SBS 改性劑對瀝青混合料高溫穩定性的影響

馬曉紅

(蘭州市房地產經營公司，甘肅蘭州 730030)

在夏季高溫季節，普通瀝青路面在行車荷載作用下容易產生車轍。車轍不僅縮短了瀝青路面的使用壽命而且降低了瀝青路面的服務質量，給國民經濟帶來較大損失。根據近年來的研究結果表明:夏季氣溫在高于25℃ ～30℃時，瀝青路面的路表溫度可以達到50℃ ～60℃以上，已經達到或超過瀝青的軟化點溫度［1］。美國的西部環道試驗表明:瀝青含量過多或者路面壓實度不夠，是造成車轍發生的主要因素。SBS改性瀝青路面可以減少車轍、推移、壅包等永久性變形，摻加SBS改性劑的瀝青混合料其動穩定度一般會比普通瀝青混合料的動穩定度高3倍左右，并且路面抗車轍變形最高溫度可以提高約13℃［2-4］。然而，目前還缺少足夠的試驗與理論系統地分析不同的SBS摻量對提高瀝青混合料路用性能的影響。車轍試驗方法比較簡單，試驗結果直觀，而且與實際瀝青路面的車轍相關性較好，在瀝青混合料高溫穩定性分析方面得到了廣泛應用［5］。

本文以AC-16的3種級配為研究對象，采用車轍試驗分析儀研究不同級配和SBS改性劑摻量條件下瀝青混合料高溫穩定性能，為SBS改性瀝青混合料配合比設計與高溫抗車轍性能研究提供理論指導。

1 材料性質與試驗方法

1.1 SBS改性瀝青

本研究采用的基質瀝青是克拉瑪依瀝青AH-70，SBS改性劑采用燕山石化生產的熱塑性丁苯橡膠。改性瀝青制作采用濕法工藝，即在170℃左右，用高速剪切機以1000 r/min轉速將瀝青與SBS改性劑攪拌10 min，摻量為5%SBS改性瀝青常規指標的實測結果見表1。

表1 SBS改性瀝青測定指標

1.2 集料與級配

粗細集料是采用蘭州安寧采石場砂巖，礦粉為石灰巖磨細而成，集料各項性能指標符合JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規范的要求。實驗采用AC-16的上限、中值、下限，其級配組成和馬歇爾實驗結果分別見表2和表3。

表2 AC-16混合料級配組成

表3 AC-16混合料馬歇爾實驗結果

1.3 車轍試驗

根據上述馬歇爾實驗結果，確定試件的最佳油石比見表4。采用輪碾實驗成型300 mm×300 mm×50 mm的車轍板試件，控制輪碾壓力為9 kN，碾壓次數為24次(12個往返)，碾壓溫度控制在155℃～160℃。瀝青混合料SBS含量(SBS與集料的質量比)變化范圍為0%～8%，車轍實驗控制溫度分別為60℃，65℃和70 ℃(±0.5 ℃)，車輪壓力控制在0.7 MPa±0.05 MPa，車轍實驗過程中測定動穩定度DS和車轍深度RD。影響SBS改性瀝青混合料高溫穩定性的因素包括基質瀝青的品質、改性劑的來源和摻量、級配形式、油石質量比等。如果實驗分析多因素的綜合影響，一方面室內實驗的工作量很大，另一方面由于各因素之間存在著交叉影響，會導致實驗結果難以準確分析，故本研究僅采用車轍實驗分析了級配類型、SBS含量以及溫度對瀝青混合料動穩定度和車轍深度的影響。

表4 不同摻量SBS的瀝青混合料最佳油石比 %

2 實驗結果分析與討論

2.1 級配類型對DS和RD的影響

在車轍實驗中，將車轍實驗溫度控制在60℃，AC-16三種級配摻有5%SBS改性瀝青的瀝青混合料的DS和RD實驗結果見表5。由于各種瀝青混合料采用的最佳瀝青用量不同(見表4)，可以看到AC-16三種級配瀝青混合料的DS從大到小排序為:AC-16下限＞AC-16中值＞AC-16上限，RD則出現相反順序，這表明在相同的實驗條件下，較粗級配的瀝青混合料高溫抗變形能力優于較細級配的瀝青混合料。根據前人的研究成果［6］表明，瀝青混合料中60%的高溫抗變形能力是由礦料間的嵌擠力與咬合力提供的，瀝青膠結材料只能提供約40%的抗變形能力，說明適當增加粗礦料有利于瀝青混合料高溫穩定性。

