發(fā)泡類(lèi)溫拌劑對(duì)SBS改性瀝青性能的影響

李永振，梁皓，王鴿，王光勇，樊亮

(1．山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250102；2.山東公路技師學(xué)院，山東 濟(jì)南 250104)

由于公路工程項(xiàng)目工期的要求，許多施工單位在冬季仍會(huì)攤鋪瀝青路面，而溫度較低時(shí)熱拌瀝青混合料很難被壓實(shí)。北方冬季冷空氣的到來(lái)增加了霧霾天氣，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視，節(jié)能減排觀念越來(lái)越強(qiáng)，溫拌瀝青混合料技術(shù)得到不斷發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)瀝青溫拌技術(shù)，常規(guī)做法是在低于普通熱拌瀝青混合料拌和溫度下降低瀝青粘度，以在較低溫度下拌制瀝青混合料。根據(jù)作用機(jī)理，溫拌劑可分發(fā)泡類(lèi)、有機(jī)降粘類(lèi)、表面活性類(lèi)3種。該文選用發(fā)泡類(lèi)溫拌劑，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)加入SBS改性瀝青中，從瀝青三大指標(biāo)、粘度、老化性能、流變指標(biāo)等方面研究發(fā)泡類(lèi)溫拌劑對(duì)SBS改性瀝青性能的影響。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

采用SBS(I-D)改性瀝青，其檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 SBS改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)

1.2 試樣制備

將SBS改性瀝青放置在155 ℃烘箱中，加熱至自由流淌狀態(tài)；選用發(fā)泡類(lèi)溫拌劑，分別以0、5%、6%、7%的摻量加入瀝青中，以3 000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30 min，制得溫拌瀝青。

1.3 試驗(yàn)方法

按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》，檢測(cè)瀝青三大指標(biāo)、135 ℃粘度及短期老化(TFOT)試驗(yàn)后指標(biāo)。

流變?cè)囼?yàn)采用美國(guó)TA公司生產(chǎn)的AR-2000ex動(dòng)態(tài)剪切流變儀，溫度為60 ℃，選用直徑25 mm平板，試驗(yàn)厚度1 mm，采用100 Pa應(yīng)力，轉(zhuǎn)速10 rad/s。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)

針入度、軟化點(diǎn)、延度分別表征瀝青膠結(jié)料的稠度、高溫性能和低溫性能，延度越大，塑性變形越大，瀝青膠結(jié)料的低溫變形能力越好。摻加發(fā)泡類(lèi)溫拌劑的瀝青的常規(guī)指標(biāo)見(jiàn)圖1。

圖1 發(fā)泡類(lèi)溫拌劑與瀝青三大性能指標(biāo)的關(guān)系

由圖1可知：發(fā)泡類(lèi)溫拌劑摻量增加，瀝青的針入度降低，軟化點(diǎn)逐漸增加，延度逐漸減小。說(shuō)明加入發(fā)泡類(lèi)溫拌劑后，瀝青的稠度增加，高溫性能增強(qiáng)，低溫變形性能降低。

2.2 粘度

檢測(cè)摻加發(fā)泡類(lèi)溫拌劑的瀝青的粘度，溫度為135、150、175 ℃，轉(zhuǎn)速為20 r/min，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 發(fā)泡類(lèi)溫拌劑與瀝青粘度的關(guān)系

由圖2可知：發(fā)泡型溫拌劑摻量增加，瀝青的粘度增大。摻量達(dá)到5%時(shí)，135 ℃粘度增加0.03 Pa·s，150 ℃粘度增加0.03 Pa·s，175 ℃粘度增加0.02 Pa·s。加入發(fā)泡類(lèi)溫拌劑后，瀝青粘度增大幅度很小，說(shuō)明其對(duì)瀝青粘度的影響不大。

2.3 老化性能

為研究發(fā)泡類(lèi)溫拌劑對(duì)瀝青抗老化性能的影響，對(duì)瀝青進(jìn)行短期老化試驗(yàn)，測(cè)試?yán)匣昂筌浕c(diǎn)和135 ℃粘度。采用軟化點(diǎn)增值SP增和粘度老化指數(shù)V老化反映加入溫拌劑后瀝青的抗老化能力，計(jì)算公式見(jiàn)式(1)、式(2)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4。

