納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的主要技術(shù)性能研究

肖 田，李海峰，孫吉書，張雪妮

(1.天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300051；2.天津高速公路集團有限公司，天津 300384；3.河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院，天津 300401)

0 引 言

對基質(zhì)瀝青摻入適量的添加劑，指標高性能的改性瀝青是提高瀝青混合料性能的常用方法，納米膨潤土是一種良好的改性瀝青添加劑，可以有效提高瀝青的高溫性能。但納米膨潤土的摻入對于瀝青混合料的低溫性能有負面影響，瀝青的延度會隨著納米膨潤土摻量的增大而減小。而SBR(丁苯橡膠)是一種高分子橡膠材料外摻劑，在瀝青中加入SBR可以有效改善瀝青的低溫抗裂性，對瀝青的柔韌性也具有改善效果。本文在先前研究的基礎(chǔ)上，以納米膨潤土最佳摻量時的改性瀝青為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究SBR摻量對復(fù)合改性瀝青針入度、軟化點、延度指標的影響規(guī)律，確定SBR的最佳摻量，得出高性能的納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青，進而提高瀝青路面的使用性能。

1 原材料性質(zhì)

1.1 基質(zhì)瀝青

本文試驗采用的基質(zhì)瀝青為倫特70#，其主要技術(shù)性能如表1所示。

表1 基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標

1.2 SBR

本文采用兩種SBR改性劑分別進行試驗，一種為液體SBR(SBR-A)，另一種為固體粉末(SBR-B)，兩種SBR的主要技術(shù)指標分別如表2、表3所示。

表2 SBR-A的技術(shù)指標

表3 SBR-B的技術(shù)指標

1.3 納米膨潤土改性瀝青

試驗研究結(jié)果表明，有機納米膨潤土產(chǎn)量為4%時，納米膨潤土改性瀝青的技術(shù)與經(jīng)濟性能最佳，因而本文研究的納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青是以有機納米膨潤土摻量為4%時改性瀝青為基礎(chǔ)，進而摻加不量的SBR進行復(fù)合改性。納米膨潤土改性瀝青的主要技術(shù)指標如表4所示。

表4 納米膨潤土改性瀝青的技術(shù)指標

2 試驗方案

將納米膨潤土改性瀝青加熱至加熱170～180 ℃，摻量分別為0%、4%、6%、8%和10%的SBR，開啟高速剪切乳化機，進行攪拌，轉(zhuǎn)速為5 000轉(zhuǎn)/min，持續(xù)30 min結(jié)束；繼續(xù)控制瀝青的溫度在170～180 ℃，并且人工攪拌30 min以確保改性瀝青發(fā)育良好。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 針入度

根據(jù)相關(guān)試驗方法，測得不同SBR摻量情況下，納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的針入度試驗結(jié)果，如圖1所示。

圖1 SBR摻量對針入度的影響規(guī)律

試驗結(jié)果表明，隨著SBR摻量的增大，納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的針入度逐步降低。說明有SBR能明顯改善改性瀝青的高溫性能。相對于基質(zhì)瀝青和僅摻4%有機膨潤土的納米膨潤土改性瀝青而言，當(dāng)SBR-A摻量為6%時，納米針入度分別降低了膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的25 ℃針入度分別降低了9.7%和4.0%，而當(dāng)SBR-B摻量為6%時，復(fù)合改性瀝青的25 ℃針入度分別降低11.1%和5.3%。這主要是因為SBR是一種橡膠制品，將其摻入瀝青后，可以改善瀝青的黏度，使得針入度降低，高溫性能提高。另外，SBR-B對針入度的影響大于SBR-A。

3.2 軟化點

試驗測得不同SBR摻量情況下，納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的軟化點，如圖2所示。

圖2 SBR摻量對軟化點的影響規(guī)律

從圖2中的試驗結(jié)果可以看出，納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的軟化點隨著SBR的摻量的增大而提高，并且當(dāng)SBR摻量超過6%之后，軟化點上升趨勢變緩慢。因為隨著SBR的摻量增大，改性瀝青的黏度增大，軟化點提升，而SBR本身是一種橡膠產(chǎn)品，受自身熔點限制，當(dāng)摻量達到一定程度之后，復(fù)合改性瀝青的軟化點提升速度變得緩慢。

3.3 延度

試驗測得不同SBR摻量時，納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青10 ℃時的延度，如圖3所示。

圖3 SBR摻量對延度的影響規(guī)律

圖3的試驗結(jié)果表明，隨著SBR的摻量的增大，納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的延度先增大后減小，在6%摻量時達到最大，此時低溫性能最佳，超過此摻量后延度稍有降低。這主要是因為，隨著SBR摻入量的增加，納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的黏度、低溫時的韌性和抵抗裂縫生成的能力均增大，但當(dāng)摻量超過一定劑量之后，SBR在瀝青基體中的存在形式由剝離型變?yōu)椴鍖有?，穩(wěn)定性增大，而低溫抗裂性能和韌性降低，表現(xiàn)為納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的延度先增大后減小。同時，相同摻量情況下，SBR-B對復(fù)合改性瀝青的延度增大值明顯大于SBR-A；相對于SBR摻量為0%的延度，在摻量為6%時，兩種SBR的納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的延度分別提高了9.1%和19.7%。

因而，綜合考慮不同SBR摻量情況下改性瀝青針入度、軟化點、延度瀝青三大指標的試驗結(jié)果，可以確定納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青中的SBR最佳摻量為6%。

4 結(jié) 論

針對納米膨潤土改性瀝青的低溫性能缺陷，本文采用兩種SBR作為復(fù)合改性劑，對納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的軟化點、針入度和延度進行了系統(tǒng)的實驗研究，確定了SBR的最佳摻量。主要結(jié)論如下。

(1)納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的針入度隨著SBR摻量的增大而降低。說明有SBR能明顯改善改性瀝青的高溫性能。相對于基質(zhì)瀝青和僅摻4%有機膨潤土的納米膨潤土改性瀝青而言，當(dāng)SBR-A摻量為6%時，納米針入度分別降低了膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的25 ℃針入度分別降低了9.7%和4.0%，而當(dāng)SBR-B摻量為6%時，復(fù)合改性瀝青的25 ℃針入度分別降低11.1%和5.3%。

(2)納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的軟化點隨著SBR的摻量的增大而提高，并且當(dāng)SBR摻量超過6%之后，軟化點上升趨勢變緩慢。

(3)納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的延度先增大后減小，在6%摻量時達到最大，此時低溫性能最佳，超過此摻量后延度稍有降低。

(4)綜合考慮不同SBR摻量情況下改性瀝青針入度、軟化點、延度瀝青三大指標的試驗結(jié)果，可以確定納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青中的SBR最佳摻量為6%。