环氧沥青和SBS改性沥青混合料的路用性能研究

摘 要：对比分析了环氧沥青混合料试件（A）和SBS改性沥青混合料试件（B）的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和水稳定性，并进行了动态模量的测试。结果表明，试件（A）的动稳定度要明显小于试件（B），但是都满足高温抗车撤试验的动稳定度要求（≥3 000次/min），试件（B）的动稳定度相较试件（A）约提高50.44%。试件（A）的硬脆程度较试件（B）更高，低温抗裂性能要低于试件（B），但是2组试件的低温抗裂性都满足规范要求。试件（A）和试件（B）的TSR都满足沥青混合料试件对TSR的要求（≥80%），且前者具有更好的水稳定性。无论是试件（A）还是试件（B），其动态模量都会随着温度升高而呈现逐渐降低的趋势，但在相同温度和频率下，前者的动态模量都要高于后者。

关键词：环氧沥青；SBS；动态模量；路用性能

中图分类号：TQ323.5;U414

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2024）03-0093-04

Study on pavement performance of epoxy asphalt and SBS modified asphalt mixture

LIU Yanzhao

（Beijing Urban Construction Road and Bridge Construction Group Co.，Ltd.，Beijing 250000，China

）

Abstract：The high temperature rutting resistance，low temperature cracking resistance and water stability of epoxy asphalt mixture（A）and SBS modified asphalt mixture（B）were compared and analyzed，and the dynamic modulus was tested.The results showed that the dynamic stability of the epoxy asphalt mixture was significantly lower than that of the SBS modified asphalt mixture，but both of them met the dynamic stability requirements of the high temperature anti withdrawal test （≥3 000）.The dynamic stability of the SBS modified asphalt mixture （B） was about 50.44% higher than that of the epoxy asphalt mixture （A）.The hardness and brittleness of epoxy asphalt mixture was higher than that of SBS modified asphalt mixture，the low temperature crack resistance was lower than that of SBS modified asphalt mixture，but the low temperature crack resistance of both groups of specimens met the requirements of the specification.The TSR of both epoxy asphalt mixture and SBS modified asphalt mixture met the requirements of TSR （≥80%），and the former had better water stability.The dynamic modulus of both specimen （A） and specimen （B） decreased gradually with the increase of temperature，but the dynamic modulus of the former was higher than that of the latter at the same temperature and frequency

Key words：epoxy asphalt;SBS;dynamic modulus;pavement performance

环氧沥青是一种由环氧树脂、固化剂与基质沥青经复杂的化学改性所得的混合物，由于其延展性和收缩性与钢材相似，实际应用在路面中可与钢板发生协同作用而较少发生失效事故，具有强度高、耐蚀性好以及抗疲劳性能优越等特性［1］。但是由于其造价较高，实际应用在路面工程中的成本较高，一定程度上限制了其大规模应用［2］。在现代化高速公路、重载交通道路等对价格低廉、性能优异的沥青材料需求的前提下，以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中形成的SBS改性沥青混合料具有较好的应用前景［3］，然而，环氧沥青混合料和SBS改性沥青混合料在应用过程中的路用性能差异却不清楚［4-5］。研究对比分析了二者的高温抗车辙性能、低温抗裂性能、水稳定性和动态模量等，结果有助于沥青混合料在路面工程中更广泛的应用以及提升路用工程質量。

