胶粉/SBS复合改性沥青混合料性能研究

2019-09-26李艳霞

山西交通科技 2019年4期

李艳霞

（山西翼达交通开发有限公司，山西太原 030006）

0 引言

国内沥青路面在使用过程中出现了诸多不足之处。首先，国产沥青大部分蜡含量高，温度敏感性大，高温稳定性与低温抗裂性能较差。第二，交通量的增加、重载超载现象以及渠化交通，都给公路造成了不利的影响。第三，可以把沥青视为一种黏弹性材料，其主要的组成部分为分子量较大且黏性很强的沥青质，在高温状态条件下容易变软发黏，低温条件下容易变硬发脆，抗疲劳性能差，并且混合料长时间暴露在阳光下极易老化。

复合改性沥青有助于综合改善沥青的高温稳定性、低温抗裂性和抗水损害性能[1]，因此近些年来复合改性沥青的研究成为了业界研究的主要内容之一。SBS改性沥青虽然性能优良以及在行业内得到广泛认可与应用，但是，SBS改性沥青同时也存在一些不足的地方，如抗老化性能不强，价格昂贵等都是现在面临急需解决的问题。而胶粉改性的沥青兼具着良好的高低温性能以及抗老化能力[2]，同时又因胶粉自身所具有的弹性，会加强沥青路上行驶车辆的舒适性，而且降低了车辆行驶时产生的噪声；同样，胶粉改性沥青缺点也比较明显，在制作胶粉改性沥青时为提高其性能，常常需要掺入较大的胶粉数量，这将造成沥青黏度变大，施工和易性变差，增加了现场施工的难度；此外，胶粉与沥青的相容性较差，则胶粉改性沥青存储稳定性能较差[3]。由于SBS、胶粉改性沥青存在这些不足之处，近些年来人们开始研究胶粉、SBS复合改性沥青，杨光[4]通过试验研究发现经过胶粉、SBS复合改性后的沥青，其高低温性能以及抗疲劳能力都得到了极大的提升；韦大川[5]对SBS改性沥青路面和胶粉/SBS复合改性路面做了对比研究，发现胶粉/SBS复合改性沥青路面的降噪性能更佳。然而，胶粉/SBS复合改性沥青存在储存稳定差的问题，因此需要通过试验展开深入研究解决此问题。

1 胶粉/SBS复合改性沥青制备及性能测试

1.1 胶粉/SBS复合改性沥青制作

本文为确定SBS与胶粉的掺配比例和最佳的性能，试验过程中不停变化胶粉和SBS改性剂的掺量，以及改变制备沥青的生产工艺和加热温度，本文中制作沥青的生产工艺如图1。

1.2 沥青常规试验指标检测

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ E20—2011）[5]要求，本试验使用的沥青为重交通90号沥青（AH-90），对制备的未掺加胶粉的SBS改性沥青和不同掺配比例的胶粉/SBS复合改性沥青进行了常规试验检测，从路用性能角度进行了综合性的分析，结果表明了SBS掺量为2.5%的复合改性沥青性价比最优，其结果如表1、表2。

图1 胶粉/SBS复合改性沥青生产工艺

表1 SBS改性沥青试验指标

表2 SBS掺量为2.5%时不同胶粉掺量的性能试验指标

从表1可以看出，SBS改性沥青的软化点、运动黏度伴随改性剂的增加而提高；其中，SBS改性沥青的软化点在SBS掺量超过4.5%时，软化点的增幅逐渐降低，且48 h的离析温度差ΔT小于2.5℃，本试验选用SBS改性剂掺量为4%的改性沥青。

从表2来看，胶粉/SBS复合改性沥青的性能随胶粉掺量增加而得以改善，但是考虑到胶粉掺量过大，沥青的黏度过高，造成沥青的和易性较差，这将增加沥青混合料施工过程的难度，基于此，本试验选用2.5%SBS+20%胶粉的复合改性沥青进行试验。

