SBR膠粉溫拌直投改性瀝青及混合料的性能試驗

顧小安 錢海濤 張 璠

瀝青混凝土路面以其眾多的優點成為當前我國高等級公路主要的路面結構形式。我國瀝青路面結構的中上面層較多采用改性瀝青，下面層采用普通瀝青，其中SBS改性瀝青由于其優良的高低溫性能得到了廣泛的應用［1］。SBR用于瀝青改性對瀝青的低溫性能有很大提升，但因高溫對其活性的影響較大，而且高溫剪切的SBR改性瀝青生產工藝也會對改性瀝青的性能產生較大影響，導致SBR改性瀝青的實際使用質量效果無法得到很好的發揮［2］。溫拌瀝青混合料技術是在瀝青混合料拌和過程中添加溫拌劑，使瀝青混合料的拌和及攤鋪溫度降低15～30℃，減少傳統熱拌瀝青混合料帶來的諸多問題［3］。利用溫拌技術在拌和樓直接投放SBR膠粉生產改性瀝青混凝土從技術角度考慮應該是可行的，可以保證SBR瀝青的性能，但需要通過試驗驗證其實際性能情況，考核其技術合理性，從而有利于促進SBR改性瀝青混凝土的工程應用。

1 SBR膠粉現投改性瀝青試驗

隨著近些年材料科學的進步，SBR膠粉的加工工藝得到改善，使得SBR膠粉的高溫穩定性和高溫性能得到很大提高，而且高速高溫剪切制備的SBS改性瀝青價格較高，這為SBR膠粉直接添加改性瀝青的應用提供了新的機遇與途徑。筆者選用山東高氏SBR膠粉和淄博橋隆SBR膠粉作為添加劑，通過室內直投的方法對鎮江殼牌70號瀝青進行改性制備SBR改性瀝青，并對不同摻加劑量SBR改性瀝青的3大指標進行測試分析，見表1。

表1 不同SBR膠粉摻量的改性瀝青3大指標變化情況

由表1可見，隨著SBR膠粉摻量的增加，2種不同SBR膠粉改性瀝青的針入度均逐漸降低，軟化點逐漸升高，低溫延度也逐漸增加，但高氏SBR膠粉的改性效果優于橋隆SBR膠粉，特別是延度指標的變化尤為明顯。

為獲取SBR改性瀝青的長期使用性能，對2種SBR膠粉改性瀝青在163℃薄膜烘箱老化后的性能指標進行了測試，見表2。

表2 不同SBR膠粉摻量的改性瀝青老化后3大指標變化情況

對照表1和表2的測試結果可知，不同SBR膠粉摻量的2種SBR膠粉改性瀝青老化后針入度、軟化點和延度的變化規律與老化前一致，且老化后的針入度較老化前略有減小，軟化點較老化前略有增長，但延度指標下降明顯，甚至達不到《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40－2004）中SBS改性瀝青I－D的要求。分析其原因，這是SBR膠粉在高溫環境下帶來的活性下降、穩定性不佳的結果［4］。因此可以考慮在SBR改性瀝青制備過程中引入溫拌技術添加溫拌劑來降低瀝青及其混合料的加熱溫度，從而提高SBR膠粉在瀝青中的穩定性和分散的均勻性，保證其使用性能。

2 SBR溫拌現投改性瀝青的性能改善

室內試驗以摻量為4%的高氏SBR改性瀝青為基礎，按照占瀝青比例3%，4%和5%的摻量加入RH溫拌劑和益路溫拌劑進行瀝青性能試驗，老化前后3大指標的測試結果見表3。

表3 不同溫拌劑摻量下SBR改性瀝青老化前后3大指標的變化情況

由表3可見，溫拌后SBR改性瀝青較溫拌前的針入度略有下降、軟化點及延度提高顯著，且老化后殘留比較高，這表明溫拌劑的加入有助于改善SBR改性瀝青的流動性，改善瀝青的性能。在經旋轉薄膜烘箱老化后，不同溫拌劑摻量SBR改性瀝青的3大指標的變化規律與老化前一致，而且相比老化前，SBR改性瀝青的針入度減小，軟化點升高，延度減小，這表明老化后的SBR改性瀝青黏度增大，韌性減小，瀝青的性能降低。摻加益路溫拌劑SBR改性瀝青的性能略優于摻加RH溫拌劑的SBR改性瀝青，而且延度指標也能滿足《規范》中SBS改性瀝青I－D的要求。

3 SBR膠粉溫拌直投改性瀝青混合料性能試驗

為全面衡量SBR膠粉溫拌直投改性的性能，還需對混合料進行測試分析，重點對其高低溫性能及穩定性進行試驗驗證。前述室內瀝青性能試驗結果證明，用高氏SBR膠粉制作的SBR改性瀝青性能優于橋隆SBR改性，因此這里考慮主要采用高氏SBR改性瀝青進行溫拌混合料的性能試驗，混合料拌和溫度降低至135～155℃。為綜合評定瀝青混合料路用性能，擬定6種方案進行對比分析，見表4。

