改性劑SBS對基質瀝青低溫抗裂性的影響研究

丁永燦，林 杰

(廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530023)

改性劑SBS對基質瀝青低溫抗裂性的影響研究

丁永燦，林 杰

(廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530023)

在北方地區，瀝青路面在低溫下開裂是比較常見的一種公路病害。影響瀝青路面低溫開裂的因素很多，在瀝青摻和物料里，瀝青這一膠結料為瀝青摻和物料重要的構成物料之一，其特性對瀝青摻和物料的各類技術性質具有直接的作用。文章針對目前基質瀝青在使用過程中存在的低溫抗裂性差的特點，通過試驗研究分析改性劑SBS對基質瀝青低溫抗裂性的影響。

瀝青路面；改性劑SBS；路面結構；低溫抗裂性

0 引言

在公路建設中，瀝青已被廣泛應用于路面建設中。公路瀝青路面在使用過程中，由于受到行車荷載和各種自然因素的影響，極易發生損壞。為了使瀝青路面滿足正常的使用要求，要求瀝青混合料具有一定的強度、穩定性和耐久性。在北方冬天的季節下，瀝青地面上出現開裂現象是公路的通常詬病， 路面出現不同程度的裂縫， 會使水沿著部分裂縫流淌到路面結構層中去，大大縮短了結構層的使用壽命。影響瀝青路面低溫開裂的因素很多，在瀝青摻和物料里，瀝青這一膠結料為瀝青摻和物料重要的構成物料之一，瀝青的特性對瀝青摻和物料的各類技術性質具有直接的作用。由于基質瀝青是石油冶煉過程中產生的衍生物，其性能受原油屬性制約，使用改性瀝青代替石油瀝青，可有效增加瀝青混合料的低溫抗裂性能，其中最常用的改性劑是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，本試驗研究針對目前基質瀝青在使用過程中存在的低溫抗裂性差的特點，研究分析改性劑SBS對基質瀝青低溫抗裂性的影響。

1 基質瀝青的性能指標

本試驗研究采用SK70#A石油基質瀝青。其性能見表1。

表1 石油基質瀝青常規指標試驗結果表

2 改性劑苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)性質

SBS的化學名稱為苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，它本身具有熱塑性與彈性，該試驗探究選用的改性劑SBS重要性能指標見表2。

表2 改性劑SBS主要技術性能指標表

3 改性瀝青的制備

為了對每種不同的改性瀝青作比較，本次研究選取的是加入不同量的橡膠及熱塑性彈性體的改性瀝青，它是在基質瀝青中加入了0%、2%、4%、6%、8%、10%的改性劑SBS，制備五種改性瀝青式樣。

4 改性劑SBS對基質瀝青低溫抗裂性的影響

在進行系統的實驗研究及調查取證中發現，在混合材料中，膠結料瀝青對混合材料技術性能有很大影響，是低溫抗裂性的主要影響因素。選擇適宜的試驗方法及抗裂性指標是研究瀝青路面低溫抗裂性能的重要手段，此次實驗將5 ℃延度瀝青作為探究對象，按照弗拉斯脆點常規實驗法，對未加入改性劑的瀝青原料和加入不同比例改性劑的改性瀝青低溫性能進行分析探究。

4.1 低溫延伸度

通常在外面力量的壓力下產生變形但是不改變其本身效果，但拋開外力后依然可以維持在原來形狀不變的性能是瀝青的延伸性，也稱之為其耐受塑比性變形的性能。瀝青的延性常用“延伸度”(或稱延度)表示。延度試驗是將瀝青做成8字型標準試件，按照常規需求，常使用溫度5°、10°、15°、25°，其以5cm/min的速度拉伸，而溫度較低時，則是1cm/min速度拉伸直到斷裂，此時的長度就是延度。當然數值越大，說明其塑性更好。本試驗研究是為了分析膠結料瀝青的低溫性能，以5 ℃為試驗溫度，以1cm/min為拉伸速度。基質瀝青試樣及SBS不同摻量改性瀝青式樣5 ℃延度結果見表3及圖1。

表3 瀝青試樣5 ℃延度試驗結果表

圖1 不同的 SBS摻量與改性瀝青5 ℃延度的關系示意圖

4.2 當量脆點

在溫度條件較低的情況下，通常產生瞬時荷載效應時，會產生相應的脆性破壞結果，脆點是體現瀝青低溫穩定性能的一種指標，其體現了瀝青從粘彈性體變成彈脆體時的溫度，也就是瀝青達到臨界硬度開始發生脆裂時的溫度。脆點是在一個規定的試驗方式下的條件勁度溫度，隨著試驗方法的變化，試驗的結果也會出現變化，一般使用弗拉斯脆點試驗。在瀝青脆點試驗中，剛開始時，每次不一樣的溫度是造成智能脆點儀有很大誤差的最主要的原因。運用相當數量軟化點規則，依舊能用瀝青弗拉斯脆點的針入度是1.2的假設條件，用此方程T1.2=lg1.2-K/A(A為回歸常數，K為回歸參數)算出針入度為1.2時的T。此時就可以得出智能脆點儀的值為T1.2。基質瀝青試樣及SBS不同摻量改性瀝青式樣當量脆點T1.2試驗結果如表4和圖2所示。

