排水式树脂沥青混合料OGFC-13的改性试验

2020-07-14郑海兵刘二国陈建斌乔弘张爱勤

山东交通学院学报 2020年2期

郑海兵，刘二国，陈建斌，乔弘，张爱勤

1.山东泰山路桥工程公司，山东泰安 271000；2.泰安市公路事业发展中心，山东泰安 271000；3.山东交通学院山东省高校路面结构与材料重点实验室，山东济南 250357

0 引言

目前，密级配沥青混合料在我国城市道路建设中得到广泛应用，随着国内建设海绵城市热潮的推进，排水沥青路面成为城市道路建设的重要需求。普通树脂沥青胶结料高、低温性能较差，不能直接用于加工排水沥青混合料。钱振动等[1]认为通过高黏改性剂(TAFPACK-super，TPS)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(styrene butadiene styrene block polymer，SBS)复合改性，可有效提高树脂沥青的60 ℃动力黏度、混合料的高低温稳定性及耐久性能。周水文等[2]分别采用改性沥青和混合料2种方法，优化透水沥青混合料性能，试验表明改性剂可有效改善透水沥青混合料的使用性能。我国目前对排水沥青路面用胶结料的研究还处于起步阶段，还需要深入研究树脂沥青胶结料的选择、性能、排水沥青混合料性能优化等问题。

本文通过添加SBS改性剂研究改善树脂沥青及SBS改性树脂透水沥青混合料开级配抗滑磨耗层(open graded friction course，OGFC)-13的性能，并在此基础上采用专用高黏改性剂A复合改性，优化树脂沥青OGFC-13的路用性能，为排水式树脂沥青路面的应用提供技术指导。

1 材料

1.1 树脂沥青

目前我国树脂沥青多用于生产彩色沥青混合料，于普通透水沥青混合料的研究较少，可借鉴彩色树脂沥青的相关标准研究树脂沥青的技术要求，树脂沥青为胶结料，一般为浅色或深褐色，主要采用石油树脂与改性剂等化工材料共混改性而成[3-5]。

1.2 SBS改性剂

SBS改性剂作为热塑性弹性体，兼具塑料与橡胶的双重特点[6]。SBS改性剂分散到基质沥青中发生溶胀，经高速剪切发育形成新的胶体结构，沥青的塑性和延伸性等性能得到很大改善[7-9]。SBS改性剂有星型和线型2种，星型SBS改性剂分子量较大，与沥青相容性较差，因此本研究选用国产T6301h线型SBS改性剂。

1.3 高黏改性剂A

高黏改性剂以环氧基类树脂、热塑性弹性体为基材，辅以抗剥离和抗老化的复合改性剂，经注塑挤压形成粒状材料，可以增强沥青的黏韧性，采用干投方式在混合料拌和过程中充分研磨分散，可提高排水沥青混合料的强度、抗飞散能力、水稳等多种性能[10]。本研究采用排水沥青路面用国产高黏改性剂A。

2 树脂沥青胶结料试验与分析

2.1 树脂沥青性能指标

研究选用树脂沥青成品，检测其密度、黏结性、延性、感温性及老化性能指标，试验结果见表1。

表1 树脂沥青技术要求及试验结果

注：TFOT(thin film oven test)为沥青薄膜加热试验

由表1知，选用材料满足相应指标要求，材料的黏度、黏聚力和延度较大，抵抗变形的能力较好，但软化点处于标准下限，可能造成树脂沥青混合料高温稳定性不足。因此，需要对其进行改性研究。

2.2 SBS改性树脂沥青试验

研究表明[11-14]，SBS改性剂可以明显改善沥青的高温和低温性能，与树脂沥青有较好的相容性，因此采用SBS改性剂对树脂沥青进行改性。为研究SBS改性剂对树脂沥青的改性效果及其与树脂沥青的最佳质量比，在浅色树脂沥青胶结料基础上，按照SBS改性剂与树脂沥青的质量比分别为0.03、0.05、0.07、0.09、0.11、0.13、0.15添加改性剂，并测试改性树脂沥青的针入度、软化点、延度以及135 ℃黏度，SBS改性剂质量比与各性能的变化曲线如表2所示。

