直投式温拌SBR改性沥青混合料的路用性能试验研究

朱玉美

(江苏省交通技师学院　镇江　212006)

直投式温拌SBR改性沥青混合料的路用性能试验研究

朱玉美

(江苏省交通技师学院镇江212006)

摘要SBR改性沥青的低温性能突出，但普遍存在高温性能不稳定的问题，采用直投式温拌SBR胶粉沥青混合料技术进行弥补。文中通过多项室内试验对温拌SBR沥青混合料的水稳定性、高温稳定性和低温抗裂性进行测试分析，并与70号沥青、SBS沥青、SBR沥青混合料的路用性能进行对比分析。结果表明，温拌SBR沥青混合料具有与SBS沥青混合料相当的水稳定性、高温稳定性，而其低温抗裂性还优于SBS沥青混合料。

关键词沥青混合料SBR胶粉温拌剂直投式性能

改性沥青混合料的工程生产温度通常较高，在长时间高温环境下，沥青会出现较为严重的老化现象。采取温拌直投SBR胶粉进行现场沥青改性的混合料生产，降低混合料的拌和温度，可以弥补传统工艺生产的SBR改性沥青高温性能不佳的缺陷，而且沥青混合料拌和温度的下降还可改善沥青混合料的使用性能与耐久性[1]。相比SBS改性沥青，SBR改性沥青的低温性能较为突出，而且价格较为便宜。通过直投式温拌SBR改性沥青技术，可以制备出高温性能接近SBS改性沥青、低温抗裂性能更好的沥青混合料[2]。因此，本文通过对不同温拌剂和SBR胶粉改性沥青混合料的性能进行室内试验测试，寻求SBR温拌直投改性沥青混合料的工程应用技术的实现途径。

1直投式温拌SBR改性沥青混合料及试验方案

与其他常规的改性剂SBS，PE，EVA等相比，SBR与沥青具有良好的相溶性，其最大特点是低温性能优，主要用于高寒地区公路沥青的改性和普通沥青的升级等。通常SBR改性沥青具有良好的低温开裂性和较好的高温稳定性，但过高的拌和温度容易导致SBR胶粉的老化和离析，不利于沥青混合料性能的发挥。温拌沥青混合料技术可使沥青混合料的拌和温度降低15~20 ℃，具有减少沥青老化和有害气体排放、能源消耗低、施工季节长等特点，将其用于SBR改性沥青混合料的性能改善具有一定的可行性[3]。考虑在SBR改性沥青混合料的拌和中添加温拌剂，从而发挥SBR沥青混合料的高温性能。

大量室内试验的测试结果表明，用SBR胶粉制备的改性沥青具有良好的低温抗裂性，但高温稳定性波动较大，不适合直接用于路面工程施工中，需要对SBR改性沥青进行温拌混合料的性能试验分析。RH温拌剂是以蜡为主的有机降粘剂，可以将温拌剂以一定比例加入沥青后制备改性沥青使用，也可在沥青混合料的拌制中直投添加。益路温拌剂主要成分是路用表面活性剂，含有一定量的水，不适合直接加入沥青中对沥青进行改性，需要在沥青混合料拌制时同步添加[4]。因此，在进行温拌SBR改性沥青混合料的生产时，将SBR和温拌剂同步添加到混合料中，适当延长混合料的拌和时间，即可保证SBR胶粉和温拌剂的均匀分布[5]。

在对室内制备的SBR改性沥青性能对比的基础上，选中山东某企业生产的SBR胶粉(A)和2种温拌剂(RH和益路)制备温拌SBR改性沥青混合料，并与基质沥青、SBS改性沥青和自制的SBR改性沥青混合料的路用性能进行对比，试验方案见表1。为对比各类沥青混合料的性能，采用表2中AC-20级配的中值进行试验测试。

表1　直投式温拌SBR改性沥青混合料试验方案

表2　AC-20沥青混合料级配要求

2直投式温拌SBR改性沥青水稳定性分析

由于温拌沥青混合料的拌和温度降低，可能会导致集料中的水分不完全蒸发而被沥青封闭在集料表面上，引起沥青混合料的水损害，特别是对于含水的益路温拌剂制备的沥青混合料尤其需要注意检查其水稳定性。沥青混合料水稳定性的评价通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行衡量，要求普通沥青混合料的残留稳定比和残留强度比分别不小于80%和75%，改性沥青混合料分别不小于85%和80%，对5种方案的试验测试结果见图1。

图1　各方案沥青混合料残留稳定

由图1可见，5种试验方案的残留稳定比和残留强度比均能满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求，而且SBS改性沥青混合料的2项指标均较优，略高于掺加温拌剂的SBR改性沥青混合料，但远超过70号沥青混合料和SBR改性沥青混合料。掺加温拌剂的SBR改性沥青混合料的性能明显优于SBR改性沥青，表明温拌剂起到了在不破坏SBR胶粉与基质沥青体系的情况下，显著提升沥青混合料水稳定性的作用，完全适合我国公路建设的需求。

3直投式温拌SBR改性沥青混合料高温稳定性分析

3.1　车辙试验

沥青混合料是典型的粘-弹-塑性材料，若高温稳定性不足会引起显著的变形，造成沥青路面的车辙、波浪及拥包等病害，特别在交通量大、重车比例高和经常变速路段的沥青路面上极易产生严重的车辙问题。室内试验主要采用车辙试验来研究沥青混合料的高温性能，以动稳定度指标来衡量沥青混合料的高温稳定性，5种沥青混合料方案的车辙试验测试结果见表3。

