改性剂SBS对基质沥青低温抗裂性的影响研究

丁永灿，林 杰

(广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023)

改性剂SBS对基质沥青低温抗裂性的影响研究

丁永灿，林 杰

(广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023)

在北方地区，沥青路面在低温下开裂是比较常见的一种公路病害。影响沥青路面低温开裂的因素很多，在沥青掺和物料里，沥青这一胶结料为沥青掺和物料重要的构成物料之一，其特性对沥青掺和物料的各类技术性质具有直接的作用。文章针对目前基质沥青在使用过程中存在的低温抗裂性差的特点，通过试验研究分析改性剂SBS对基质沥青低温抗裂性的影响。

沥青路面；改性剂SBS；路面结构；低温抗裂性

0 引言

在公路建设中，沥青已被广泛应用于路面建设中。公路沥青路面在使用过程中，由于受到行车荷载和各种自然因素的影响，极易发生损坏。为了使沥青路面满足正常的使用要求，要求沥青混合料具有一定的强度、稳定性和耐久性。在北方冬天的季节下，沥青地面上出现开裂现象是公路的通常诟病， 路面出现不同程度的裂缝， 会使水沿着部分裂缝流淌到路面结构层中去，大大缩短了结构层的使用寿命。影响沥青路面低温开裂的因素很多，在沥青掺和物料里，沥青这一胶结料为沥青掺和物料重要的构成物料之一，沥青的特性对沥青掺和物料的各类技术性质具有直接的作用。由于基质沥青是石油冶炼过程中产生的衍生物，其性能受原油属性制约，使用改性沥青代替石油沥青，可有效增加沥青混合料的低温抗裂性能，其中最常用的改性剂是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，本试验研究针对目前基质沥青在使用过程中存在的低温抗裂性差的特点，研究分析改性剂SBS对基质沥青低温抗裂性的影响。

1 基质沥青的性能指标

本试验研究采用SK70#A石油基质沥青。其性能见表1。

表1 石油基质沥青常规指标试验结果表

2 改性剂苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)性质

SBS的化学名称为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，它本身具有热塑性与弹性，该试验探究选用的改性剂SBS重要性能指标见表2。

表2 改性剂SBS主要技术性能指标表

3 改性沥青的制备

为了对每种不同的改性沥青作比较，本次研究选取的是加入不同量的橡胶及热塑性弹性体的改性沥青，它是在基质沥青中加入了0%、2%、4%、6%、8%、10%的改性剂SBS，制备五种改性沥青式样。

4 改性剂SBS对基质沥青低温抗裂性的影响

在进行系统的实验研究及调查取证中发现，在混合材料中，胶结料沥青对混合材料技术性能有很大影响，是低温抗裂性的主要影响因素。选择适宜的试验方法及抗裂性指标是研究沥青路面低温抗裂性能的重要手段，此次实验将5 ℃延度沥青作为探究对象，按照弗拉斯脆点常规实验法，对未加入改性剂的沥青原料和加入不同比例改性剂的改性沥青低温性能进行分析探究。

4.1 低温延伸度

通常在外面力量的压力下产生变形但是不改变其本身效果，但抛开外力后依然可以维持在原来形状不变的性能是沥青的延伸性，也称之为其耐受塑比性变形的性能。沥青的延性常用“延伸度”(或称延度)表示。延度试验是将沥青做成8字型标准试件，按照常规需求，常使用温度5°、10°、15°、25°，其以5cm/min的速度拉伸，而温度较低时，则是1cm/min速度拉伸直到断裂，此时的长度就是延度。当然数值越大，说明其塑性更好。本试验研究是为了分析胶结料沥青的低温性能，以5 ℃为试验温度，以1cm/min为拉伸速度。基质沥青试样及SBS不同掺量改性沥青式样5 ℃延度结果见表3及图1。

表3 沥青试样5 ℃延度试验结果表

图1 不同的 SBS掺量与改性沥青5 ℃延度的关系示意图

4.2 当量脆点

在温度条件较低的情况下，通常产生瞬时荷载效应时，会产生相应的脆性破坏结果，脆点是体现沥青低温稳定性能的一种指标，其体现了沥青从粘弹性体变成弹脆体时的温度，也就是沥青达到临界硬度开始发生脆裂时的温度。脆点是在一个规定的试验方式下的条件劲度温度，随着试验方法的变化，试验的结果也会出现变化，一般使用弗拉斯脆点试验。在沥青脆点试验中，刚开始时，每次不一样的温度是造成智能脆点仪有很大误差的最主要的原因。运用相当数量软化点规则，依旧能用沥青弗拉斯脆点的针入度是1.2的假设条件，用此方程T1.2=lg1.2-K/A(A为回归常数，K为回归参数)算出针入度为1.2时的T。此时就可以得出智能脆点仪的值为T1.2。基质沥青试样及SBS不同掺量改性沥青式样当量脆点T1.2试验结果如表4和图2所示。