1 试件制备与测试表征

以E-03型双酚A型环氧树脂、A级90#沥青、SF-H-30型（改性）酚醛胺环氧固化剂和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）为原料，制备环氧沥青混合料和SBS改性沥青混合料。其中，环氧树脂的物性参数为：25 ℃黏度为130 cp、环氧当量188 g/mol、含水量0.03%、闪点352 ℃、相对密度1.16 g/cm3，；90#沥青的物性参数为：25 ℃针入度8.8 mm、10 ℃延度49 cm、溶解度99.74%、闪点342 ℃、软化点46 ℃；SBS的物性参数为：25 ℃针入度6.6 mm、5 ℃延度39 cm、溶解度100%、闪点238 ℃、软化点91 ℃。环氧沥青混合料的最佳级配为：10～15 mm矿料占比为25%、5～10 mm矿料占比为31%、3～5 mm矿料占比为55%、0～3 mm矿料占比为25%、矿粉占比为4%。根据JTGE 20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》标准制备车辙板试件［6］，试件尺寸为300 mm×300 mm×50 mm，制备好的环氧沥青混合料和SBS改性沥青混合料放入148 ℃鼓风烘箱中处理3 h后，再转入58 ℃烘箱中进行4 d的处理，并在室温下静置1 d，得到环氧沥青混合料试件（A）和SBS改性沥青混合料试件（B）［7］。

为了研究环氧沥青混合料和SBS改性沥青混合料的高温稳定性，采用高温抗车辙试验进行评定，试验过程中选用橡胶实心轮胎为试验轮（外径180 mm、轮宽46 mm、轮压和温度分别为0.68 MPa和60 ℃），车辙试验的行程为230 mm、往复碾压速度为38次/min。试验过程中记录橡胶轮在车辙板上行走深度为1 mm处所需要的次数作为评定动稳定度的指标［8］。试验开始前，需要将制备好的环氧沥青混合料和SBS改性沥青混合料试件置于60 ℃恒温室中进行6 h的静置，然后再进行高温稳定性试验，最终混合料的动稳定度（DS）的测试结果取3组试件的平均值，可以采用式（1）进行计算［9］：

DS=（t2-t1）×Nd2-d1×C1×C2

（1）

式中：t2、t1分别为变形量为d2、d1时对应的时间；N为往复碾压速度，次/min；C1、C2分别为仪器类型系数和试件系数。

根据JTGE 20—2011规程将车撤板切割成长×宽×高=350 mm×30 mm×350 mm的小梁并进行低温抗裂性能测试，跨径设置为200 mm，在低温（-10 ℃）条件下进行加载速度为40 mm/min的单点弯曲试验，并记录小梁试件在破坏时的抗弯强度（RB）、破坏弯拉应变（εB），进而求得弯曲劲度模量（SB=RB/εB）［10］。

根据沥青混合料水损害的测试方法 AASHTO 标准（T 283—03）制备Φ150 mm、高95 mm的圆柱形试件进行劈裂抗拉强度测试。其中，非条件和条件下的试件的测试方法不同，前者为常规下测试，而后者需要将试件进行真空饱水处理，然后置-20 ℃冷冻16 h，并转入60 ℃水浴箱中静置24 h，结束后再置于室温水浴箱中保温120 min，并测试此时的劈裂抗拉强度（St），计算公式［11］：

St=2 000×Pπ×t×D

（2）

TSR=S2S1

（3）

式中：P为荷载（N）；T和D分别为试件高度（mm）和直径（mm）；TSR为劈裂抗拉强度比，%；S1和S2分别为非条件和条件下的劈裂抗拉强度，MPa。

采用MTS-810型万能试验机对沥青混合料试件进行动态模量变化试验［12］，温度设定在4.4～54 ℃，频率设定在0.5～25 Hz。

2 试验结果与分析

表1为环氧沥青混合料试件（A）和SBS改性沥青混合料试件（B）的高温抗车辙试验结果。

由表1可知，试件A的3次高温抗车撤试验的动稳定度分别为3 258、3 457和3 527次/mm，平均值为3 420次/mm；试件B的3次高温抗车撤试验的动稳定度分别为4 898、5 214和5 325次/mm，平均值为5 145次/mm。可见，环氧沥青混合料试件（A）的动稳定度要明显小于SBS改性沥青混合料试件（B），但是都满足高温抗车撤试验的动稳定度要求（≥3 000次/min），SBS改性沥青混合料试件（B）的动稳定度相较环氧沥青混合料试件（A）约提高50.44%。此外，试件（A）和试件（B）的变异系数分别为3.3%和3.4%，且都满足抗车辙试验大于等于20%的要求。

