阻燃温拌SBS改性沥青储存稳定性试验分析∗

2016-09-14周志刚1王彦霖1罗根传1劳家荣2俞文生1孙宁1

公路与汽运 2016年4期

周志刚1，王彦霖1，罗根传1，2，劳家荣2，俞文生1，3，孙宁1

（1.长沙理工大学道路结构与材料交通行业重点实验室，湖南长沙 410004；2.广西交通投资集团有限公司，广西南宁 530000；3.江西省高速公路投资集团有限责任公司，江西南昌 330000）

周志刚1，王彦霖1，罗根传1，2，劳家荣2，俞文生1，3，孙宁1

采用标准离析模拟试验方法，测试了SBS改性沥青、温拌SBS改性沥青、阻燃SBS改性沥青及阻燃温拌SBS改性沥青的三大技术指标（软化点、针入度、延度）和135℃粘度，对比了沥青试样上下层对应技术指标的差异，分析了SBS改性剂、阻燃剂、温拌剂等多种改性剂在基质沥青中混融时的稳定性。试验结果表明，温拌剂对沥青技术性能的影响较为明显，而阻燃剂的影响较小；所测试的几种改性沥青在施工中难以出现离析现象。

隧道；SBS改性沥青；阻燃剂；温拌剂；储存稳定性

由于隧道内环境特殊，对其路面有预防隧道火灾、施工性能良好、施工环境温度不能过高等要求，一些公路隧道采用阻燃温拌沥青路面结构形式。该文依托某高速公路长隧道进行阻燃温拌SBS改性沥青路面施工和相关技术研究，在SBS改性沥青混合料中分别掺加温拌剂、温拌剂和阻燃剂，形成温拌SBS改性沥青混合料中面层和阻燃温拌SBS改性沥青混合料表面层。由于SBS改性剂、温拌剂、阻燃剂、基质沥青之间的密度、分子量、极性及溶解度等参数差异较大，它们之间不能完全相容。在密度差的作用下，密度较小的改性剂会呈上浮趋势，密度较大的改性剂则会呈沉淀趋势，基质沥青本身的不同组分也会发生分离，将改变沥青上下部改性剂的浓度和沥青的组成，造成离析后的沥青上下层的性能差异。若改性沥青性能不稳定，改性剂随时间发生严重离析，改性剂与基质沥青明显分离，将严重影响路面结构的整体性，极易使沥青路面产生裂缝、剥离、沉降等损害。为保证隧道阻燃温拌SBS改性沥青路面的工程质量，该文按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的离析模拟试验方法测试SBS改性沥青、温拌SBS改性沥青、阻燃SBS改性沥青及阻燃温拌SBS改性沥青的软化点、针入度、延度和135℃布氏旋转粘度，对比沥青试样上下层对应技术指标的差异，分析SBS改性剂、阻燃剂、温拌剂等改性剂在基质沥青中混融时的稳定性，综合评价阻燃温拌SBS改性沥青、温拌SBS改性沥青在施工过程中的离析现象。

1　原材料及其技术特性

（1）沥青。采用SBS（I-D）改性沥青，其性能指标测试结果见表1。

表1　SBS改性沥青技术性能指标试验结果

（2）阻燃剂。选用FRMAXTM阻燃剂，其为以适当的有机、无机阻燃剂组合后的白色复合型阻燃剂，以磷、氮为主要活性组分，不含卤系，也不采用氧化锑为协效剂。将膨胀型阻燃剂添加至沥青后，沥青受热时表面能生成一层均匀的炭层泡沫层，该层隔热、隔氧、抑烟，并能防止沥青的融滴现象，故具有良好的阻燃性能。FRMAXTM阻燃改性剂的物化性质指标如下：密度为0.8～1.8g/cm3；溶解温度大于130℃；有效含量大于85%。在SBS改性沥青中阻燃剂掺量为7%。

（3）温拌剂。选用Sasobit温拌剂，它是一种有机降粘型沥青温拌剂。加入低熔点的聚烯烃类添加剂到沥青或混合料中，Sasobit温拌剂熔入沥青中起到润滑作用，降低沥青的粘度，从而降低沥青混合料的拌和温度。Sasobit温拌剂的性能指标测试结果为：熔点115℃；闪点286℃；密度0.9g/cm3。在SBS改性沥青中温拌剂掺量为3%。

2　试验模型及试验方法

选取温拌沥青、阻燃沥青、温拌阻燃沥青作为研究对象，以原样SBS改性沥青作为对照试验组。按照JTGF20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中聚合改性沥青离析试验方法T0661制备试样，在同等大小圆柱容器中分别将4种沥青各制备6组试样，再分成上、中、下3层。改性沥青上、中、下部分性能的差异可反映离析发展程度，可分别进行沥青性能指标测试，考察其稳定性。如果各层次的指标相差较大，则说明这种改性沥青性能不稳定，容易发生离析；如果各层次之间的指标相近，则表明这种改性沥青性能稳定。

