基于固有與改善性能的SBS改性劑最佳摻量確定

吳 迪

(黑龍江省泰斯特森工程檢測有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028)

1 材料設計與試驗方法

1.1 材料設計

試驗用瀝青采用遼河油田重交90#瀝青，及購買的岳化SBS改性劑。岳化SBS改性劑技術指標如表1所示。

表1 SBS改性劑的技術指標

1.2 試驗方法

進行2%SBS改性瀝青、4%SBS改性瀝青、6%SBS改性瀝青、8%SBS改性瀝青的配置。

在配置過程中，考慮可能影響改性瀝青性能的因素，經多次對比試驗分析，對拌和溫度、攪拌速率與時間的調試探究。采用線型SBS添加劑進行拌制，最終確定最佳配置方案為：拌合溫度160 ℃、高速剪切儀轉速6 500轉/分、拌合時間2 h。

2 試驗結果與分析

2.1 三大指標試驗結果

對90#基質瀝青、為2%、4%、6%、8%的SBS改性瀝青，在同等試驗條件下進行三大指標的試驗，試驗結果如表2所示。

表2 瀝青三大指標試驗數據表

由圖1可明顯觀察到在25 ℃溫度下90#瀝青、2%、4%、6%、8%摻量的SBS改性瀝青測得的針入度由較大區別。90#基質瀝青所測得的針入度最大，摻有SBS改性劑的改性瀝青隨SBS改性劑摻量的增加成拋物線趨勢，所測得的針入度試驗結果隨摻量的增加先增加后降低。5 ℃溫度下、15 ℃溫度下五種瀝青測得的針入度試驗結果波動較小。15 ℃溫度條件下不同摻量的SBS改性瀝青針入度試驗結果均優于90#基質瀝青試驗結果，但改善增幅較小。

圖1 瀝青三大指標試驗結果

對比不同SBS摻量的改性瀝青，在三種溫度條件下針入度均有所改善，對于軟化最高溫度及延度試驗時拉伸斷裂時的長度也表面隨著SBS改性劑摻量的增加逐漸增加，代表SBS改性瀝青其對應粘度、熱穩定度、塑性等性能較90#基質瀝青固有性能得到改善。

2.2 密度試驗結果

對90#基質瀝青、為2%、4%、6%、8%的SBS改性瀝青在同等條件下瀝青性能方面進行密度，收集瀝青物理性能。綜合評定測定五種瀝青的功能性。

圖2 瀝青密度試驗結果

對比90#瀝青、2%、4%、6%、8%摻量的SBS改性瀝青密度測量結果，可觀察出，隨著SBS改性劑摻量的增加瀝青的密度先降低，后隨著SBS摻量的增加密度又逐漸回升，在SBS改性劑摻量達到6%時所測得的瀝青密度最低，為變化曲線的谷底。

2.3 流變模型及粘度試驗結果分析

(1)瀝青流變學模型

在瀝青流變性的理論研究中，一般用塑性元件，彈性元件和粘性元件或串聯或并聯或串聯加并聯的方式組成相應的模型來分析不同種材料的流變學特征。通過流變學模型可以建立流變學方程，明確應變與應力、時間等之間的關系，隨之可以分析不同時間下的各種材料的變化特征。

圖3 Burgers模型

(1)

Burgers模型在其它現有的模型中應用較廣的模型，由一個Maxwell模型和一個Kelvin模型串聯形成，其本構方程如式(1)所示。根據美國的SHRP規范通過確定E1、Z1、E2、Z2四個參數，可以了解各種瀝青的粘彈性能。而經粘度試驗所測得的運動粘度及表觀粘度則可明顯的說明瀝青的粘彈特性。

(2)粘度試驗結果分析

通過運動粘度和表觀粘度試驗，確定改性瀝青粘度及其適合的拌和溫度和壓實溫度，進行改性瀝青工程施工方面的數據收集。試驗結果如表3所示。

表3 瀝青運動粘度和表觀粘度試驗數據表

由圖4可明顯觀察到，五種瀝青所測得的運動粘度呈二次方程式曲線關系，90#所測得的結果最小，同時，僅針對SBS改性瀝青而言，隨著摻量的逐漸增加，SBS改性劑的運動粘度越大，表征SBS改性劑在混合料中能與集料有較強的粘附性。

圖4 瀝青粘度試驗結果

圖4(a)可表明改性后的瀝青抗變形能力得到了大幅度的提升，同時也說明了基質瀝青的抗變形能力不如改性瀝青。從另一個角度解釋就是，經SBS改性劑改性后的瀝青的運動粘度較90#基質瀝青固有的運動粘度有較大的改善，且隨著改性劑摻量的增加，所需拌合及壓實溫度增幅較大。

2.4 動態剪切模量試驗結果

通過動態剪切模量試驗確定改性瀝青高溫方向的PG分級，進行各摻量改性瀝青適宜溫域方面的試驗。瀝青的動態剪切模量試驗結果如表4所示。

表4 瀝青動態剪切模量試驗數據

瀝青動態剪切模量作為評價改性瀝青的高溫指標，利用動態剪切模量G*和相位角來評價在試驗溫度條件下的粘性和彈性性質。由圖5b可明顯觀察到經SBS改性劑改性后的改性瀝青所測得的高溫剪切模量與90#基質瀝青所測得的動態模量相差較大。SBS改性瀝青的動態剪切模量的變化趨勢與SBS改性劑的摻量有較大聯系，隨著SBS改性劑摻量的增加，動態剪切模量成拋物線形式變化，隨著SBS改性劑摻量的增加動態模量先增加后減小。

圖5 瀝青動態剪切模量試驗結果

3 結 論

(1)經實驗測得的SBS改性劑改性后的試驗結構所表征的瀝青性能優于90#基質瀝青試驗結構所表征的瀝青性能，具體可概括為經SBS改性劑改性后的瀝青所獲得的改善性能優于瀝青固有性能的結論。

(2)SBS改性瀝青的流變性能會受到很多因素的影響，對比SBS改性瀝青的車轍因子明顯比基質瀝青的大，說明SBS瀝青比基質瀝青具備更好的抗高溫車轍能力。

(3)對比不同摻量的SBS改性瀝青各試驗結果，將實測結構與實際工程相聯系，綜合評價認為在SBS改性劑產量為4%時，SBS改性劑所得到的綜合改善性能最優。在后續的實際工程中采用4%摻量的SBS改性瀝青。