表2为环氧沥青混合料试件（A）和SBS改性沥青混合料试件（B）的低温抗裂性能试验结果。

由表2可知，试件（A）的RB、εB和SB分别为15.80 MPa、3 459×10-6和4 568 MPa；试件（B）的RB、εB和SB分别为13.93 MPa、3 784×10-6和3 681 MPa；对比分析可知，经过SBS改性的试件（B）的RB和SB要小于试件（A），而εB要大于后者，且都满足沥青混合料试件对εB的要求（>2 500）。其中，SB表示沥青混合料试件在低温下的硬脆程度，εB表示沥青混合料的低温抗裂性，由此可见，试件（A）的硬脆程度较试件（B）更高，但是低温抗裂性能要低于试件（B）；然而2组试件的低温抗裂性都满足规范要求，这主要是因为环氧树脂沥青混合料中有三维立体网状结构的环氧树脂限制沥青的流动，且环氧树脂沥青中的空隙等缺陷较少［15-18］，从而使其具有较高的硬脆性，而经过SBS改性的试件（B）中主要以黏性沥青为主，在低温抗裂性能试验过程中由于具有较好的变形能力而使其具有较好的低温抗裂性。

表3为环氧沥青混合料试件（A）和SBS改性沥青混合料试件（B）的水稳定性试验结果。

由表3可知，试件（A）的S1、S2和TSR分别为0.534、0.632  MPa和84.49%；试件（B）的S1、S2和TSR分别为0.496、0.597 MPa和83.08%；对比分析可知，经过SBS改性的試件S1、S2和TSR要小于试件（A），且试件（A）和试件（B）的TSR都满足沥青混合料试件对TSR的要求（≥80%）。其中，TSR越大则表示沥青混合料试件抵抗水损害的能力越高，即具有相对更好的水稳定性。由此可见，试件（A）相较试件（B）具有更好的水稳定性，这主要是因为环氧沥青试件的内部结构更加致密，孔隙率相对更小，在进行水稳定性测试过程中，水相对更难进入沥青与集料界面的缘故［19-20］。

图1为沥青混合料试件的动态模量随温度的变化曲线，频率分别为5、10 Hz。

由图1可知，无论是环氧沥青混合料试件（A）还是SBS改性沥青混合料试件（B），其动态模量都会随着温度升高而呈现逐渐降低的趋势，但是在相同温度和频率下，试件（A）的动态模量都要高于试件（B）；对于相同的沥青混合料试件，在相同温度下，频率的升高也会增加试件的动态模量。对于试件（A），在温度不断升高的过程中，内部环氧树脂的粘附性会不断降低并减小其弹性模量，而经过SBS改性的试件（B）的动态模量随温度升高的变化趋势虽然和试件（A）一致，但是其相同温度下的动态模量更小。

3 结语

（1）环氧沥青混合料试件（A）的动稳定度要明显小于SBS改性沥青混合料试件（B），但是都满足高温抗车撤试验的动稳定度要求（≥3 000次/min），SBS改性沥青混合料试件（B）的动稳定度相较环氧沥青混合料试件（A）约提高50.44%；

（2）经过SBS改性的试件（B）的RB和SB要小于试件（A），而εB要大于后者，且都满足沥青混合料试件对εB的要求（>2 500）；

（3）经过SBS改性的试件（B）S1、S2和TSR要小于试件（A），且试件（A）和试件（B）的TSR都满足沥青混合料试件对TSR的要求（≥80%）；

（4）无论是环氧沥青混合料试件（A）还是SBS改性沥青混合料试件（B），其动态模量都会随着温度升高而呈现逐渐降低的趋势，但是在相同温度和频率下，试件（A）的动态模量都要高于试件（B）。

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收稿日期：2023-10-12；修回日期：2024-01-14

作者简介：刘彦召（1989-），男，工程师，研究方向：建筑工程等;E-mail：liuyanzhao525@163.com。

引文格式：劉彦召.环氧沥青和SBS改性沥青混合料的路用性能研究［J］.粘接，2023，51（3）：93-95.