由于瀝青混合料的耐久性依賴于瀝青與集料之間的粘結性能，雖然施工方法、交通條件、環境因素以及混合料的性質對瀝青路面性能也有影響，但水和礦料的作用是影響瀝青路面耐久性的主要因素之一［5］，因此對以上6種瀝青混合料方案進行馬歇爾試驗和浸水馬歇爾實驗性能對比，測試結果見圖1。試驗反映出，70號瀝青的穩定度和浸水穩定度均最小，在添加SBR膠粉后，其穩定度和浸水穩定度都得到大幅提高，但仍低于SBS改性瀝青混合料。方案五和方案六加入溫拌劑后，SBR改性瀝青混合料的穩定度和浸水穩定明顯增長，甚至好于SBS改性瀝青混合料。因此，SBR膠粉對提高普通瀝青混合料的水穩定性和高溫穩定性都有良好的效果，特別是采用溫拌技術后，其水穩定性和高溫穩定性能更佳。

圖1 各方案的穩定度和浸水穩定度變化情況

高溫穩定性是指瀝青混合料在高溫條件下，能夠抵抗車輛荷載的反復作用，不發生顯著永久變形，保證路面平整度的特性，是路面使用性能的重要指標之一［6］。車轍試驗是評價瀝青混合料在規定高溫溫度條件下抵抗塑性流動變形能力的方法，本試驗對6種瀝青混合料在60℃、0.7 MPa條件下的動穩定度進行測試，測試結果見圖2。

圖2 各方案車轍試驗動穩定度變化情況

從測試結果可知，各方案瀝青混合料車轍板試件的空隙率基本控制在4.0%左右，符合《規范》的要求。各方案瀝青混合料車轍試件在60℃下的變形基本在3.0～4.0 mm之間，表明AC－20型密級配瀝青混合料具有較好的抗車轍性能，而且改性瀝青的高溫穩定性明顯優于普通重交70號瀝青，其動穩定度基本達到普通重交70號瀝青的3倍左右。SBS瀝青混合料的動穩定度最大，表明其高溫穩定性最佳，而添加益路溫拌劑的高氏SBR瀝青混合料的動穩定度與其十分接近，也表現出良好的高溫穩定性。與橋隆SBR瀝青混合料的動穩定度相比，高氏SBR瀝青混合料較大，動穩定度的增幅達到15%以上，表明高氏SBR溫拌改性瀝青混合料的高溫穩定性能較好。

采用劈裂試驗和凍融劈裂試驗可評定瀝青混合料的強度及低溫抗開裂性能。對6種方案的劈裂試驗結果見表5。

表5 劈裂試驗和凍融劈裂試驗測試結果

由表5可以看出70號普通重交瀝青的劈裂強度最低，而SBS瀝青混合料與SBR改性瀝青混合料的劈裂強度相當，SBR改性瀝青混合料的劈裂強度還略優于SBS改性瀝青，這表明SBR改性瀝青混合料自身就具有良好的抗裂性，而在加入溫拌劑后，SBR瀝青混合料的劈裂強度還進一步得到增長，溫拌SBR瀝青混合料抗裂性能有改善作用。經凍融循環后，各方案瀝青混合料的劈裂強度都有一定程度的衰減，特別是70號重交瀝青的衰減尤為明顯，下降幅度達到了23%，但仍能滿足《規范》的要求。5種改性瀝青混合料劈裂強度殘留比基本在90%左右，表明改性瀝青混合料的低溫開裂性能均較好，相比普通重交瀝青具有明顯的提高，而溫拌SBR瀝青混合料的抗凍開裂能力還明顯占優。

4 結論

SBR用于瀝青改性對瀝青的低溫性能有很大提升，但因高溫對其活性影響較大，容易導致SBR膠粉的老化和離析。本文采用溫拌技術對SBR瀝青改性存在的高溫不穩定問題進行改進，并通過大量的室內試驗進行試驗驗證，得出如下結論：

（1）隨著SBR膠粉摻量的增加，SBR改性瀝青的針入度逐漸降低，軟化點逐漸升高，延度也逐漸增加。

（2）相比老化前，SBR改性瀝青老化后的延度指標下降明顯，常常低于規范改性瀝青的要求，需要采取技術措施提高性能。

（3）在降低溫度拌和后SBR改性瀝青的各項性能指標得到顯著提升，老化后的各項指標均能符合規范的要求。

（4）SBR膠粉溫拌直投改性瀝青混合料的水穩定性、高溫穩定及低溫抗裂性等較不摻加溫拌劑的SBR改性瀝青混合料均有大幅提升，與SB改性瀝青的性能相當，因此具有廣闊的工程實踐應用前景。

［1］ 嚴紹洋，秦永春，石小培，等.溫拌瀝青混合料在永武高速公路路面下面層的應用［J］.公路，2012（12）：81－84.

［2］ 周吉萍，徐春梅，毛 宇，等.SBR膠粉改性瀝青的研究［J］.石油瀝青，2008，22（4）：62－65.

［3］ 秦永春，黃頌昌，徐 劍，等.基于表面活性劑的溫拌SMA混合料性能［J］.建筑材料學報，2010，13（1）：27－29.

［4］ 張敏江，焦興華，陳 剛.SBR改性瀝青老化動力性能［J］.沈陽建筑大學學報：自然科學版，2009，25（3）：478－481.

［5］ 李 喆，張崇尚，徐 鵬.基于低溫性能的復合改性瀝青及瀝青混合料性能研究［J］.交通標準化，2011（20）：51－54.

［6］ 尹應梅，張榮輝.Evother m溫拌SBR改性瀝青高溫性能研究［J］.公路工程，2010，35（4）：39－41.