SP增=SP后-SP前

(1)

(2)

式中：SP后為老化后瀝青軟化點(diǎn)；SP前為老化前瀝青軟化點(diǎn)；V后為老化后瀝青粘度；V前為老化前瀝青粘度。

圖3 發(fā)泡類(lèi)溫拌劑與瀝青軟化點(diǎn)增值的關(guān)系

圖4 發(fā)泡類(lèi)溫拌劑與瀝青粘度老化指數(shù)的關(guān)系

由圖3可知：未摻加發(fā)泡類(lèi)溫拌劑時(shí)，瀝青的軟化點(diǎn)增值為2.3 ℃；摻量為1%時(shí)，軟化點(diǎn)增值為2.1 ℃；摻量增加至6%時(shí)，軟化點(diǎn)增值為1.2 ℃。說(shuō)明隨著溫拌劑摻量的增加，短期老化后瀝青的軟化點(diǎn)增值逐漸減小。

由圖4可知：隨著溫拌劑摻量的增加，瀝青的粘度老化指數(shù)逐漸減小，反映出與軟化點(diǎn)增值相同的規(guī)律，即瀝青的熱老化速率減小。說(shuō)明發(fā)泡類(lèi)溫拌劑加入后，瀝青的抗熱氧老化能力增強(qiáng)。

2.4 流變指標(biāo)

復(fù)數(shù)模量表征瀝青試樣在外力作用下抵抗變形的能力，復(fù)數(shù)模量越大，瀝青抵抗變形的能力越強(qiáng)；相位角表征瀝青材料在剪切荷載作用下應(yīng)變滯后于應(yīng)力的時(shí)間或相位，相位角越小，瀝青彈性恢復(fù)性能越好。由于瀝青材料受到復(fù)數(shù)模量和相位角的影響，美國(guó)SHRP規(guī)范采用車(chē)轍因子G*/sinδ作為瀝青抗高溫車(chē)轍能力的性能指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 發(fā)泡類(lèi)溫拌劑與瀝青復(fù)數(shù)模量及相位角的關(guān)系

圖6 發(fā)泡類(lèi)溫拌劑與瀝青車(chē)轍因子的關(guān)系

由圖5可知：1) 發(fā)泡類(lèi)溫拌劑摻量增加，瀝青的復(fù)數(shù)模量增大，摻量為6%時(shí)達(dá)到最大，摻量再增加，復(fù)數(shù)模量開(kāi)始減小。說(shuō)明加入發(fā)泡類(lèi)溫拌劑后，瀝青的抗變形能力、高溫抗車(chē)轍能力增強(qiáng)，但存在最佳摻量。2) 發(fā)泡類(lèi)溫拌劑摻量增加，瀝青的相位角先減小后增大，但未改變相位角減小的趨勢(shì)。說(shuō)明加入發(fā)泡類(lèi)溫拌劑后，瀝青中的儲(chǔ)能模量增加，損失模量減小，彈性性能增強(qiáng)，高溫性能改善。

由圖6可知：加入發(fā)泡類(lèi)溫拌劑后，瀝青的車(chē)轍因子先增大后減小，摻量為6%時(shí)達(dá)到最大。說(shuō)明加入發(fā)泡類(lèi)溫拌劑后，瀝青的抗車(chē)轍能力增強(qiáng)，高溫性能改善，但同樣存在最佳摻量。

3 結(jié)論

(1) 加入發(fā)泡類(lèi)溫拌劑后，瀝青的稠度增加，高溫性能增強(qiáng)，低溫變形性能降低。

(2) 加入發(fā)泡類(lèi)溫拌劑后，瀝青的粘度增大，但增幅很小。

(3) 加入發(fā)泡類(lèi)溫拌劑后，瀝青的抗熱氧老化能力增強(qiáng)。

(4) 加入發(fā)泡類(lèi)溫拌劑后，瀝青的復(fù)數(shù)模量及車(chē)轍因子先增大后減小，相位角先減小后增大，發(fā)泡類(lèi)溫拌劑可改善瀝青的抗高溫變形能力，但存在最佳摻量。