SBS改性瀝青混合料抗裂性能分析

田 靜

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030006)

1 原材料檢測

1.1 瀝青

瀝青選擇殼牌AH-90石油瀝青，按照重交通等級要求對瀝青各技術指標進行檢測，檢測結果如表1所示，均滿足設計要求。

表1 瀝青各主要技術指標檢測結果

1.2 SBS改性劑

本試驗SBS改性劑采用中石化華中分公司生產的線型熱塑性丁苯橡膠，密度0.79g/cm，粒徑3～6 cm，熔點143 ℃。

1.3 SBS改性瀝青

分別按照SBS摻量為3%、4%、5%、6%配置改性瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG-E20-2011)開展試驗，SBS改性瀝青主要技術指標檢測結果如表2所示。

表2 SBS改性瀝青主要技術指標檢測結果

1.4 集料及礦粉

(1)粗集料

粗集料選用耐磨性能較好的玄武巖，粗集料各主要技術指標檢測結果如表3所示。細集料選用機制砂，表觀相對密度為2.61 g/cm3，砂當量為72%。礦粉的加入可以提高改性瀝青混合料的勁度模量，表觀相對密度為2.81 g/cm3，含水率為86%，親水系數≤1，無團粒結塊現象。

表3 粗集料各主要技術指標檢測結果

2 SBS改性瀝青混合料配合比設計

2.1 級配

本試驗SBS改性瀝青混合料級配選擇AC-16，如表4所示。

表4 合成級配篩孔通過率/%

2.2 油石比

通過制作試件，開展馬歇爾試驗，確定最佳油石比為5%。

3 抗裂性能試驗結果分析

為了確定SBS改性瀝青混合料低溫抗裂性能，分別制作試件開展小梁彎曲試驗。本試驗SBS摻量分別為3%、4%、5%、6%，試驗溫度為-20 ℃、-10 ℃、0 ℃、10 ℃，分別在不同溫度、不同摻量下對SBS改性瀝青混合料低溫抗裂性能小梁彎拉強度、小梁彎拉應變和小梁勁度模量進行檢測，分析試驗結果確定混合料抗裂性能。

3.1 小梁彎拉強度RB試驗結果分析

(1)不同溫度小梁彎拉強度RB試驗結果

試驗溫度分別為-20 ℃、-10 ℃、0 ℃、10 ℃，得出不同溫度下小梁彎拉強度RB試驗結果如表5所示。

表5 不同溫度下小梁彎拉強度RB試驗結果

分析表5小梁彎拉強度RB試驗結果，在溫度從-20 ℃增加到0 ℃的過程中，基質瀝青和不同摻量的SBS改性瀝青混合料的小梁彎拉強度不斷升高，其中以摻量為5%的改性瀝青混合料彎拉強度值最大，0 ℃達到最大值，為13.3 MPa，基質瀝青0 ℃彎拉強度值最低，但總體增加幅度最大，為53.3%。溫度增加到0 ℃時，各類瀝青混合料均有一定幅度的下降，其中以基質瀝青混合料下降幅度最大，為9.6%，SBS改性瀝青混合料下降幅度為4.5%～5.8%。這是由于隨著溫度從-20 ℃增加到10 ℃，瀝青混合料經歷了從脆性破壞向延性破壞轉變的過程，同時也經歷了從彈性→塑性→粘性的發展過程。

(2)不同SBS摻量小梁彎拉強度試驗結果分析

分別對SBS摻量為3%、4%、5%、6%的改性瀝青混合料開展試驗，確定不同溫度下各類改性瀝青混合料小梁彎拉強度隨摻量變化曲線如圖1所示。

圖1 改性瀝青混合料小梁彎拉強度隨摻量變化曲線

分析圖1曲線變化趨勢，隨著SBS摻量從3%增加到5%，各溫度下改性瀝青混合料的彎拉強度不斷提高，在0 ℃時達到最大值，為13.3 MPa，最低值出現在-20 ℃，為11.5 MPa。SBS摻量達到6%后各溫度下改性瀝青混合料彎拉強度均出現了不同程度的下降，其中以SBS摻量為3%時下降幅度最大，為4.9%；SBS摻量為6%時下降幅度最小，為2.5%。分析得出在瀝青混合料中加入適量的SBS改性劑，可提高骨料與瀝青的粘附力，進而達到提高彎拉強度的作用。但當SBS摻量超過5%后，分散性下降，SBS結團后會增加礦料之間的空隙，使瀝青混合料彎拉強度下降。

3.2 小梁彎拉應變εB試驗結果分析

(1)不同溫度小梁彎拉應變εB試驗結果分析

按照上述試驗溫度，不同溫度瀝青混合料小梁彎拉應變試驗結果如表6所示。

分析表6數據，得出隨著溫度的升高，小梁彎拉應變也不斷增加。以0～10 ℃增加幅度最大，基質瀝青混合料應變增加幅度為40.6%，SBS改性瀝青混合料應變增加幅度在39.5%～65.9%之間。分析原因是由于隨著溫度的升高，瀝青及瀝青混合料粘性增加，延展性不斷提高，進而造成應變增加。

(2)不同SBS摻量小梁彎拉應變εB試驗結果分析

與上述SBS摻量相同，不同溫度改性瀝青混合料小梁彎拉應變εB試驗結果如圖2所示。

圖2 不同溫度改性瀝青混合料小梁彎拉應變εB試驗結果

分析圖2曲線變化趨勢，當SBS摻量從0%增加到5%，不同溫度改性瀝青混合料彎拉應變呈現增加的趨勢，其中以10 ℃時增加趨勢最明顯。從-20～0 ℃，改性瀝青混合料的彎拉應變增加幅度較小。當溫度達到10 ℃時，彎拉應變增加趨勢明顯。當SBS摻量超過5%時，改性瀝青混合料彎拉應變開始下降。分析原因是由于SBS的加入改善了改性瀝青的粘性及變形性能，使彎拉應變增大。而SBS摻量超過5%后，SBS吸收了混合料中的自由瀝青，降低了混合料的柔性，使彎拉應變下降。

3.3 小梁勁度模量SB試驗結果分析

小梁勁度模量SB為彎拉強度和彎拉應變的比值，結合上述彎拉強度和彎拉應變試驗結果，分析溫度和SBS摻量對小梁勁度模量SB的影響。溫度由-20 ℃增加0 ℃，勁度模量快速下降，這是由于彎拉強度隨溫度增長的速率較彎拉應變小造成的，-20～-10 ℃變化幅度最大。溫度由0 ℃增加10 ℃，彎拉強度逐步下降，而應變不斷增加，進而造成小梁勁度模量迅速下降。

結合上述試驗結果，在不同溫度下，隨著SBS摻量的增加，小梁勁度模量變化較小。隨著SBS摻量從0%增加到4%，小梁勁度模量緩慢下降，SBS摻量摻量超過4%時，小梁勁度模量緩慢增加。分析原因是由于隨著SBS摻量(0%～4%)的增加，彎拉應變增長速率較彎拉強度快，反之。

4 結 語

結合小梁彎曲試驗，對彎拉強度、彎拉應變和勁度模量的試驗結果進行分析，得出溫度和SBS摻量對瀝青混合料低溫抗裂性的影響。溫度對小梁彎拉應變的變化影響較明顯，隨著溫度升高，瀝青混合料彎拉應變快速增大，勁度模量快速下降。SBS的摻量可明顯改善瀝青混合料的低溫抗裂性能，分析確定摻量為5%時改性效果最高。