表4 沥青当量弗拉斯脆点试验结果数值表

图2 沥青当量弗拉斯脆点T1.2示意图

4.3 试验结果分析

(1)从试验结果可以看出，基质沥青，即SBS掺入量为0%时，沥青式样5 ℃延度最小，在公路施工过程中，加入适量的改性剂苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(简称SBS)，改性沥青的延度也随着变大，5 ℃延度将由之前的7.8增加到12.2～36.6；SBS掺入量为8%时的改性沥青5 ℃延度最大(见图1)，说明改善沥青的低温性能是使用橡胶及热塑性弹性体的结果，改性沥青中最为广泛应用的是SBS改性沥青。但是，SBS改性沥青有一定的复杂性，即5 ℃延度上升到36.6的上限之后再次降到35.3，此时加入的SBS量是10%，体现出其低温下的特性有所改观。在改性剂SBS的常用掺入量范围(3%～8%)内，改性沥青5 ℃延度表现出递增趋势。而当改性剂SBS掺入量增加到10%时的5 ℃延度比改性剂SBS掺入量8%时相应的5 ℃延度要小，试验结果显示当用改性剂SBS改性SK70#基质沥青时，5 ℃延度随着改性剂SBS掺入量的增加出现一个峰值，峰值所对应的改性剂SBS的掺入量即为最佳掺入量，大约为8%左右。

(2)由延度与温度的变化关系，可以得知，低温5 ℃的延度值增加，表明改性沥青在低温条件下的变形能力增加。其原因有可能是在低温条件下，改性外加剂苯乙烯类热塑性弹性体中将聚丁二烯(CBR)转变成玻璃样无定形体(玻璃态)的过程的温度非常低，在低温情况下具有很强的变形能力，因此在低温状态下SBS比用于生产改性沥青的基础沥青有更好的延度，对降低路面的低温开裂有很大的帮助。

(3)从试验结果分析得知，基质沥青的弗拉斯脆点T1.2最高，为-16.53 ℃，T1.2随着改性剂SBS掺入量的增加，改性沥青的弗拉斯脆点T1.2越来越低，由原来的-16.53 ℃降低到-16.93 ℃～24.46 ℃，降低率为2.4%～47.9%。当改性剂SBS掺入量为8%时，弗拉斯脆点T1.2降低到24.44 ℃，说明改性沥青的低温抗裂性能愈来愈好，当改性剂SBS掺入量继续增加，增加到10%时，弗拉斯脆点T1.2降低到24.46 ℃，此时弗拉斯脆点T1.2降低不明显，表明改性剂增大到某一剂量后，弗拉斯脆点T1.2不再明显降低。即低温抗裂性在改性剂SBS掺入量达到8%之后，改性沥青的低温抗裂性的改善不明显。

5 结语

沥青路面有行车安逸、声响小、整体平稳、没有缝隙、经久耐磨、抖动小、作业时间短的优势，这些优势是水泥混凝土路面所不能达到的，而且具备了便于养护维修等优点。然而对于一般的石油沥青而言，其原油质量通常不够优质，因此很难实现较好的低温抗裂效果，而在混入改性剂SBS之后，极大程度地修复了以往的缺陷，对沥青在北方区域的普及运用大有裨益，使得沥青路面在低温条件下满足正常使用要求。

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[3]覃德伟.SBS改性沥青在广西壮族自治区高等级公路上的应用研究[D].重庆：重庆交通大学，2008.

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[5]王知乐.减少热蓄积型沥青混合料制备的试验研究[D].南京：南京航空航天大学，2008.

Research on the Effects of SBS Modifier on Low-temperature Cracking Resistance of Base Asphalt

DING Yong-can，LIN Jie

(Guangxi Vocational and Technical College of Communications，Nanning，Guangxi，530023)

In the northern region，the asphalt pavement cracking at low temperatures is a relatively common highway disease.Low - temperatur cracking of asphalt pavement is affected by a lot of factors，and in asphalt blending materials，the asphalt as the binder is one of important components of asphalt blending materials，then its characteristics have the direct effect on various technical properties of asphalt blending materials.Ai-ming at the current characteristics of poor low-temperature cracking resistance of base asphalt during the usage，this article analyzed the impact of modifier SBS on the low-temperature crackin resistance of base asphalt through experimental study.

Asphalt pavement；Modifier SBS；Pavement structure；Low-temperature cracking resistance

广西教育厅科研课题“矿业废料路用性能试验研究”(桂教科研〔200911MS329〕)

U416.216+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.06.002

1673-4874(2015)06-0005-03

2015-05-01

丁永灿，副教授，主要从事公路桥梁工程教学与施工管理研究工作；

林 杰，高级工程师，主要从事公路桥梁工程教学与施工管理研究工作。