環(huán)氧瀝青和SBS改性瀝青混合料的路用性能研究

摘 要：對比分析了環(huán)氧瀝青混合料試件（A）和SBS改性瀝青混合料試件（B）的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能和水穩(wěn)定性，并進行了動態(tài)模量的測試。結(jié)果表明，試件（A）的動穩(wěn)定度要明顯小于試件（B），但是都滿足高溫抗車撤試驗的動穩(wěn)定度要求（≥3 000次/min），試件（B）的動穩(wěn)定度相較試件（A）約提高50.44%。試件（A）的硬脆程度較試件（B）更高，低溫抗裂性能要低于試件（B），但是2組試件的低溫抗裂性都滿足規(guī)范要求。試件（A）和試件（B）的TSR都滿足瀝青混合料試件對TSR的要求（≥80%），且前者具有更好的水穩(wěn)定性。無論是試件（A）還是試件（B），其動態(tài)模量都會隨著溫度升高而呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，但在相同溫度和頻率下，前者的動態(tài)模量都要高于后者。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧瀝青；SBS；動態(tài)模量；路用性能

中圖分類號：TQ323.5;U414

文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2024）03-0093-04

Study on pavement performance of epoxy asphalt and SBS modified asphalt mixture

LIU Yanzhao

（Beijing Urban Construction Road and Bridge Construction Group Co.，Ltd.，Beijing 250000，China

）

Abstract：The high temperature rutting resistance，low temperature cracking resistance and water stability of epoxy asphalt mixture（A）and SBS modified asphalt mixture（B）were compared and analyzed，and the dynamic modulus was tested.The results showed that the dynamic stability of the epoxy asphalt mixture was significantly lower than that of the SBS modified asphalt mixture，but both of them met the dynamic stability requirements of the high temperature anti withdrawal test （≥3 000）.The dynamic stability of the SBS modified asphalt mixture （B） was about 50.44% higher than that of the epoxy asphalt mixture （A）.The hardness and brittleness of epoxy asphalt mixture was higher than that of SBS modified asphalt mixture，the low temperature crack resistance was lower than that of SBS modified asphalt mixture，but the low temperature crack resistance of both groups of specimens met the requirements of the specification.The TSR of both epoxy asphalt mixture and SBS modified asphalt mixture met the requirements of TSR （≥80%），and the former had better water stability.The dynamic modulus of both specimen （A） and specimen （B） decreased gradually with the increase of temperature，but the dynamic modulus of the former was higher than that of the latter at the same temperature and frequency

Key words：epoxy asphalt;SBS;dynamic modulus;pavement performance

環(huán)氧瀝青是一種由環(huán)氧樹脂、固化劑與基質(zhì)瀝青經(jīng)復(fù)雜的化學改性所得的混合物，由于其延展性和收縮性與鋼材相似，實際應(yīng)用在路面中可與鋼板發(fā)生協(xié)同作用而較少發(fā)生失效事故，具有強度高、耐蝕性好以及抗疲勞性能優(yōu)越等特性［1］。但是由于其造價較高，實際應(yīng)用在路面工程中的成本較高，一定程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)用［2］。在現(xiàn)代化高速公路、重載交通道路等對價格低廉、性能優(yōu)異的瀝青材料需求的前提下，以基質(zhì)瀝青為原料，加入一定比例的SBS改性劑，通過剪切、攪拌等方法使SBS均勻地分散于瀝青中形成的SBS改性瀝青混合料具有較好的應(yīng)用前景［3］，然而，環(huán)氧瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料在應(yīng)用過程中的路用性能差異卻不清楚［4-5］。研究對比分析了二者的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能、水穩(wěn)定性和動態(tài)模量等，結(jié)果有助于瀝青混合料在路面工程中更廣泛的應(yīng)用以及提升路用工程質(zhì)量。

