酰胺類潤滑劑對SBS 改性瀝青混合料動態模量的影響

李連進

（安徽交控工程集團有限公司，安徽合肥 230000）

隨著《公路瀝青路面設計規范》的修訂，對瀝青混合料粘彈性的研究日益受到重視[1]。在研究瀝青混合料的力學特性時，必須對其進行動態粘彈特性的研究[2]。在同樣的載荷作用下，瀝青混合料的彈性模數越大，表明其應變變形就越小，其疲勞壽命也相應越大[3]。但瀝青混合料作為典型的粘彈性材料，其動態模量值會隨著試驗溫度或加載頻率的變化而發生改變，因此在各種荷載作用下，其應力響應也有較大的差別[4-5]。為了準確的反應出添加塑料潤滑劑對SBS 改性瀝青道路力學特性的影響，本文運用單軸壓縮測量混合料動態模量的方法進行室內試驗[6]，分析添加塑料潤滑劑MAR 后，SBS改性瀝青混合料力學特性的變化[7]。

1 試驗材料與試驗方案

1.1 試驗材料

基質瀝青選用國產A 級70#瀝青。選用MAR 作為塑料脂酸酰胺；SBS 聚合物選用1301；選擇山東優質石灰巖集料，并選用石灰巖磨細礦粉作為填料，對AC-20瀝青混合料進行了設計。潤滑劑，其主要成分為含有較多羥基脂肪酸酰胺的乙撐雙硬。

1.2 復合改性瀝青制備

采用濕法制備添加塑料潤滑劑MAR 與SBS 改性劑的復合改性瀝青，試驗儀器為FLUKO 剪切機。不同摻量MAR 改性瀝青三大指標如表1 所示。

表1 不同MAR 摻量復合改性瀝青三大指標試驗結果

SBS 改性瀝青添加MAR 復合處理后，其軟化點隨MAR 含量的增加而增大。當摻量超過1.5%后，由于MAR 含量過高，在其內部形成了一個穩定系統，在5℃延度上表現為先降后升。所以，本研究以1.5%為MAR的最優添加量。

1.3 瀝青混合料組成設計

根據馬歇爾試驗結果，在規范推薦AC 范圍內，采用三條不同的級配曲線。級配采用S 形曲線，適當降低接近最大粒徑的粗骨料和細集料中0.6mm 以下細集料的比例，并適當地提高中檔級配的粗骨料。在設計時，參照Superpave 瀝青混合料限值及控制點的設計思想，以防止“駝峰”的出現，并對Bayer 法中的CA、FAf 和FAc 等填充參數進行檢驗。

1.4 試驗方法

本實驗采用SPT 裝置對MAR 摻量為0%和1.5%的兩種改性瀝青混合料進行單軸壓縮試驗，通過對兩種瀝青混合料的動態模量和相位角與溫度、加載頻率的關系，分析添加塑料潤滑劑MAR 后，SBS 改性瀝青混合料力學特性的變化。

2 結果與討論

2.1 動態模量與加載頻率的關系

在相同的載荷條件下，不同加載頻率會對瀝青混合料應力—應變時間產生影響，進而影響瀝青混合料的動態模量。在5℃、25℃、45℃條件下，對不同頻率下兩種瀝青混合料試件的動態模量進行對比分析，結果如圖1 所示。

圖1 不同溫度條件下動態模量與頻率關系圖

從圖1 可以看出，在相同的試驗溫度條件下，摻加1.5%塑料潤滑劑MAR 的SBS-MAR 復合改性瀝青混合料比SBS 改性瀝青混合料的動態模量要高，且隨著頻率的增加，兩種材料的動態模量變化均呈現先快后慢的趨勢。隨著溫度的升高，瀝青混合料的動態模量呈現出降低的趨勢，這是由于瀝青混合料隨溫度的升高趨于粘性狀態，容易產生永久變形，從而導致路面發生車轍病害；低溫時混合料必須具有足夠的韌性，才能承受較大的變形。

結果表明：在5℃條件下，兩種瀝青混合料的彈性模量隨頻率增加而增大，但動態模量差異較小，說明塑料潤滑劑對其低溫抗裂性能影響較小；而在試驗溫度45℃，加載頻率為0.1Hz 時，添加塑料潤滑劑后，SBS 改性瀝青混合料的動態模量較未添加MAR 的混合料動態模量有顯著提高，這說明塑料潤滑劑MAR 添加到SBS 改性瀝青中，可以起到改善其混合料的高溫穩定性的作用。

