SBS改性瀝青混合料 水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性試驗分析

郭亮

SBS改性瀝青是在瀝青中加入橡膠等改性劑來改善瀝青的路用性能，增加瀝青的抗車轍、溫度穩(wěn)定性等性能。改性劑摻量會根據(jù)不同地區(qū)氣候特點和車輛特點進行摻加相應(yīng)的改性劑，以適應(yīng)道路路用壽命及相關(guān)參數(shù)要求。本文選取AH-90瀝青材料作為研究對象，添加改性劑為丁苯橡膠，通過瀝青混合料配合比設(shè)計，選取瀝青混合料添加一定比例的SBS改性劑-丁苯橡膠的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性進行研究。研究瀝青混合料透水性能通過設(shè)置的試驗條件為摻量不同的改性劑含量和混合料擊實次數(shù)不同。

改性劑主要是聚乙烯、丁苯橡膠等材料。瀝青混合料通過摻加改性劑改變?yōu)r青高溫性能以及其他路用性能，以使得瀝青混合料壽命得以延長。從一定程度上認為能夠改善瀝青性能的纖維、聚合物、填料等都可以認為是瀝青的改性劑。

目前國外常用的瀝青混合料改性劑主要有聚乙烯、苯乙烯丁二烯嵌段共聚物、丁苯橡膠等類型。隨著改性瀝青研究不斷深入，在理論試驗和實際應(yīng)用相結(jié)合經(jīng)驗總結(jié)基本上能夠確定改性劑的種類和摻量對瀝青混合料性能有著不同的影響。如：SBS改性劑可以提高瀝青混合料的高低溫性能，降低瀝青的溫度敏感性，有效改善瀝青的抗老化性能。目前這種改性劑已經(jīng)成為我國道路工程中主要的改性劑。因為其具有良好的改性作用，因此被廣泛使用。

一、配合比設(shè)計

本文所采用的瀝青混合料為延度好、粘度高、軟化點高的AH-90瀝青，技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范規(guī)定要求；SBS改性瀝青混合料所用的改性劑是外觀呈白色條狀的熱塑性丁苯橡膠。瀝青與改性劑的融合采用的是濕法工藝：本次選用溫度在170℃的條件下，將AH-90瀝青分成4份分別與質(zhì)量為3%、4%、5%、6%的丁苯橡膠改性劑倒入到高速剪切機內(nèi)進行攪拌，設(shè)定轉(zhuǎn)速選用7000r/min～8000r/min，進行攪拌，攪拌時間設(shè)定為15～30 min。在上述試驗條件下，瀝青能達到改性的需求，并形成不同組分的SBS改性瀝青。

對上述瀝青實驗室性能進行測試，當(dāng)SBS改性劑的量由3%～6%增長時，瀝青的低溫抗裂性能得到有效提高，同時改性瀝青的延度發(fā)生顯著增長，同時瀝青的延度性能也有顯著增長。初定改性劑的摻量為4%～6%。

本次選取改性劑摻量在3%～6%的SBS改性瀝青混合料，幾組試驗分別采用不同的改性劑摻量且逐漸增加，試驗中主要對瀝青物理指標(biāo)針入度變化、瀝青粘度的變化，試驗中在改性劑的摻量為5%時，針入度指標(biāo)變化趨于穩(wěn)定，針入度減少量逐漸減小，因此本次選取瀝青摻量為5%的改性劑作為研究對象。

根據(jù)改性瀝青摻加改性劑的摻量發(fā)現(xiàn)，瀝青的軟化點隨著改性劑摻量增加不斷增大，研究發(fā)現(xiàn)改性劑丁苯橡膠摻量在3%～4%時，瀝青軟化點的增長速率相對比較慢；SBS瀝青混合料的改性劑丁苯橡膠摻量大于4%時，瀝青軟化點降低。

通過加入SBS改性劑后三大指標(biāo)的變化情況最終確定改性劑摻量控制在4%～6%較為合適，最佳改性劑摻量控制在5%較為合理。

二、水穩(wěn)定性分析

瀝青混凝土在施工及使用過程中受溫度變化、地方降水等環(huán)境因素影響較大，尤其在南方空氣潮濕、降雨量較大的地區(qū)對瀝青混凝土的水穩(wěn)定性要求較高。本文通過改變?yōu)r青改性劑摻量采用浸水馬歇爾試驗對瀝青混合料的水穩(wěn)定性進行研究，選用殘留穩(wěn)定度進行分析，加入改性劑丁苯橡膠后瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度應(yīng)不小于80%。