所测试的沥青性能指标包括针入度、软化点、延度和粘度。按规范要求进行2次平行试验。鉴于SBS改性沥青离析分析时测试结果欠稳定，制备6个平行试样。

3　试验结果分析

3.1 软化点

软化点是评价沥青高温稳定性的重要指标，大多数国家将其列入沥青标准中，用来说明沥青的高温稳定性能。JTGF20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》用试样上、下层改性沥青的软化点差评价SBS改性沥青的储存稳定性。采用环球法进行试验，结果见表2。

表2　SBS改性沥青软化点试验结果

由表2可知：1）阻燃温拌沥青与温拌沥青的软化点高于另外2种沥青，即在路面使用过程中它们的耐高温性能较好。2）4种改性沥青上、下层软化点差值的绝对值均低于规范规定的2.5℃，说明它们离析不明显，储存期间稳定性良好。每种沥青试样均有上层软化点低于下层软化点的情形，这是多种改性剂导致改性沥青成分复杂而欠均匀的结果。

3.2针入度

针入度是国际上测定沥青稠度的一种常用方法，是一种条件粘度。通常稠度高，针入度值愈小，沥青愈硬；稠度低，针入度值愈大，沥青愈软。一般认为沥青的针入度值与绝对粘度值之间存在一定的关系，故针入度可从侧面反映沥青在某一特定温度下的粘度特性。根据沥青试验规程规定的试验方法，测试各种改性沥青在25℃、荷重（100±0.1）g、运动时间5s条件下的针入度值，结果见表3。

从表3可看出：整体上，4种改性沥青上层的针入度比下层小，说明确实存在上下分层现象，上层改性剂浓度较大，但每种沥青针入度值的离散程度小，稳定性良好。

3.3延度

延度也是评价沥青性能的重要指标。沥青延度越高，其低温变形能力越大，沥青路面低温下不易开裂。按照标准的方法制备试件，先按照标准试验温度5℃进行试验，显示试样容易脆断，结果离散性大，故将试验温度改为15℃。试验结果见表4。

表3　SBS改性沥青针入度试验结果

表4　SBS改性沥青15℃延度试验结果

从表4可以看出：1）加入温拌剂和阻燃剂均使SBS改性沥青的延度减小。2）4种改性沥青试样上层沥青延度均比下层的小，进一步证实其存在上下分层现象。

3.4粘度

使用智能剪切流变仪，从50～170℃进行粘温扫描试验。取135℃粘度进行离析研究，试验结果见表5。

表5　SBS改性沥青135℃粘度试验结果

从表5可看出：4种改性沥青上、下层粘度变化不大，说明温拌沥青、阻燃沥青、温拌阻燃沥青和SBS改性沥青离析不明显。

3.5综合分析

温拌剂对沥青的三大指标影响较显著，阻燃剂对沥青的三大指标影响较小，说明温拌剂对沥青的稠度和粘度有较大改善，而阻燃剂对沥青的稠度和粘度影响不大。这是由于温拌剂的有机成分与SBS发生了轻度交联并形成空间网状结构，使改性沥青的软化点升高，并提高了沥青相与SBS的相容性，但交联的同时，也降低了SBS链段自由活动的能力，使沥青变硬，延度和针入度下降。

各种改性沥青分层离析现象发生时交织着多种作用：SBS改性剂、温拌剂及基质沥青中轻质沥青的上浮，沥青质等的下沉；SBS改性剂、温拌剂等有机成分的交联网状结构的形成与解体，并随着其浓度而转变；热老化效应。这些作用决定了改性沥青整体性能指标（针入度、软化点、延度等）及其上下层指标差异性随热储存时间的变化规律。温拌沥青、阻燃沥青、温拌阻燃沥青及SBS改性沥青在热储存和高温使用时难以出现离析现象。但由于温拌剂密度小于沥青，阻燃剂密度大于沥青，呈温拌剂上浮、阻燃剂沉淀的趋势。各热储存时间时所测试的4种改性沥青的针入度、软化点、延度值及其上下层软化点差值均满足JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》关于SBS改性沥青技术标准的要求。

4　结语

对于长大隧道使用的阻燃温拌SBS改性沥青路面，由于使用了多种改性剂，其组成成分更为复杂，更易产生离析现象，影响隧道沥青路面的使用品质和交通安全。因此，在推广应用阻燃温拌SBS改性沥青路面技术时，应综合评价其稳定性。该文按照JTGF20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中改性沥青离析试验方法开展试验研究，结果表明各种改性沥青的确存在一定程度的离析现象，但未超出JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中规定的离析标准范围。

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