淺談高粘改性瀝青在薄層罩面中的應用

謝世威

摘 要：為深入了解高粘改性瀝青流變性能及其在成型的薄層罩面混合料中路用性能，本文就嵌段共聚物納米復合改性劑作為高粘改性劑，并選擇了三種不同的摻量制備高粘改性瀝青，采用動態剪切流變試驗和彎曲蠕變勁度試驗對高粘改性瀝青的高低溫流變性能進行了分析，然后采用高粘改性瀝青成型了薄層罩面混合料，對薄層罩面混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性及水穩定性進行了檢測;結果表明，利用制備的高粘改性瀝青成型的薄層罩面混合料均具有良好的路用性能，且隨著摻量越大，其高溫穩定性、低溫抗裂性及水穩定性越好，推薦采用12%摻量的高粘改性瀝青成型薄層罩面混合料。

關鍵詞：道路工程;高粘改性瀝青;薄層罩面;流變性能;路用性能

1 材料與試驗方法

1.1 原材料

試驗采用殼牌70#基質瀝青。高粘改性瀝青采用某公司生產的嵌段共聚物納米復合改性劑摻入到基質瀝青中制備，選擇外摻法，改性劑摻量分別為8%、10%、12%，制備時先將基質瀝青加熱至165℃，然后加入相應摻量的高粘改性劑，將瀝青升溫至175℃，采用剪切機以4 000 r/min的剪切速率剪切50 min，剪切完成后將瀝青放入165℃烘箱中發育1 h，本文將改性劑摻量為8%、10%、12%的高粘改性瀝青分別命名為NP8、NP10、NP12。

試驗粗集料和細集料均采用閃長巖。

1.2 級配設計

薄層罩面混合料選用OGFC-10級配，厚度為20 mm，該類型薄層罩面由于是開級配，因此具有粒徑小、碎石多的特點，最佳油石比采用5.5%，目標空隙率為20%。

1.3 試驗方法

1.3.1 動態剪切流變試驗

動態剪切流變試驗（DSR）是美國公路戰略研究計劃（SHRP）提出的評價瀝青高溫性能的試驗方法。本文選擇平行板直徑25 mm，間隙1 mm，剪切速率為10 rad/s，采用控制應變模式，應變為10%，試驗溫度選擇58℃、64℃、70℃、76℃、82℃。

1.3.2 彎曲蠕變勁度試驗

SHRP計劃提出采用彎曲蠕變勁度試驗（BBR）來評價瀝青的低溫性能，采用蠕變勁度S和蠕變速率m作為評價指標，并規定瀝青應滿足S≤300 MPa，且m≥0.30。本文選擇試驗溫度為-12℃、-18℃和-24℃。

1.3.3 車轍試驗

本文采用車轍試驗來評價薄層罩面混合料的高溫抗車轍能力，試驗溫度為60℃，輪壓為0.70 MPa。

1.3.4 低溫彎曲試驗

本文采用低溫彎曲試驗來評價薄層罩面混合料的低溫抗裂性能，試驗溫度為-10℃。

1.3.5 浸水飛散試驗

本文采用浸水飛散試驗來評價薄層罩面混合料的水穩定性，試驗時先將馬歇爾試件浸入60℃水浴中48 h，然后在室溫下靜置24 h，之后將馬歇爾試件放入洛杉磯磨耗儀中以30 r/min的轉速旋轉300轉，測量試驗前后馬歇爾試件的質量損失比，用百分比表示。