1 試件制備與測試表征

以E-03型雙酚A型環(huán)氧樹脂、A級90#瀝青、SF-H-30型（改性）酚醛胺環(huán)氧固化劑和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）為原料，制備環(huán)氧瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料。其中，環(huán)氧樹脂的物性參數(shù)為：25 ℃黏度為130 cp、環(huán)氧當量188 g/mol、含水量0.03%、閃點352 ℃、相對密度1.16 g/cm3，；90#瀝青的物性參數(shù)為：25 ℃針入度8.8 mm、10 ℃延度49 cm、溶解度99.74%、閃點342 ℃、軟化點46 ℃；SBS的物性參數(shù)為：25 ℃針入度6.6 mm、5 ℃延度39 cm、溶解度100%、閃點238 ℃、軟化點91 ℃。環(huán)氧瀝青混合料的最佳級配為：10～15 mm礦料占比為25%、5～10 mm礦料占比為31%、3～5 mm礦料占比為55%、0～3 mm礦料占比為25%、礦粉占比為4%。根據(jù)JTGE 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》標準制備車轍板試件［6］，試件尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，制備好的環(huán)氧瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料放入148 ℃鼓風烘箱中處理3 h后，再轉(zhuǎn)入58 ℃烘箱中進行4 d的處理，并在室溫下靜置1 d，得到環(huán)氧瀝青混合料試件（A）和SBS改性瀝青混合料試件（B）［7］。

為了研究環(huán)氧瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，采用高溫抗車轍試驗進行評定，試驗過程中選用橡膠實心輪胎為試驗輪（外徑180 mm、輪寬46 mm、輪壓和溫度分別為0.68 MPa和60 ℃），車轍試驗的行程為230 mm、往復(fù)碾壓速度為38次/min。試驗過程中記錄橡膠輪在車轍板上行走深度為1 mm處所需要的次數(shù)作為評定動穩(wěn)定度的指標［8］。試驗開始前，需要將制備好的環(huán)氧瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料試件置于60 ℃恒溫室中進行6 h的靜置，然后再進行高溫穩(wěn)定性試驗，最終混合料的動穩(wěn)定度（DS）的測試結(jié)果取3組試件的平均值，可以采用式（1）進行計算［9］：

DS=（t2-t1）×Nd2-d1×C1×C2

（1）

式中：t2、t1分別為變形量為d2、d1時對應(yīng)的時間；N為往復(fù)碾壓速度，次/min；C1、C2分別為儀器類型系數(shù)和試件系數(shù)。

根據(jù)JTGE 20—2011規(guī)程將車撤板切割成長×寬×高=350 mm×30 mm×350 mm的小梁并進行低溫抗裂性能測試，跨徑設(shè)置為200 mm，在低溫（-10 ℃）條件下進行加載速度為40 mm/min的單點彎曲試驗，并記錄小梁試件在破壞時的抗彎強度（RB）、破壞彎拉應(yīng)變（εB），進而求得彎曲勁度模量（SB=RB/εB）［10］。

根據(jù)瀝青混合料水損害的測試方法 AASHTO 標準（T 283—03）制備Φ150 mm、高95 mm的圓柱形試件進行劈裂抗拉強度測試。其中，非條件和條件下的試件的測試方法不同，前者為常規(guī)下測試，而后者需要將試件進行真空飽水處理，然后置-20 ℃冷凍16 h，并轉(zhuǎn)入60 ℃水浴箱中靜置24 h，結(jié)束后再置于室溫水浴箱中保溫120 min，并測試此時的劈裂抗拉強度（St），計算公式［11］：

St=2 000×Pπ×t×D

（2）

TSR=S2S1

（3）

式中：P為荷載（N）；T和D分別為試件高度（mm）和直徑（mm）；TSR為劈裂抗拉強度比，%；S1和S2分別為非條件和條件下的劈裂抗拉強度，MPa。

采用MTS-810型萬能試驗機對瀝青混合料試件進行動態(tài)模量變化試驗［12］，溫度設(shè)定在4.4～54 ℃，頻率設(shè)定在0.5～25 Hz。

2 試驗結(jié)果與分析

表1為環(huán)氧瀝青混合料試件（A）和SBS改性瀝青混合料試件（B）的高溫抗車轍試驗結(jié)果。

由表1可知，試件A的3次高溫抗車撤試驗的動穩(wěn)定度分別為3 258、3 457和3 527次/mm，平均值為3 420次/mm；試件B的3次高溫抗車撤試驗的動穩(wěn)定度分別為4 898、5 214和5 325次/mm，平均值為5 145次/mm。可見，環(huán)氧瀝青混合料試件（A）的動穩(wěn)定度要明顯小于SBS改性瀝青混合料試件（B），但是都滿足高溫抗車撤試驗的動穩(wěn)定度要求（≥3 000次/min），SBS改性瀝青混合料試件（B）的動穩(wěn)定度相較環(huán)氧瀝青混合料試件（A）約提高50.44%。此外，試件（A）和試件（B）的變異系數(shù)分別為3.3%和3.4%，且都滿足抗車轍試驗大于等于20%的要求。

