SBS 改性剂对沥青混合料高温稳定性的影响

马晓红

(兰州市房地产经营公司，甘肃兰州 730030)

在夏季高温季节，普通沥青路面在行车荷载作用下容易产生车辙。车辙不仅缩短了沥青路面的使用寿命而且降低了沥青路面的服务质量，给国民经济带来较大损失。根据近年来的研究结果表明:夏季气温在高于25℃ ～30℃时，沥青路面的路表温度可以达到50℃ ～60℃以上，已经达到或超过沥青的软化点温度［1］。美国的西部环道试验表明:沥青含量过多或者路面压实度不够，是造成车辙发生的主要因素。SBS改性沥青路面可以减少车辙、推移、壅包等永久性变形，掺加SBS改性剂的沥青混合料其动稳定度一般会比普通沥青混合料的动稳定度高3倍左右，并且路面抗车辙变形最高温度可以提高约13℃［2-4］。然而，目前还缺少足够的试验与理论系统地分析不同的SBS掺量对提高沥青混合料路用性能的影响。车辙试验方法比较简单，试验结果直观，而且与实际沥青路面的车辙相关性较好，在沥青混合料高温稳定性分析方面得到了广泛应用［5］。

本文以AC-16的3种级配为研究对象，采用车辙试验分析仪研究不同级配和SBS改性剂掺量条件下沥青混合料高温稳定性能，为SBS改性沥青混合料配合比设计与高温抗车辙性能研究提供理论指导。

1 材料性质与试验方法

1.1 SBS改性沥青

本研究采用的基质沥青是克拉玛依沥青AH-70，SBS改性剂采用燕山石化生产的热塑性丁苯橡胶。改性沥青制作采用湿法工艺，即在170℃左右，用高速剪切机以1000 r/min转速将沥青与SBS改性剂搅拌10 min，掺量为5%SBS改性沥青常规指标的实测结果见表1。

表1 SBS改性沥青测定指标

1.2 集料与级配

粗细集料是采用兰州安宁采石场砂岩，矿粉为石灰岩磨细而成，集料各项性能指标符合JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范的要求。实验采用AC-16的上限、中值、下限，其级配组成和马歇尔实验结果分别见表2和表3。

表2 AC-16混合料级配组成

表3 AC-16混合料马歇尔实验结果

1.3 车辙试验

根据上述马歇尔实验结果，确定试件的最佳油石比见表4。采用轮碾实验成型300 mm×300 mm×50 mm的车辙板试件，控制轮碾压力为9 kN，碾压次数为24次(12个往返)，碾压温度控制在155℃～160℃。沥青混合料SBS含量(SBS与集料的质量比)变化范围为0%～8%，车辙实验控制温度分别为60℃，65℃和70 ℃(±0.5 ℃)，车轮压力控制在0.7 MPa±0.05 MPa，车辙实验过程中测定动稳定度DS和车辙深度RD。影响SBS改性沥青混合料高温稳定性的因素包括基质沥青的品质、改性剂的来源和掺量、级配形式、油石质量比等。如果实验分析多因素的综合影响，一方面室内实验的工作量很大，另一方面由于各因素之间存在着交叉影响，会导致实验结果难以准确分析，故本研究仅采用车辙实验分析了级配类型、SBS含量以及温度对沥青混合料动稳定度和车辙深度的影响。

表4 不同掺量SBS的沥青混合料最佳油石比 %

2 实验结果分析与讨论

2.1 级配类型对DS和RD的影响

在车辙实验中，将车辙实验温度控制在60℃，AC-16三种级配掺有5%SBS改性沥青的沥青混合料的DS和RD实验结果见表5。由于各种沥青混合料采用的最佳沥青用量不同(见表4)，可以看到AC-16三种级配沥青混合料的DS从大到小排序为:AC-16下限＞AC-16中值＞AC-16上限，RD则出现相反顺序，这表明在相同的实验条件下，较粗级配的沥青混合料高温抗变形能力优于较细级配的沥青混合料。根据前人的研究成果［6］表明，沥青混合料中60%的高温抗变形能力是由矿料间的嵌挤力与咬合力提供的，沥青胶结材料只能提供约40%的抗变形能力，说明适当增加粗矿料有利于沥青混合料高温稳定性。

表5 混合料级配对高温稳定性的影响

2.2 SBS含量对DS和RD的影响

在SBS含量影响的分析中，级配选择AC-16下限，选取6组不同的SBS含量，其中1组试件不添加SBS，60℃条件下AC-16下限沥青混合料车辙实验结果见图1。从图1可以看出，沥青混合料掺加了SBS后，其高温稳定性明显高于未掺加SBS改性剂的沥青混合料;当SBS含量超过7%，沥青混合料的DS会呈现下降趋势，并且当SBS含量超过5%，沥青混合料的RD会呈现明显的增加趋势。考虑到SBS是一种高分子聚合物材料，适当的添加SBS可以增加沥青混合料抗变形能力和混合料弹性恢复能力，但是当SBS含量继续增加，沥青混合料的粘度过大，拌和均匀性和压实特性会受到影响，因此，综合考虑经济性和材料加工的工艺条件，建议沥青混合料设计中最佳SBS含量控制在5%～6%。

图1 DS和RD与SBS含量的变化关系

2.3 温度对DS和RD的影响

沥青混合料是一种对温度敏感的粘—弹—塑性材料，其高温抗变形能力受温度的影响较大。本研究以AC-16中值级配为研究对象，分析温度分别在60℃，65℃和70℃的5%SBS含量的DS和RD变化(见表6)。由表6可见，当温度超过70℃之后，沥青混合料的DS迅速减小，RD则明显地增加，这是因为此温度已经超过SBS改性沥青的软化点66℃(见表1)，矿料骨料与沥青胶结剂之间的粘结力会急剧下降。因此，SBS改性沥青的软化点可以作为评价沥青混合料高温稳定性的主要评价指标之一。

表6 温度对沥青混合料高温稳定性的影响

3 结语

本文采用不同集料、温度和SBS含量的沥青混合料进行车辙实验，可以得到以下结论:

1)普通沥青混合料中添加SBS可以有效提高沥青混合料的高温抗车辙能力，相同级配类型情况下，矿料中适当增加粗集料的用量，更有利于提高沥青混合料的高温抗变形能力;

2)在沥青混合料拌和过程中，应充分考虑材料特性与拌和工艺控制条件，建议SBS最佳掺量应控制在5%～6%之间;

3)SBS改性沥青混合料高温抗车辙变形能力与SBS改性沥青的软化点有密切关系，因此，可以将SBS改性沥青的软化点作为评价改性沥青混合料高温抗车辙变形能力评价指标之一。

［1］沈金安.沥青及沥青混合料路用性能研究［M］.北京：人民交通出版社，2001：263-264.

［2］岳学军，黄晓明.沥青混合料高温稳定性评价指标的试验研究［J］.公路交通科技，2006，3(10)：37-40.

［3］岳贞菊.SEAM改性沥青的化学改性机理研究［D］.重庆：重庆交通大学，2008.

［4］王小妹，熊 伟，刘惠兴.SBS改性道路沥青的研究［J］.橡胶工业，2000，47(6)：353-355.

［5］徐世法，季 节，罗晓辉，等.沥青混合料的“软化点”与抗车辙能力关系分析［J］.公路，2006(5)：176-178.

［6］T.S.Shuler，D.L.Hanson，R.G.Mckeen.Design and Construction of Asphalt Concrete Using Polymer Modified Asphalt Binders［R］.Polymer Modified Asphalt Binders，ASTMSTP1108，ASTM，W.Conshohocken，PA，1992：97-128.