表5 混合料級配對高溫穩定性的影響

2.2 SBS含量對DS和RD的影響

在SBS含量影響的分析中，級配選擇AC-16下限，選取6組不同的SBS含量，其中1組試件不添加SBS，60℃條件下AC-16下限瀝青混合料車轍實驗結果見圖1。從圖1可以看出，瀝青混合料摻加了SBS后，其高溫穩定性明顯高于未摻加SBS改性劑的瀝青混合料;當SBS含量超過7%，瀝青混合料的DS會呈現下降趨勢，并且當SBS含量超過5%，瀝青混合料的RD會呈現明顯的增加趨勢。考慮到SBS是一種高分子聚合物材料，適當的添加SBS可以增加瀝青混合料抗變形能力和混合料彈性恢復能力，但是當SBS含量繼續增加，瀝青混合料的粘度過大，拌和均勻性和壓實特性會受到影響，因此，綜合考慮經濟性和材料加工的工藝條件，建議瀝青混合料設計中最佳SBS含量控制在5%～6%。

圖1 DS和RD與SBS含量的變化關系

2.3 溫度對DS和RD的影響

瀝青混合料是一種對溫度敏感的粘—彈—塑性材料，其高溫抗變形能力受溫度的影響較大。本研究以AC-16中值級配為研究對象，分析溫度分別在60℃，65℃和70℃的5%SBS含量的DS和RD變化(見表6)。由表6可見，當溫度超過70℃之后，瀝青混合料的DS迅速減小，RD則明顯地增加，這是因為此溫度已經超過SBS改性瀝青的軟化點66℃(見表1)，礦料骨料與瀝青膠結劑之間的粘結力會急劇下降。因此，SBS改性瀝青的軟化點可以作為評價瀝青混合料高溫穩定性的主要評價指標之一。

表6 溫度對瀝青混合料高溫穩定性的影響

3 結語

本文采用不同集料、溫度和SBS含量的瀝青混合料進行車轍實驗，可以得到以下結論:

1)普通瀝青混合料中添加SBS可以有效提高瀝青混合料的高溫抗車轍能力，相同級配類型情況下，礦料中適當增加粗集料的用量，更有利于提高瀝青混合料的高溫抗變形能力;

2)在瀝青混合料拌和過程中，應充分考慮材料特性與拌和工藝控制條件，建議SBS最佳摻量應控制在5%～6%之間;

3)SBS改性瀝青混合料高溫抗車轍變形能力與SBS改性瀝青的軟化點有密切關系，因此，可以將SBS改性瀝青的軟化點作為評價改性瀝青混合料高溫抗車轍變形能力評價指標之一。

［1］沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能研究［M］.北京：人民交通出版社，2001：263-264.

［2］岳學軍，黃曉明.瀝青混合料高溫穩定性評價指標的試驗研究［J］.公路交通科技，2006，3(10)：37-40.

［3］岳貞菊.SEAM改性瀝青的化學改性機理研究［D］.重慶：重慶交通大學，2008.

［4］王小妹，熊 偉，劉惠興.SBS改性道路瀝青的研究［J］.橡膠工業，2000，47(6)：353-355.

［5］徐世法，季 節，羅曉輝，等.瀝青混合料的“軟化點”與抗車轍能力關系分析［J］.公路，2006(5)：176-178.

［6］T.S.Shuler，D.L.Hanson，R.G.Mckeen.Design and Construction of Asphalt Concrete Using Polymer Modified Asphalt Binders［R］.Polymer Modified Asphalt Binders，ASTMSTP1108，ASTM，W.Conshohocken，PA，1992：97-128.