2 确定油石比

2.1 矿料配合比

本文采用SMA-13型沥青混合料作为试验研究对象，严格按照规范要求设计配合比，最终确定的集料配合比如图2。

图2 矿料合成级配

2.2 最佳油石比确定

根据经验，SBS与胶粉/SBS分别采用5.3%、5.6%、5.9%、6.2%、6.5%五种油石比成型马歇尔试件，并且测试马歇尔试件的体积参数和力学指标，试验结果如表3。

由《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2017）中规定的SMA路面确定最佳油石比的方法以及SMA混合料马歇尔试件的技术指标，从表4试验结果数据我们可以得到SBS改性SMA-13的沥青混合料的最佳油石比为6.0%，胶粉/SBS改性的沥青混合料的最佳油石比为6.2%。

表3 两种改性SMA-13沥青混合料马歇尔试验结果

3 混合料性能指标试验

3.1 高温稳定性

按规范成型（300×300×50）mm的标准车辙板试件，在60℃、0.7 MPa的条件下进行车辙试验，试验中SBS改性沥青的改性剂掺量为4.0%，SBS/胶粉的掺量分别为2.5%与20%，具体的试验结果见表4。

表4 高温车辙试验结果次/mm

由表4可以看出，SBS改性的混合料动稳定均值为4 843次/mm，而改性沥青的高温稳定性规范要求为大于等于3 000次/mm，说明SBS改性后沥青混合料具有良好的高温稳定性性能；而胶粉/SBS改性的SMA-13沥青混合料的动稳定值均在5 000次/mm以上，均值为6 014次/mm，与SBS改性的SMA-13沥青混合料相比，胶粉/SBS改性的混凝土的动稳定值增加的幅度达到了24.2%,这就表明胶粉与SBS复合改性可以增强沥青混合料的高温稳定性。

3.2 低温抗裂性

小梁弯曲试验是检验沥青混合料低温性能的重要试验。本试验采用小梁弯曲试验对沥青混合料的低温性能进行评价。小梁试件是由车辙板试件经过切割而成，其尺寸为（250×30×35）mm的长方形柱体，试验温度为-10℃，加载速度为50 min/mm试验结果见表5。

表5 小梁弯曲试验结果

从表5可知，相比于SBS改性沥青混合料，胶粉与SBS复合改性的沥青混合料的抗弯拉强度和弯拉应变都有较大的提高，同时混合料的劲度模量则呈现下降趋势。SBS改性混合料与胶粉/SBS复合改性的混合料的劲度模量分别为3 928.5 MPa和3 149.9 MPa，沥青混合料的低温性能与劲度模量成反比，即模量越大，低温性能越差；反之，则越好。胶粉/SBS复合改性的沥青混合料的弯拉应变为SBS改性的沥青混合料的1.34倍，表明复掺胶粉/SBS提高沥青混合料的低温抗裂性能。这是因为橡胶粉在混合料中起到了加筋的作用，且胶粉具有较好的弹性，掺入到混合料中提高其韧性，从而使沥青混合料的抗弯拉强度得到加强；因此，胶粉/SBS复合改性沥青混合料低温性能优于SBS改性沥青混合料。

3.3 水稳定性试验

本试验中，对两种改性后的SMA-13沥青混合料进行浸水马歇尔试验，浸水马歇尔试验结果如表6。

表6 浸水马歇尔试验结果

从表6来看，复掺胶粉与SBS改性的沥青混合料的浸水马歇尔残留度均比SBS改性的沥青混合料的高，平均值差值为2.8%，这说明胶粉/SBS复合改性沥青混合料的抗水损害能力相对SBS改性混合料有所提高，其残留稳定度远大于规范要求（大于等于85%）。这是因为胶粉与SBS性能的网状结构加强了沥青混合料的整体性能，则混合料的水稳定性能也随之增强。