表2為環(huán)氧瀝青混合料試件（A）和SBS改性瀝青混合料試件（B）的低溫抗裂性能試驗結(jié)果。

由表2可知，試件（A）的RB、εB和SB分別為15.80 MPa、3 459×10-6和4 568 MPa；試件（B）的RB、εB和SB分別為13.93 MPa、3 784×10-6和3 681 MPa；對比分析可知，經(jīng)過SBS改性的試件（B）的RB和SB要小于試件（A），而εB要大于后者，且都滿足瀝青混合料試件對εB的要求（>2 500）。其中，SB表示瀝青混合料試件在低溫下的硬脆程度，εB表示瀝青混合料的低溫抗裂性，由此可見，試件（A）的硬脆程度較試件（B）更高，但是低溫抗裂性能要低于試件（B）；然而2組試件的低溫抗裂性都滿足規(guī)范要求，這主要是因為環(huán)氧樹脂瀝青混合料中有三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂限制瀝青的流動，且環(huán)氧樹脂瀝青中的空隙等缺陷較少［15-18］，從而使其具有較高的硬脆性，而經(jīng)過SBS改性的試件（B）中主要以黏性瀝青為主，在低溫抗裂性能試驗過程中由于具有較好的變形能力而使其具有較好的低溫抗裂性。

表3為環(huán)氧瀝青混合料試件（A）和SBS改性瀝青混合料試件（B）的水穩(wěn)定性試驗結(jié)果。

由表3可知，試件（A）的S1、S2和TSR分別為0.534、0.632? MPa和84.49%；試件（B）的S1、S2和TSR分別為0.496、0.597 MPa和83.08%；對比分析可知，經(jīng)過SBS改性的試件S1、S2和TSR要小于試件（A），且試件（A）和試件（B）的TSR都滿足瀝青混合料試件對TSR的要求（≥80%）。其中，TSR越大則表示瀝青混合料試件抵抗水損害的能力越高，即具有相對更好的水穩(wěn)定性。由此可見，試件（A）相較試件（B）具有更好的水穩(wěn)定性，這主要是因為環(huán)氧瀝青試件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，孔隙率相對更小，在進行水穩(wěn)定性測試過程中，水相對更難進入瀝青與集料界面的緣故［19-20］。

圖1為瀝青混合料試件的動態(tài)模量隨溫度的變化曲線，頻率分別為5、10 Hz。

由圖1可知，無論是環(huán)氧瀝青混合料試件（A）還是SBS改性瀝青混合料試件（B），其動態(tài)模量都會隨著溫度升高而呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，但是在相同溫度和頻率下，試件（A）的動態(tài)模量都要高于試件（B）；對于相同的瀝青混合料試件，在相同溫度下，頻率的升高也會增加試件的動態(tài)模量。對于試件（A），在溫度不斷升高的過程中，內(nèi)部環(huán)氧樹脂的粘附性會不斷降低并減小其彈性模量，而經(jīng)過SBS改性的試件（B）的動態(tài)模量隨溫度升高的變化趨勢雖然和試件（A）一致，但是其相同溫度下的動態(tài)模量更小。

3 結(jié)語

（1）環(huán)氧瀝青混合料試件（A）的動穩(wěn)定度要明顯小于SBS改性瀝青混合料試件（B），但是都滿足高溫抗車撤試驗的動穩(wěn)定度要求（≥3 000次/min），SBS改性瀝青混合料試件（B）的動穩(wěn)定度相較環(huán)氧瀝青混合料試件（A）約提高50.44%；

（2）經(jīng)過SBS改性的試件（B）的RB和SB要小于試件（A），而εB要大于后者，且都滿足瀝青混合料試件對εB的要求（>2 500）；

（3）經(jīng)過SBS改性的試件（B）S1、S2和TSR要小于試件（A），且試件（A）和試件（B）的TSR都滿足瀝青混合料試件對TSR的要求（≥80%）；

（4）無論是環(huán)氧瀝青混合料試件（A）還是SBS改性瀝青混合料試件（B），其動態(tài)模量都會隨著溫度升高而呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，但是在相同溫度和頻率下，試件（A）的動態(tài)模量都要高于試件（B）。

【參考文獻】

［1］ 陳智蓉，姚鴻儒，李健，等.超高黏度改性瀝青的研發(fā)與性能評價［J］.上海公路，2019（3）：58-60.