1.改性劑含量影響

改性劑是通過將混合料中瀝青無法進行填充穩(wěn)定的空隙采用改性劑改變?yōu)r青混合料的粘結(jié)性能，使得混合料密實性增加，從而避免水進入瀝青混合料中破壞其結(jié)構(gòu)形式，以達到穩(wěn)定和增加壽命的目的。本次選用常規(guī)的浸水馬歇爾試驗時，將改性劑含量作為可變量，研究同一種改性劑由于摻量不同對瀝青性能影響，以便確定最合適的改性劑摻配比例，試驗中改性劑含量由4%到6%，最終殘留穩(wěn)定度受改性劑摻量影響曲線結(jié)果如圖1所示。

由圖1可得：通過殘留穩(wěn)定度指標(biāo)變化值說明SBS 改性劑對瀝青混合料水穩(wěn)定性有提高作用，當(dāng)SBS改性劑超過5%后，水穩(wěn)定性提高的并不明顯，說明過量的改性劑既使成本增加，又對材料性能無顯著影響。

圖1 殘留穩(wěn)定度變化曲線

2.擊實次數(shù)的影響

SBS 改性劑會與瀝青進行充分的融合，混合料在進行擊實時大部分會存在于填料的縫隙之間。這種情況下要進行充分的擊實，否則骨架會變松散，使水進入瀝青內(nèi)。本節(jié)選取SBS 改性劑為5%的瀝青混合料分別進行50次和75次的擊實，本試驗采用浸水馬歇爾試驗測定指標(biāo)值，殘留穩(wěn)定度見表1所示。

表1 試驗數(shù)據(jù)

由表1可知：采用擊實次數(shù)為50次時，不同級配的殘留穩(wěn)定度值均小于80%，分別為76.5%、75.1%、73.8%。采用擊實次數(shù)為75次時，各個級配的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度均出現(xiàn)明顯增大，均大于規(guī)定值。根據(jù)試驗結(jié)果證明SBS改性瀝青混凝土在改性劑摻量不變的情況下，壓實次數(shù)與瀝青混合料的水穩(wěn)定性密切相關(guān)。

三、高溫穩(wěn)定性分析

1.溫度的影響

本節(jié)在進行瀝青混合料溫度影響時，選取試驗溫度分別為60℃、65℃、70℃。在5%最佳瀝青用量的情況下進行車轍試驗。其結(jié)果見表2所示。

表2 試驗數(shù)據(jù)

通過表2可以看出隨著溫度的升高，在60℃～70℃范圍內(nèi)，減小速率越來越大，SBS改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度指標(biāo)逐漸減小。

車轍深度隨著溫度的升高逐漸增加，溫度越高車轍深度的增加速率越來越大。瀝青高溫穩(wěn)定性除材料外主要受溫度的影響。車轍深度隨溫度影響變化趨勢和變形量的變化趨勢一致，且較為相近，相對變形也隨著溫度的升高逐漸增加。通過以上指標(biāo)分析可知：SBS改性劑-丁苯橡膠能在一定程度上改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，溫度對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性影響程度較大。

2.碾壓次數(shù)的影響

本次研究瀝青混合料動穩(wěn)定度受SBS改性瀝青混合料試件碾壓次數(shù)的影響。碾壓次數(shù)分別控制在12次、24次、36次。選取改性劑摻量在5%時瀝青混凝土試件成型，采用碾壓壓強為0.7MPa。試驗結(jié)果見表3所示。

表3 試驗數(shù)據(jù)

由表3實驗數(shù)據(jù)可以看出動穩(wěn)定度隨著碾壓次數(shù)的增加逐漸增長，碾壓次數(shù)從12次到24次時動穩(wěn)定度增長速率較快，碾壓次數(shù)從24次到36次時，增長速率相對平緩。

碾壓12 次時，輪壓荷載主要作用是壓密試件，此時的變形量主要來自輪載作用。24次時車轍深度增加，增加的深度同樣來自壓密變形，而原始存在的變形主要發(fā)生剪切流動變形。

四、結(jié)語

根據(jù)上述實驗分析總結(jié)如下：

（1）通過殘留穩(wěn)定度試驗表明SBS改性劑-丁苯橡膠對瀝青混合料水穩(wěn)定性有提高作用，改性劑摻量控制在5%～6%時SBS瀝青混合料的性能最好。

（2）SBS改性劑-丁苯橡膠能夠有效改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，瀝青混凝土的動穩(wěn)定度受溫度影響較大。

（3）SBS改性瀝青混合料在進行碾壓時，試件的破壞順序是瀝青混合料試件先出現(xiàn)壓密變形然后出現(xiàn)剪切變形，最后因粘聚力的減小產(chǎn)生車轍破壞。