表3　各方案沥青混合料车辙试验的动稳定度测试结果

由表3可见，5种试验方案车辙板试件的空隙率基本控制在4.0%左右，而且在60 ℃下的变形基本在3.0~4.0 mm，表明AC-20型密级配沥青混合料具有较好的抗车辙性能。从动稳定度指标来看，5种试验方案的动稳定度均能满足规范的要求，而且各种改性沥青的高温稳定性明显优于70号沥青，其动稳定度基本达到70号沥青的3倍左右，其中又以SBS沥青混合料的动稳定度最大，而且添加温拌剂的SBR沥青混合料的动稳定度与其十分接近，均显著大于SBR改性沥青混合料，这表明直投式温拌SBR改性沥青混合料技术可以显著提升SBR改性沥青混合料的高温稳定性，有效避免了传统SBR改性沥青混合料高温性能不佳的缺陷。

3.2　STP试验

SPT动态模量试验可以评定沥青混合料在动态荷载作用下的性能，从而评价沥青混合料的抗永久变形能力。根据沥青混合料在荷载作用下的受力特性及借鉴国外沥青混合料试验经验，采用STP对不同温度和试验频率下70号沥青混合料、SBS改性沥青混合料和益路温拌SBR改性沥青混合料的动态模量进行测试，重点对益路温拌SBR改性沥青混合料的抗永久变形能力进行验证，3种沥青混合料55 ℃的动态模量测试结果见图2。

图2　3种沥青混合料55 ℃的动态模量对比

由图2可见，在相同温度条件下，沥青混合料的动态模量随着加载频率的增加而增大，但是随着荷载频率的进一步增加，动态模量数值的增大速度有明显减小的趋势，而后逐渐趋于平缓。温拌SBR沥青混合料在55 ℃时的动态模量均远远高于70号沥青混合料和SBS改性沥青混合料，在特定频率条件下动态模量值可达到70号沥青混合料的2倍。因此，由于SBR和温拌剂的改性作用，沥青混合料动态模量越高，抗车辙性能愈好。

此外，在高频区域、低频区域，温拌SBR沥青混合料动态模量均比70号沥青混合料和SBS改性沥青混合料高，表明其抗高温或低频加载能力强，甚至不低于SBS改性沥青混合料。

4直投式温拌SBR改性沥青混合料低温抗裂性分析

研究表明沥青路面的低温收缩裂缝与沥青结合料的低温品质及沥青混合料的温度收缩性能密切相关，沥青混合料开裂表现为寒冷季节混合料中沥青膜的拉伸破坏，并导致集料的破裂。为全面衡量沥青混合料的低温抗裂性能，可采用低温弯曲试验来评价SBR温拌沥青混合料的低温抗裂性能，通过计算沥青混合料在-10 ℃、加载速率50 mm/min的条件下的抗弯拉强度、弯拉应变和弯曲破坏劲度模量来综合评价沥青混合料的低温抗裂性能，5种沥青混合料方案的小梁弯曲试验测试结果见表4。

表4　各沥青混合料方案的小梁弯曲试验结果

由表4可见，5种试验方案的破坏应变均能满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求，而且所有SBR沥青混合料的破坏应变均高于70号沥青和SBS改性沥青。试验测试表明，SBR改性沥青具有良好的低温抗开裂性能，而且试验中沥青混合料小梁跨中挠度的变化也验证SBR沥青混合料良好的低温抗裂性能。此外，对比方案三至方案五的试验测试结果，添加温拌剂的方案四和方案五的SBR温拌沥青混合料的低温抗裂性能明显优于SBR改性沥青混合料，表明益路温拌剂和RH温拌剂对沥青而言均具有一定的改性能力，有助于提高沥青混合料的低温抗开裂性能。

5结论

(1) 温拌SBR改性沥青混合料的水稳定性与SBS改性沥青混合料相当，明显优于SBR改性沥青混合料。

(2) 车辙试验表明温拌SBR改性沥青混合料的高温稳定性与SBS改性沥青混合料相当，而STP试验表明温拌SBR改性沥青混合料在高频区域、低频区域的稳定性甚至略优与SBS改性沥青混合料。

(3) 小梁弯曲试验表明SBR改性沥青混合料的低温抗裂性略优于SBS改性沥青混合料。

(4) 温拌剂在不破坏SBR胶粉与基质沥青体系的情况下，可显著提升SBR改性沥青混合料的各项路用性能，适合我国公路建设的需求。

参考文献

[1]顾小安,钱海涛,张璠.SBR胶粉温拌直投改性沥青及混合料的性能试验[J].交通科技,2014(3):152-154.

[2]严绍洋,秦永春,石小培,等.温拌沥青混合料在永武高速公路路面下面层的应用[J].公路,2012(12):81-84.

[3]周吉萍,徐春梅,毛宇,等.SBR胶粉改性沥青的研究[J].石油沥青,2008,22(4):62-65.

[4]尹应梅,张荣辉.Evotherm温拌SBR改性沥青高温性能研究[J].公路工程,2010,35(4):39-41.

[5]杨成.掺加SBR对Sa-WMA的温拌效果及路用性能影响研究[J].湖南交通科技,2014(3):22-25.