見表1，各種改性瀝青主要技術(shù)指標見表2。

注：①遼寧省公路建設(shè)應(yīng)用的路寶牌高模量改性劑直接加入混合料中，不生產(chǎn)高模量改性瀝青，故本表未列出高模量改性瀝青。

②技術(shù)指標試驗檢測依照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ 052-2000）規(guī)定的各種方法，表中部分檢測指標說明如下：

延度檢測溫度為5℃，拉伸速率為5cm/min;基質(zhì)瀝青15℃延度大于150cm。

橡膠瀝青、膠粉改性瀝青旋轉(zhuǎn)粘度檢測溫度為175℃;其它檢測溫度為135℃。

基質(zhì)瀝青、SBR改性瀝青、TLA改性瀝青的彈性恢復(fù)通常不作為評價指標，故未列出。

3不同改性瀝青路用性能對比

為了更加直觀地對比各種改性瀝青的技術(shù)指標及路用性能，將各項技術(shù)指標按優(yōu)劣排序，序號越小代表性能越優(yōu)良，其中SBR改性瀝青、橡膠瀝青、膠粉改性瀝青的低溫脆點均小于30℃，故都設(shè)置為1，SBR改性瀝青、TLA改性瀝青的彈性恢復(fù)（無明確數(shù)值）均設(shè)置為6。各分項指標排序的和作為綜合排序指標，綜合排序指標越小，表征綜合性能越高。排序結(jié)果如表3所示。由表可知，整體指標由優(yōu)到差排序為SBS改性瀝青（5%）>橡膠瀝青>SBS改性瀝青（4%）>膠粉改性瀝青>TLA改性瀝青>SBR改性瀝青。

以表3排序結(jié)果為依據(jù)，綜合相關(guān)技術(shù)指標確定改性瀝青路用性能。高溫穩(wěn)定性與軟化點和針入度對應(yīng)，低溫抗裂性能與當量脆點和延度對應(yīng)，抗永久變形能力與彈性恢復(fù)和延度對應(yīng)，抗老化性能（RTFOT）與延度比和針入度比對應(yīng)。性能評價結(jié)果列于表4。

注：①各項路用性能主要參考的技術(shù)指標為：高溫穩(wěn)定性——軟化點;低溫抗裂性——低溫脆點;抗永久變形——彈性恢復(fù);抗老化性能——延度比。

②各項路用性能排序以表2.7-3相應(yīng)技術(shù)指標序數(shù)加和為依據(jù)，加和值小者排序優(yōu)先，加和值相同情況下以主要參考技術(shù)指標排序小者優(yōu)先。

③因TLA改性瀝青低溫脆點（-13.6℃）較高，故將其低溫抗裂性能列為最低位。

4 結(jié)論與建議

綜合上述實驗結(jié)果和綜合評定結(jié)果可知：

1）相對與基質(zhì)瀝青，各種改性技術(shù)均使基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標得到不同程度的改善。

2）SBS改性瀝青的綜合技術(shù)指標最佳，其高溫穩(wěn)定性和抗變形能力均好于其它改性瀝青，低溫抗開裂性能、抗老化性能也較好，相對而言SBS改性瀝青適用的環(huán)境條件范圍最廣泛。

3）橡膠瀝青的綜合技術(shù)指標僅次于SBS改性瀝青，其低溫抗裂性能和抗老化性能好于SBS改性瀝青，但是，其抗永久變形能力較低，主要是延度指標偏低所致，這可以歸因于其中含有較多延展性低的膠粉顆粒;在實際應(yīng)用中，通過提高斷級配混合料油石比來增加有效瀝青含量可以彌補這一不足，并獲得優(yōu)異的路用性能;橡膠瀝青同樣適用于較廣泛的環(huán)境條件范圍。

4）SBR改性瀝青的抗永久變形能力、高溫穩(wěn)定性和抗老化性能均表現(xiàn)一般，但是其低溫抗開裂性能是幾種改性瀝青中最好的，因此，SBR改性瀝青最適用于寒冷氣候條件。

5）TLA改性瀝青的低溫抗裂性能較差，高溫穩(wěn)定性和抗永久變形能力均較好，因此，TLA改性瀝青主要適用于溫暖氣候環(huán)境條件。

6）膠粉改性瀝青的低溫抗裂性能良好，抗老化性能也較好，抗變形能力表現(xiàn)一般;同基質(zhì)瀝青相比，膠粉改性瀝青的各項技術(shù)指標均有所改善，尤其在低溫脆點和彈性恢復(fù)方面非常明顯，因此，膠粉改性瀝青同樣是一種較好的瀝青改性技術(shù)。