由表2可知：随着SBS改性剂与树脂沥青质量比的增加，改性树脂沥青的针入度逐渐降低，软化点不断提高，延度(5 ℃)与黏度(135 ℃)快速持续增加。当SBS与树脂沥青的质量比由0.11增加到0.15时，针入度(0.1 mm)由64降低到50,递减梯度较大。当SBS改性剂与树脂沥青的质量比由0.07增加到0.11时，改性树脂沥青的软化点迅速提高，由57.0 ℃提高到72.5 ℃，此后随着SBS改性剂与树脂沥青的质量比的增加，改性树脂沥青的软化点增长幅度变缓。当SBS改性剂与树脂沥青的质量比由0.05增加到0.15时，改性树脂沥青的延度(15 ℃)增加了60.4 cm。当SBS改性剂与树脂沥青的质量比不超过0.13时，改性树脂沥青黏度(135 ℃)不超过3 Pa·s，有较好的施工和易性；当SBS改性剂质量比增加至0.15时，黏度(135 ℃)则大于规范要求的3 Pa·s，施工难度增加。可见，加入SBS改性剂明显改善了树脂沥青的黏性、高温稳定性、低温延展性和抗老化性。

综合试验结果知，SBS改性剂与树脂沥青的最佳质量比为0.13，且满足改性树脂胶结料的技术要求，可用于排水沥青路面。

表2 改性树脂沥青的试验结果

注：RTFOT(rotated thin film oven test)为沥青旋转薄膜加热试验

3 排水式树脂沥青混合料OGFC-13的改性与性能试验

3.1 树脂改性沥青混合料OGFC-13性能试验

采用马歇尔试验进行配合比设计，当胶结料为SBS改性剂与树脂沥青的质量比为0.13的改性树脂沥青时，设计配比为m(10～15 mm碎石)∶m(5～10 mm碎石)∶m(3～5 mm碎石)∶m(机制砂)∶m(填料)=34∶51∶2∶7∶6，最佳油石质量比为0.04。通过性能试验，改性树脂沥青OGFC-13混合料的空隙率、析漏损失、稳定度均满足标准要求，但存在以下问题：1)考虑OGFC对水的敏感性，借鉴文献[15]对公路透水沥青混合料的评价标准，该树脂改性沥青OGFC-13的残留稳定度和残留强度比指标均较低。由于排水沥青路面具有大空隙率，更容易遭受水损害，因此该OGFC-13的水稳定性还有待改进提高。2)试验结果中飞散损失较大，且动稳定度较低，表明其高温抗车辙性能较差。为提高高温稳定性和水稳定性，根据树脂改性沥青的试验结果，进一步进行复合改性研究。

3.2 树脂改性沥青OGFC-13的复合改性与性能优化

有研究表明[16-20]，使用性能优良的胶结料可以显著增强排水沥青混合料各方面的性能。借鉴国内排水沥青路面经验，采用国产高黏改性剂A进行复合改性，用于提高排水沥青路面的路用性能。以改性树脂沥青作为基质沥青，在此基础上添加高黏改性剂A，与SBS树脂沥青的质量比分别为0.05、0.09，按照干拌的方式使高黏改性剂均匀分散于排水沥青混合料中，形成复合改性树脂沥青OGFC-13。对其进行性能测试，并对比分析改性树脂沥青OGFC-13的性能指标，试验结果如表3所示。

表3 复合改性树脂沥青OGFC-13试验结果

由表3可知，掺加高黏改性剂A使复合改性树脂沥青混合料OGFC-13的路用性能得到明显改善，特别是显著提高其抗水损害、抗车辙和抗飞散能力。高黏改性剂A与SBS改性树脂沥青的质量比为0.05时，复合改性树脂OGFC-13的飞散损失为16.8%，比改性树脂OGFC-13混合料降低了7.3%,满足排水沥青路面飞散试验要求；质量比为0.09时，飞散损失降低了80%，抗飞散能力大大提高。

当高黏改性剂A与SBS改性树脂沥青的质量比为0.05时，OGFC-13的动稳定度不满足技术要求，质量比为0.09时动稳定度提高了1.27倍，满足技术要求。继续增加高黏改性剂的质量比将进一步提高其抗车辙能力，但高黏改性剂增多，黏度增大，施工困难，成本增加。

与SBS改性树脂沥青OGFC-13相比，高黏改性剂A与SBS改性树脂沥青的质量比为0.05时，复合改性树脂沥青OGFC-13的残留稳定度为85%，残留强度比为82%，抗水损害能力明显提高；高黏改性剂A与SBS改性树脂沥青的质量比为0.09时，残留稳定度和残留强度比分别提高了12.9%和18.9%，表明该混合料具有优良的水稳定性。

综合试验结果分析，掺加高黏改性剂A可以明显改善复合改性树脂沥青OGFC-13的抗水损害、抗车辙和抗飞散能力，且高黏改性剂A与改性树脂沥青的质量比为0.09时材料性能最佳。