2 結果與討論

2.1 動態剪切流變試驗

動態剪切流變試驗得到的三種不同摻量高粘改性瀝青的復數剪切模量和相位角。溫度升高，NP8、NP10、NP12三種高粘改性瀝青的復數剪切模量降低，因為復數剪切模量實際上是可以反映瀝青的勁度，所以溫度升高，使瀝青分子間作用力變弱，從而使瀝青勁度變小，表現為復數剪切模量隨溫度的升高而降低。三種高粘改性瀝青的相位角隨著溫度升高逐漸降低，這是因為三種不同摻量的嵌段共聚物納米復合改性劑當溫度升高時活性變大，導致高粘改性瀝青的粘彈特性發生變化。SHRP計劃采用車轍因子來表示瀝青的高溫性能，可以看出，隨著溫度的升高，三種高粘改性瀝青的車轍因子均降低，說明溫度升高，三種高粘改性瀝青的高溫抗變形能力均降低;當溫度在58℃～70℃時車轍因子下降速率較快，在70℃～82℃時車轍因子下降速率變緩，說明溫度對車轍因子的影響存在臨界值，溫度小于臨界值時，車轍因子下降較快，溫度大于臨界值時，車轍因子下降變緩。相比NP8和NP10兩種高粘改性瀝青，NP12的車轍因子更大，說明其高溫抗變形能力更好。

2.2 彎曲蠕變勁度試驗

彎曲蠕變勁度試驗得到的蠕變勁度模量S和蠕變速率m，溫度降低，高粘改性瀝青的蠕變勁度模量升高，蠕變速率降低，說明隨著溫度降低，高粘改性瀝青的低溫性能變差;在溫度變化過程中，三種高粘改性瀝青的蠕變勁度存在NP8>NP10>NP12，蠕變速率存在NP8<NP10<NP12，可以看出，在溫度變化過程中，相比NP8和NP10兩種高粘改性瀝青，NP12高粘改性瀝青具有更好的低溫性能。

2.3 車轍試驗

為了保證行車安全，薄層罩面混合料應該具備良好的高溫穩定性，尤其在高溫多雨地區，薄層罩面混合料具有良好的高溫穩定性可以有效緩解車轍等高溫病害的發生。三種高粘改性瀝青成型的OGFC-10薄層罩面混合料動穩定度均大于3 000次/mm，且NP12高粘改性瀝青的動穩定最大，說明其成型的薄層罩面混合料具有最好的高溫穩定性，說明薄

層罩面混合料的高溫性能除了受集料顆粒間嵌擠力的影響外還受高粘改性瀝青的影響較大。

2.4 低溫彎曲試驗

高粘改性瀝青的低溫性能對薄層罩面混合料低溫性能具有重要的影響，其貢獻率達到90%，本文采用最大彎拉應變和彎曲勁度模量來評價薄層罩面混合料的低溫性能，其中最大彎拉應變反映瀝青混合料的變形能力，最大彎拉應變越大，表情低溫抗裂小越好，彎曲勁度模量反映薄層罩面混合料的強度，模量越小，表示其低溫性能越好。隨著嵌段共聚物納米復合改性劑摻量的增加，薄層罩面混合料的最大彎拉應變增大，彎曲勁度模量變小，說明改性劑摻量對薄層罩面混合料的低溫性能具有重要影響，摻量越大，薄層罩面混合料的低溫性能越好。

2.5 浸水飛散試驗

三種高粘改性瀝青成型的薄層罩面混合料浸水飛散試驗結果可知，三種高粘改性瀝青成型的薄層罩面混合料的浸水飛散損失均在20%以內，具有較好的水穩定性;隨著嵌段共聚物納米復合改性劑摻量的增加，薄層罩面混合料的浸水飛散損失降低，說明增加改性劑的摻量，可以有效提升薄層罩面混合料的水穩定性。

3 結論

（1）采用嵌段共聚物納米復合改性劑制備的高粘改性瀝青具有良好的高溫流變性能和低溫流變性能，改性劑摻量越大，高粘改性瀝青的高溫流變性能和低溫流變性能越好。

（2）采用高粘改性瀝青成型OGFC-10薄層罩面混合料，在不同摻量下其均具有較好的高溫穩定性、低溫抗裂性及水穩定性，且高粘改性劑的摻量越大，薄層罩面混合料表現出更好的路用性能。

（3）利用嵌段共聚物納米復合改性劑制備高粘改性瀝青并成型薄層罩面混合料具有較好的效果，用于路面預防性養護具有重要的意義，建議在已建成道路中推廣使用高粘改性瀝青及薄層罩面的應用，可以有效提升已建成道路的平整度、抗滑性能并改善行車舒適性等。

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