基于固有与改善性能的SBS改性剂最佳掺量确定

2020-08-02吴迪

黑龙江交通科技 2020年7期

关键词：针入度改性剂基质

吴迪

(黑龙江省泰斯特森工程检测有限公司，黑龙江哈尔滨 150028)

1 材料设计与试验方法

1.1 材料设计

试验用沥青采用辽河油田重交90#沥青，及购买的岳化SBS改性剂。岳化SBS改性剂技术指标如表1所示。

表1 SBS改性剂的技术指标

1.2 试验方法

进行2%SBS改性沥青、4%SBS改性沥青、6%SBS改性沥青、8%SBS改性沥青的配置。

在配置过程中，考虑可能影响改性沥青性能的因素，经多次对比试验分析，对拌和温度、搅拌速率与时间的调试探究。采用线型SBS添加剂进行拌制，最终确定最佳配置方案为：拌合温度160 ℃、高速剪切仪转速6 500转/分、拌合时间2 h。

2 试验结果与分析

2.1 三大指标试验结果

对90#基质沥青、为2%、4%、6%、8%的SBS改性沥青，在同等试验条件下进行三大指标的试验，试验结果如表2所示。

表2 沥青三大指标试验数据表

由图1可明显观察到在25 ℃温度下90#沥青、2%、4%、6%、8%掺量的SBS改性沥青测得的针入度由较大区别。90#基质沥青所测得的针入度最大，掺有SBS改性剂的改性沥青随SBS改性剂掺量的增加成抛物线趋势，所测得的针入度试验结果随掺量的增加先增加后降低。5 ℃温度下、15 ℃温度下五种沥青测得的针入度试验结果波动较小。15 ℃温度条件下不同掺量的SBS改性沥青针入度试验结果均优于90#基质沥青试验结果，但改善增幅较小。

图1 沥青三大指标试验结果

对比不同SBS掺量的改性沥青，在三种温度条件下针入度均有所改善，对于软化最高温度及延度试验时拉伸断裂时的长度也表面随着SBS改性剂掺量的增加逐渐增加，代表SBS改性沥青其对应粘度、热稳定度、塑性等性能较90#基质沥青固有性能得到改善。

2.2 密度试验结果

对90#基质沥青、为2%、4%、6%、8%的SBS改性沥青在同等条件下沥青性能方面进行密度，收集沥青物理性能。综合评定测定五种沥青的功能性。

图2 沥青密度试验结果

对比90#沥青、2%、4%、6%、8%掺量的SBS改性沥青密度测量结果，可观察出，随着SBS改性剂掺量的增加沥青的密度先降低，后随着SBS掺量的增加密度又逐渐回升，在SBS改性剂掺量达到6%时所测得的沥青密度最低，为变化曲线的谷底。

2.3 流变模型及粘度试验结果分析

(1)沥青流变学模型

在沥青流变性的理论研究中，一般用塑性元件，弹性元件和粘性元件或串联或并联或串联加并联的方式组成相应的模型来分析不同种材料的流变学特征。通过流变学模型可以建立流变学方程，明确应变与应力、时间等之间的关系，随之可以分析不同时间下的各种材料的变化特征。

图3 Burgers模型

(1)

Burgers模型在其它现有的模型中应用较广的模型，由一个Maxwell模型和一个Kelvin模型串联形成，其本构方程如式(1)所示。根据美国的SHRP规范通过确定E1、Z1、E2、Z2四个参数，可以了解各种沥青的粘弹性能。而经粘度试验所测得的运动粘度及表观粘度则可明显的说明沥青的粘弹特性。

(2)粘度试验结果分析

通过运动粘度和表观粘度试验，确定改性沥青粘度及其适合的拌和温度和压实温度，进行改性沥青工程施工方面的数据收集。试验结果如表3所示。

表3 沥青运动粘度和表观粘度试验数据表

由图4可明显观察到，五种沥青所测得的运动粘度呈二次方程式曲线关系，90#所测得的结果最小，同时，仅针对SBS改性沥青而言，随着掺量的逐渐增加，SBS改性剂的运动粘度越大，表征SBS改性剂在混合料中能与集料有较强的粘附性。

图4 沥青粘度试验结果

图4(a)可表明改性后的沥青抗变形能力得到了大幅度的提升，同时也说明了基质沥青的抗变形能力不如改性沥青。从另一个角度解释就是，经SBS改性剂改性后的沥青的运动粘度较90#基质沥青固有的运动粘度有较大的改善，且随着改性剂掺量的增加，所需拌合及压实温度增幅较大。

2.4 动态剪切模量试验结果

通过动态剪切模量试验确定改性沥青高温方向的PG分级，进行各掺量改性沥青适宜温域方面的试验。沥青的动态剪切模量试验结果如表4所示。

表4 沥青动态剪切模量试验数据

沥青动态剪切模量作为评价改性沥青的高温指标，利用动态剪切模量G*和相位角来评价在试验温度条件下的粘性和弹性性质。由图5b可明显观察到经SBS改性剂改性后的改性沥青所测得的高温剪切模量与90#基质沥青所测得的动态模量相差较大。SBS改性沥青的动态剪切模量的变化趋势与SBS改性剂的掺量有较大联系，随着SBS改性剂掺量的增加，动态剪切模量成抛物线形式变化，随着SBS改性剂掺量的增加动态模量先增加后减小。