［2］ 呂文江，彭江，朱永彪，等.聚氨酯改性瀝青制備工藝及混合料路用性能研究［J］.公路，2020，65（3）：248-252.

［3］ 許志強.抗車轍劑在瀝青混合料中的應(yīng)用［J］.價值工程，2020，39（8）：250-252.

［4］ 閆正和，張啟志.生物油再生劑熱再生老化SBS改性瀝青及混合料性能研究［J］.新型建筑材料，2020，47（3）：83-87.

［5］ 韋萬峰，周勝波，譚華，等.瀝青及其混合料自愈合性能試驗研究［J］.公路，2020，65（3）：253-258.

［6］ 肖燕，譚俊.瀝青老化及再生劑摻量對混合料性能的影響研究［J］.江西建材，2020（2）：18-19.

［7］ 路俊杰.不同RAP摻量的廠拌熱再生瀝青混合料路用性能研究［J］.福建建設(shè)科技，2020（2）：42-44.

［8］ 仝玉軍，劉樹華，寧愛民，等.30～#道路石油瀝青的復(fù)合改性及其性能研究［J］.石化技術(shù)與應(yīng)用，2020，38（2）：80-88.

［9］ BENJAMIN F，BOWERS，BAOSHAN H，et al.Investigation of reclaimed asphalt pavement blending efficiency through GPC and FTIR［J］.Construction and Building Materials，2014，50（jan.）：517-523.

［10］ 李彩霞.聚氨酯改性瀝青的制備及混合料路用性能評價［J］.武漢理工大學學報，2017，41（6）：958-963.

［11］ 安豐偉，縱瑾瑜，王云龍，等.瀝青混合料動態(tài)模量比對試驗研究［J］.石油瀝青，2020，34（1）：11-16.

［12］ PAUL M，NATHALIE P，LAURENTP，et al.Potential and limits of FTIR methods for reclaimed asphalt characterisation［J］.Materials & Structures，2014，47（8）：1273-1286.

［13］ ARNON M，YOSEF R，ABRAHAM K.Mid-Infrared fiber-optic attenuated total reflection spectroscopy of the solid-liquid phase transition of water［J］.Applied Spectroscopy，2005，59（4）：460-466.

［14］ 薛羽，栗培龍，高朋，等.瀝青混合料動態(tài)模量主曲線方法對比分析［J］.廣西大學學報（自然科學版），2020，45（1）：1-9.

［15］ LOPES M，MOUILLET V，BERNUCCI L，et al.The potential of Attenuated Total Reflection imaging in the mid-infrared for the study of recycled asphalt mixtures［J］.Construction & Building Materials，2016，124：1120-1131.

［16］ 魏小濤，林堅，羅財金，等.巖土工程中邊坡穩(wěn)定性分析以及檢測方法研究［J］.粘接，2022，49（3）：109-112.

［17］ 劉強.礦渣-粉煤恢復(fù)合注漿材料加固軟土路基效果研究［J］.西部交通科技，2022（1）：93-95.

［18］ 李繼民.不同降雨速率對紅粘土邊坡穩(wěn)定性的影響［J］.粘接，2021，48（10）：144-147.

［19］ 范惠平，桂陽，張玉利，等.夾層厚度對邊坡軟弱夾層破壞機理的影響［J］.粘接，2022，49（3）：153-161.

［20］ 許家東.透水性混凝土制備及在護坡工程穩(wěn)定性中的應(yīng)用［J］.粘接，2020，43（8）：171-174.

收稿日期：2023-10-12；修回日期：2024-01-14

作者簡介：劉彥召（1989-），男，工程師，研究方向：建筑工程等;E-mail：liuyanzhao525@163.com。

引文格式：劉彥召.環(huán)氧瀝青和SBS改性瀝青混合料的路用性能研究［J］.粘接，2023，51（3）：93-95.