膠粉/SBS復合改性瀝青混合料性能研究

李艷霞

（山西翼達交通開發有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

國內瀝青路面在使用過程中出現了諸多不足之處。首先，國產瀝青大部分蠟含量高，溫度敏感性大，高溫穩定性與低溫抗裂性能較差。第二，交通量的增加、重載超載現象以及渠化交通，都給公路造成了不利的影響。第三，可以把瀝青視為一種黏彈性材料，其主要的組成部分為分子量較大且黏性很強的瀝青質，在高溫狀態條件下容易變軟發黏，低溫條件下容易變硬發脆，抗疲勞性能差，并且混合料長時間暴露在陽光下極易老化。

復合改性瀝青有助于綜合改善瀝青的高溫穩定性、低溫抗裂性和抗水損害性能[1]，因此近些年來復合改性瀝青的研究成為了業界研究的主要內容之一。SBS改性瀝青雖然性能優良以及在行業內得到廣泛認可與應用，但是，SBS改性瀝青同時也存在一些不足的地方，如抗老化性能不強，價格昂貴等都是現在面臨急需解決的問題。而膠粉改性的瀝青兼具著良好的高低溫性能以及抗老化能力[2]，同時又因膠粉自身所具有的彈性，會加強瀝青路上行駛車輛的舒適性，而且降低了車輛行駛時產生的噪聲；同樣，膠粉改性瀝青缺點也比較明顯，在制作膠粉改性瀝青時為提高其性能，常常需要摻入較大的膠粉數量，這將造成瀝青黏度變大，施工和易性變差，增加了現場施工的難度；此外，膠粉與瀝青的相容性較差，則膠粉改性瀝青存儲穩定性能較差[3]。由于SBS、膠粉改性瀝青存在這些不足之處，近些年來人們開始研究膠粉、SBS復合改性瀝青，楊光[4]通過試驗研究發現經過膠粉、SBS復合改性后的瀝青，其高低溫性能以及抗疲勞能力都得到了極大的提升；韋大川[5]對SBS改性瀝青路面和膠粉/SBS復合改性路面做了對比研究，發現膠粉/SBS復合改性瀝青路面的降噪性能更佳。然而，膠粉/SBS復合改性瀝青存在儲存穩定差的問題，因此需要通過試驗展開深入研究解決此問題。

1 膠粉/SBS復合改性瀝青制備及性能測試

1.1 膠粉/SBS復合改性瀝青制作

本文為確定SBS與膠粉的摻配比例和最佳的性能，試驗過程中不停變化膠粉和SBS改性劑的摻量，以及改變制備瀝青的生產工藝和加熱溫度，本文中制作瀝青的生產工藝如圖1。

1.2 瀝青常規試驗指標檢測

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ E20—2011）[5]要求，本試驗使用的瀝青為重交通90號瀝青（AH-90），對制備的未摻加膠粉的SBS改性瀝青和不同摻配比例的膠粉/SBS復合改性瀝青進行了常規試驗檢測，從路用性能角度進行了綜合性的分析，結果表明了SBS摻量為2.5%的復合改性瀝青性價比最優，其結果如表1、表2。

圖1 膠粉/SBS復合改性瀝青生產工藝

表1 SBS改性瀝青試驗指標

表2 SBS摻量為2.5%時不同膠粉摻量的性能試驗指標

從表1可以看出，SBS改性瀝青的軟化點、運動黏度伴隨改性劑的增加而提高；其中，SBS改性瀝青的軟化點在SBS摻量超過4.5%時，軟化點的增幅逐漸降低，且48 h的離析溫度差ΔT小于2.5℃，本試驗選用SBS改性劑摻量為4%的改性瀝青。

從表2來看，膠粉/SBS復合改性瀝青的性能隨膠粉摻量增加而得以改善，但是考慮到膠粉摻量過大，瀝青的黏度過高，造成瀝青的和易性較差，這將增加瀝青混合料施工過程的難度，基于此，本試驗選用2.5%SBS+20%膠粉的復合改性瀝青進行試驗。

2 確定油石比

2.1 礦料配合比

本文采用SMA-13型瀝青混合料作為試驗研究對象，嚴格按照規范要求設計配合比，最終確定的集料配合比如圖2。

圖2 礦料合成級配

2.2 最佳油石比確定

根據經驗，SBS與膠粉/SBS分別采用5.3%、5.6%、5.9%、6.2%、6.5%五種油石比成型馬歇爾試件，并且測試馬歇爾試件的體積參數和力學指標，試驗結果如表3。