表4 瀝青當量弗拉斯脆點試驗結果數值表

圖2 瀝青當量弗拉斯脆點T1.2示意圖

4.3 試驗結果分析

(1)從試驗結果可以看出，基質瀝青，即SBS摻入量為0%時，瀝青式樣5 ℃延度最小，在公路施工過程中，加入適量的改性劑苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(簡稱SBS)，改性瀝青的延度也隨著變大，5 ℃延度將由之前的7.8增加到12.2～36.6；SBS摻入量為8%時的改性瀝青5 ℃延度最大(見圖1)，說明改善瀝青的低溫性能是使用橡膠及熱塑性彈性體的結果，改性瀝青中最為廣泛應用的是SBS改性瀝青。但是，SBS改性瀝青有一定的復雜性，即5 ℃延度上升到36.6的上限之后再次降到35.3，此時加入的SBS量是10%，體現出其低溫下的特性有所改觀。在改性劑SBS的常用摻入量范圍(3%～8%)內，改性瀝青5 ℃延度表現出遞增趨勢。而當改性劑SBS摻入量增加到10%時的5 ℃延度比改性劑SBS摻入量8%時相應的5 ℃延度要小，試驗結果顯示當用改性劑SBS改性SK70#基質瀝青時，5 ℃延度隨著改性劑SBS摻入量的增加出現一個峰值，峰值所對應的改性劑SBS的摻入量即為最佳摻入量，大約為8%左右。

(2)由延度與溫度的變化關系，可以得知，低溫5 ℃的延度值增加，表明改性瀝青在低溫條件下的變形能力增加。其原因有可能是在低溫條件下，改性外加劑苯乙烯類熱塑性彈性體中將聚丁二烯(CBR)轉變成玻璃樣無定形體(玻璃態)的過程的溫度非常低，在低溫情況下具有很強的變形能力，因此在低溫狀態下SBS比用于生產改性瀝青的基礎瀝青有更好的延度，對降低路面的低溫開裂有很大的幫助。

(3)從試驗結果分析得知，基質瀝青的弗拉斯脆點T1.2最高，為-16.53 ℃，T1.2隨著改性劑SBS摻入量的增加，改性瀝青的弗拉斯脆點T1.2越來越低，由原來的-16.53 ℃降低到-16.93 ℃～24.46 ℃，降低率為2.4%～47.9%。當改性劑SBS摻入量為8%時，弗拉斯脆點T1.2降低到24.44 ℃，說明改性瀝青的低溫抗裂性能愈來愈好，當改性劑SBS摻入量繼續增加，增加到10%時，弗拉斯脆點T1.2降低到24.46 ℃，此時弗拉斯脆點T1.2降低不明顯，表明改性劑增大到某一劑量后，弗拉斯脆點T1.2不再明顯降低。即低溫抗裂性在改性劑SBS摻入量達到8%之后，改性瀝青的低溫抗裂性的改善不明顯。

5 結語

瀝青路面有行車安逸、聲響小、整體平穩、沒有縫隙、經久耐磨、抖動小、作業時間短的優勢，這些優勢是水泥混凝土路面所不能達到的，而且具備了便于養護維修等優點。然而對于一般的石油瀝青而言，其原油質量通常不夠優質，因此很難實現較好的低溫抗裂效果，而在混入改性劑SBS之后，極大程度地修復了以往的缺陷，對瀝青在北方區域的普及運用大有裨益，使得瀝青路面在低溫條件下滿足正常使用要求。

[1]解建光，肖慶一，王鴻博.SBS改性瀝青性能研究與機理分析[J].東南大學學報(自然科學版)，2004(1)：96-99.

[2]王建林，王建華.SBS改性瀝青高溫穩定性的研究[J].瀝青技術，2005(8)：74-76.

[3]覃德偉.SBS改性瀝青在廣西壯族自治區高等級公路上的應用研究[D].重慶：重慶交通大學，2008.

[4]霍秋霞.PRCR改性瀝青混合料分析[J].科技傳播，2014(3)：68-69，71.

[5]王知樂.減少熱蓄積型瀝青混合料制備的試驗研究[D].南京：南京航空航天大學，2008.

Research on the Effects of SBS Modifier on Low-temperature Cracking Resistance of Base Asphalt

DING Yong-can，LIN Jie

(Guangxi Vocational and Technical College of Communications，Nanning，Guangxi，530023)

In the northern region，the asphalt pavement cracking at low temperatures is a relatively common highway disease.Low - temperatur cracking of asphalt pavement is affected by a lot of factors，and in asphalt blending materials，the asphalt as the binder is one of important components of asphalt blending materials，then its characteristics have the direct effect on various technical properties of asphalt blending materials.Ai-ming at the current characteristics of poor low-temperature cracking resistance of base asphalt during the usage，this article analyzed the impact of modifier SBS on the low-temperature crackin resistance of base asphalt through experimental study.

Asphalt pavement；Modifier SBS；Pavement structure；Low-temperature cracking resistance

廣西教育廳科研課題“礦業廢料路用性能試驗研究”(桂教科研〔200911MS329〕)

U416.216+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.06.002

1673-4874(2015)06-0005-03

2015-05-01

丁永燦，副教授，主要從事公路橋梁工程教學與施工管理研究工作；

林 杰，高級工程師，主要從事公路橋梁工程教學與施工管理研究工作。