适应潮湿炎热气候的SBS改性沥青混合料高温稳定性评价

丁永灿

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）

0 引言

沥青混凝土路面是经人工选配具有一定级配组成的矿料，包括骨料和填料（碎石或轧碎砾石、石屑或砂、矿粉等）与具备一定性能适合在道路使用的沥青材料，经过配合比计算，依据适合的配合比，通过加热，并严格控制拌制温度，拌制成均匀混合料并压密成型后形成的高等级路面。道路上使用的沥青大多是石油冶炼的衍生物，原油属性也制约着沥青的特性。大交通量需要基质沥青具备更好的技术性能，而基质沥青却不能完全满足沥青路面使用性能的要求。地处于亚热带的广西，气候炎热且空气潮湿，在高温和低速加载情况下，若沥青混合料抵抗剪切破坏的能力降低，沥青路面多出现车辙、滑移、搓板等一些路面破损现象，其中，车辙是沥青路面由于高温而引起的破坏现象，其不但造成汽车驾驶员及车上乘客在汽车行驶过程中舒适感降低，而且影响汽车行驶的安全性。本文选用SBS的掺量为6%的改性沥青与基质沥青进行马歇尔稳定度试验和车辙试验对比，分析沥青混合料高温抗车辙性能。

1 原材料

1.1 基质沥青

本次试验研究采用SK70＃A级道路石油沥青，其性能见表1。

表1 基质沥青SK70＃A常规指标试验结果表

1.2 苯乙烯—丁二烯—苯乙烯（SBS）

聚合物苯乙烯—丁二烯—苯乙烯SBS性能指标如表2所示。

表2 改性剂SBS主要技术性能指标表

1.3 粗集料

粗集料选用石灰岩碎石，碎石全部采用单一粒径备料，用水洗的方法清洁，去除泥质备用。粗集料的技术指标见表3。

表3 粗集料试验结果表

1.4 细集料

细集料采用石灰岩机制砂，并采用单一粒径备料，经过水洗烘干后备用。细集料的技术指标见表4。

表4 细集料试验结果表

1.5 填料

填料采用石灰岩磨细矿粉，矿粉只采用＜0.075mm部分。表5所示试验结果为填料的主要指标。

2 AC－16沥青混合料的高温稳定性能分析

本次试验选用广西常用AC－16的级配，其级配设计如表6及图1所示。

表5 矿粉试验结果表

图1 合成级配通过率示意图

表6 沥青混合料矿料AC－16级配设计表

2.1 最佳的沥青用量确定

选择采用马歇尔试验设计方案，4.4%被选定为基质沥青的最优油石比例，4.8%被选定为聚合物6%的SBS改性沥青最优油石比例。

2.2 马歇尔稳定度试验

AC－16试件为圆柱体，尺寸101.6mm×（63.5±1.3）mm试件，基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料均各做三组试验作为对比。在最佳油石比例的条件下，在试验温度为45℃、60℃和70℃时，沥青混合料稳定度结果见表7和图2。

表7 沥青混合料试样在不同温度条件下的马歇尔稳定度对比表（kN）

图2 沥青混合料试样马歇尔稳定度－温度回归曲线图

试验结果表明：随着温度升高，沥青混合料稳定度下降，但SBS改性沥青混合料稳定度的降低速度低于基质沥青混合料。

2.3 车辙试验

按最佳的油石比例制备成试验所需的块状试件，试件尺寸：300mm×300mm×50mm，表8和图3是车辙试验测试结果。

表8 不同温度条件下的沥青混合料动稳定度对比表（次／mm）

图3 沥青混合料试样动稳定度－温度回归曲线图

试验结果表明：

温度可影响沥青混合材料的稳定程度，随着温度的变化，沥青混合料的动稳定度也发生变化，它们之间成反比例关系：温度越高，动稳性越差；而温度越低，动稳性越好。为此，可假设温度在恒定的状况下，动稳定度降低与与温度的降低成正比，那么正好就是它的衰减系数k，即：

我们发现在45℃～60℃的时候，基质石油沥青和聚合物SBS改性沥青混合料的k值分别为：

在60℃～70℃的时候，基质石油沥青和聚合物SBS改性沥青混合料的k值分别为：

从而得知：

沥青混合料的动稳定度与动稳定度平均值较为接近，测定60min车辙深度RD，从而得到RD与温度的关系，进一步探究沥青混合料永久变形受温度的影响程度。试验结果如表9和图4所示。

图4 沥青混合料车辙深度RD与温度关系曲线图

从图4可知，车辙深度RD和温度变化两者主要存在非线性的关系。车辙深度RD与温度的关系基本表现为二次或三次多项式的关系。在＜60℃时，基质石油沥青和聚合物SBS改性沥青混合料车辙深度相差并不大，然而，在＞60℃以后，我们发现基质石油沥青掺合料车辙深度增加幅度大。而相比之下，聚合物SBS改性沥青混合料车辙深度增加幅度小，由此可以说明聚合物SBS改性沥青混合料高温抗车辙效果良好。

表9 沥青混合料车辙深度RD试验结果表（mm）

动稳定度高的车辙板，实际的车辙深度却并不一定小。根据动稳定度的计算公式观察到动稳定度仅仅是描述了车辙试验在45～60min时间段内的车辙深度变化的大小，为了全面反映高温车辙变形，有必要选用可以表述高温变形的发展和变形总量大小的指标。

分析车辙试验变形曲线，车辙进展快的情况发生在车辙试验早期和中期，而到了后期，车辙趋近于平稳，车辙变形关系曲线和坐标轴之间所构成的面积会大一些。以车辙变形关系曲线和坐标轴之间所形成的面积为观察指标进行分析，目的是排除早中期车辙大，但是45min后车辙的增加量小的情况，称为“车辙变形的时间累计”。用A来表示。

式中：A——车辙变形的时间累计，mm·min；

ξ——车辙变形，mm；

a、b、……、e——多项式常数。

在试验中，基质石油沥青和聚合物SBS改性沥青混合料这两种沥青混合料以60℃温度条件下的车辙曲线为依据，经过多项式回归，如图5所示。按上文（式1）求出得到“车辙变形的时间累计”A，然后对比分析在同样的试验条件下与动稳定度DS和车辙深度RD的关系。试验结果如表10所示。

图5 沥青混合料车辙曲线图

表10 沥青混合料车辙试验结果表

试验分析结果：在试验条件相同的情况下，当沥青混合料试样动稳定度DS不断增加时，车辙深度RD和车辙变形的时间累计A表现为不断缩小。与此同时，很好的线性相关性出现在动稳定度DS与车辙变形的时间累计A之间，获得的线性相关系数接近于1，得到大约为0.95的车辙深度RD与车辙变形的时间累计A的时间累计线性相关系数。由此认为，用车辙的动稳定度评价沥青混合料的高温稳定性能具有合理性（如图6）。

图6 沥青混合料高温性能评价指标关系示意图

3 结语

当45℃、60℃和70℃试验温度条件下，改性聚合物SBS沥青混合料的动稳定度提高107.8%、150.5%和287%。与基质石油沥青混合料相比，SBS改性沥青混合料车辙深度也降低明显。聚合物SBS改性沥青混合料的高温性能更适于广西夏季炎热而冬季温暖多雨的气候。