由《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2017）中規定的SMA路面確定最佳油石比的方法以及SMA混合料馬歇爾試件的技術指標，從表4試驗結果數據我們可以得到SBS改性SMA-13的瀝青混合料的最佳油石比為6.0%，膠粉/SBS改性的瀝青混合料的最佳油石比為6.2%。

表3 兩種改性SMA-13瀝青混合料馬歇爾試驗結果

3 混合料性能指標試驗

3.1 高溫穩定性

按規范成型（300×300×50）mm的標準車轍板試件，在60℃、0.7 MPa的條件下進行車轍試驗，試驗中SBS改性瀝青的改性劑摻量為4.0%，SBS/膠粉的摻量分別為2.5%與20%，具體的試驗結果見表4。

表4 高溫車轍試驗結果 次/mm

由表4可以看出，SBS改性的混合料動穩定均值為4 843次/mm，而改性瀝青的高溫穩定性規范要求為大于等于3 000次/mm，說明SBS改性后瀝青混合料具有良好的高溫穩定性性能；而膠粉/SBS改性的SMA-13瀝青混合料的動穩定值均在5 000次/mm以上，均值為6 014次/mm，與SBS改性的SMA-13瀝青混合料相比，膠粉/SBS改性的混凝土的動穩定值增加的幅度達到了24.2%,這就表明膠粉與SBS復合改性可以增強瀝青混合料的高溫穩定性。

3.2 低溫抗裂性

小梁彎曲試驗是檢驗瀝青混合料低溫性能的重要試驗。本試驗采用小梁彎曲試驗對瀝青混合料的低溫性能進行評價。小梁試件是由車轍板試件經過切割而成，其尺寸為（250×30×35）mm的長方形柱體，試驗溫度為-10℃，加載速度為50 min/mm試驗結果見表5。

表5 小梁彎曲試驗結果

從表5可知，相比于SBS改性瀝青混合料，膠粉與SBS復合改性的瀝青混合料的抗彎拉強度和彎拉應變都有較大的提高，同時混合料的勁度模量則呈現下降趨勢。SBS改性混合料與膠粉/SBS復合改性的混合料的勁度模量分別為3 928.5 MPa和3 149.9 MPa，瀝青混合料的低溫性能與勁度模量成反比，即模量越大，低溫性能越差；反之，則越好。膠粉/SBS復合改性的瀝青混合料的彎拉應變為SBS改性的瀝青混合料的1.34倍，表明復摻膠粉/SBS提高瀝青混合料的低溫抗裂性能。這是因為橡膠粉在混合料中起到了加筋的作用，且膠粉具有較好的彈性，摻入到混合料中提高其韌性，從而使瀝青混合料的抗彎拉強度得到加強；因此，膠粉/SBS復合改性瀝青混合料低溫性能優于SBS改性瀝青混合料。

3.3 水穩定性試驗

本試驗中，對兩種改性后的SMA-13瀝青混合料進行浸水馬歇爾試驗，浸水馬歇爾試驗結果如表6。

表6 浸水馬歇爾試驗結果

從表6來看，復摻膠粉與SBS改性的瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留度均比SBS改性的瀝青混合料的高，平均值差值為2.8%，這說明膠粉/SBS復合改性瀝青混合料的抗水損害能力相對SBS改性混合料有所提高，其殘留穩定度遠大于規范要求（大于等于85%）。這是因為膠粉與SBS性能的網狀結構加強了瀝青混合料的整體性能，則混合料的水穩定性能也隨之增強。

4 結語

a）本文通過改變SBS改性劑劑量、同時改變SBS改性劑與膠粉的劑量，SBS改性劑一定，改變膠粉劑量，最終確定較為合理的改性劑摻量，即單摻SBS改性劑為4.0%，膠粉與SBS復摻為2.5%SBS+20%膠粉。

b）SBS改性的瀝青混合料的動穩定均值為4 843次/mm，膠粉/SBS復合改性的瀝青混合料的動穩定均值為6 014次/mm，增幅為24.2%，表明膠粉/SBS復合改性對瀝青混合料的高溫性能的提高要優于SBS。

c）膠粉/SBS復合改性的瀝青混合料的水穩定性能改善效果不明顯，增幅僅為3.2%，但其性能遠大于規范要求。

d）SBS改性的混合料與膠粉/SBS復合改性的混合料的勁度模量分別為3 928.5 MPa和3 149.9 MPa，低溫性能與勁度模量成反比關系，所以，膠粉/SBS復合改性的瀝青混合料低溫性能優于SBS改性的瀝青混合料。