2.2 動態模量與溫度關系

不同溫度條件下，瀝青混合料的力學性能表現為低溫彈性高溫粘性，但隨著溫度升高，瀝青混合料的動態模量、抗拉強度明顯下降，出現應力松弛、蠕變等現象。通過比較兩種改性瀝青混合料的動態模量，研究其動態模量隨溫度變化規律，探討添加MAR 對SBS 改性瀝青混合料力學性能的影響。試驗溫度仍然采用5℃、25℃和45℃，并在相同荷載條件下，加載頻率分別為0.1Hz、1Hz、5Hz、10Hz 和20Hz。圖2 是兩種瀝青混合料動態模量隨溫度變化的曲線關系圖。

圖2 瀝青混合料動態模量與溫度的變化關系圖

從圖2 可以看出，塑料潤滑劑MAR 摻量為0%和1.5%的兩種瀝青混合料的動態模量均隨著試驗溫度的下降呈現出明顯的下降趨勢，且溫度在5℃和25℃之間時，兩種瀝青混合料的動態模量下降幅度明顯高于25℃和45℃之間；當加載頻率相同時，SBS-MAR 復合改性瀝青混合料比 SBS 改性瀝青混合料的動態模量大，45℃加載頻率5 Hz 時，其動態模量比未添加塑料潤滑劑的SBS 改性瀝青混合料高2.4 倍，說明MAR 對高溫變形性能有明顯改善。

2.3 相位角與溫度及加載頻率關系

瀝青混合料中粘滯和彈性部分的比率的變化可以通過其相位角δ 反映，在粘彈性材料中，相位角δ 的變化區間為0°-90°。相位角能反映出材料的粘彈屬性，在相位角δ 為0°時，材料表現為完全的彈性狀態，而在相位角δ 為90°時，材料就會呈現完全的粘性狀態。而瀝青混合料的相位角也隨試驗條件的變化而發生變化，本文以三種溫度、五種頻率為試驗條件，對兩種瀝青混合料相位角結果進行匯總，如圖3 所示。

圖3 瀝青混合料相位角隨溫度變化關系圖

無論是否添加塑料潤滑劑MAR，兩種瀝青混合料的相位角隨試驗條件的改變而變化的趨勢基本一致，均隨溫度的升高，呈現先升高后下降的趨勢，當加載頻率小于1 Hz 時，相位角的最大值出現在25℃，當頻率不低于5 Hz 時，相位角在45℃時出現最大值，高溫段變化趨于平緩。由于瀝青混合料的相位角δ 反映瀝青混合料內部粘性與彈性成分的比例，因此相同加載頻率下瀝青混合料低溫相位角較小，說明瀝青混合料中的彈性成分多為粘性部分，近似于彈性體，隨著溫度升高，瀝青混合料的相位角增大，說明粘性成分比例增大，瀝青易發生粘性流動，發生塑性變形。選取了四個不同頻率下兩種混合料的相位角隨溫度變化的曲線，如圖4 所示。

圖4 不同加載頻率條件下相位角隨溫度變化關系圖

由圖4 可以看出，三種不同加載頻率條件下，瀝青混合料的相位角變化趨勢基本一致，但SBS-MAR 復合改性瀝青混合料的相位角始終小于SBS 改性瀝青混合料，說明在相同試驗條件下加入 MAR 可以減小SBS 改性瀝青混合料的相位角，從而提高SBS 改性瀝青混合料強度。兩種瀝青混合料在相同加載頻率和低溫下的相位角差異較小，但隨溫度升高而增大。瀝青混合料的相位角δ 越小，則損耗因子tanδ 越小，表明瀝青混合料在承受荷載發生形變時，更多的是以彈性恢復的方式恢復變形，減少了材料發生粘性流動產生永久變形現象的發生。這說明1.5%摻量的MAR 能夠顯著降低SBS 改性瀝青高溫時的粘性流動，進而提高其混合料抵抗永久變形的能力。

3 結論

(1) MAR 加入后，在低溫高頻下SBS 改性瀝青混合料的動態模量有明顯提高，高溫穩定性得到改善。

(2) 相位角分析結果表明，MAR 的加入可以降低SBS 改性瀝青混合料的相位角，且隨著溫度的升高，混合料相位角降低幅度越大，從而降低SBS 改性瀝青混合料的損耗因子tanδ，1.5%摻量的MAR 能夠顯著降低SBS 改性瀝青高溫時的粘性流動，進而提高其混合料抵抗永久變形的能力。