直投式溫拌SBR改性瀝青混合料的路用性能試驗(yàn)研究

朱玉美

(江蘇省交通技師學(xué)院　鎮(zhèn)江　212006)

直投式溫拌SBR改性瀝青混合料的路用性能試驗(yàn)研究

朱玉美

(江蘇省交通技師學(xué)院鎮(zhèn)江212006)

摘要SBR改性瀝青的低溫性能突出，但普遍存在高溫性能不穩(wěn)定的問題，采用直投式溫拌SBR膠粉瀝青混合料技術(shù)進(jìn)行彌補(bǔ)。文中通過多項(xiàng)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)溫拌SBR瀝青混合料的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性進(jìn)行測(cè)試分析，并與70號(hào)瀝青、SBS瀝青、SBR瀝青混合料的路用性能進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，溫拌SBR瀝青混合料具有與SBS瀝青混合料相當(dāng)?shù)乃€(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性，而其低溫抗裂性還優(yōu)于SBS瀝青混合料。

關(guān)鍵詞瀝青混合料SBR膠粉溫拌劑直投式性能

改性瀝青混合料的工程生產(chǎn)溫度通常較高，在長(zhǎng)時(shí)間高溫環(huán)境下，瀝青會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的老化現(xiàn)象。采取溫拌直投SBR膠粉進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)瀝青改性的混合料生產(chǎn)，降低混合料的拌和溫度，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的SBR改性瀝青高溫性能不佳的缺陷，而且瀝青混合料拌和溫度的下降還可改善瀝青混合料的使用性能與耐久性[1]。相比SBS改性瀝青，SBR改性瀝青的低溫性能較為突出，而且價(jià)格較為便宜。通過直投式溫拌SBR改性瀝青技術(shù)，可以制備出高溫性能接近SBS改性瀝青、低溫抗裂性能更好的瀝青混合料[2]。因此，本文通過對(duì)不同溫拌劑和SBR膠粉改性瀝青混合料的性能進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試，尋求SBR溫拌直投改性瀝青混合料的工程應(yīng)用技術(shù)的實(shí)現(xiàn)途徑。

1直投式溫拌SBR改性瀝青混合料及試驗(yàn)方案

與其他常規(guī)的改性劑SBS，PE，EVA等相比，SBR與瀝青具有良好的相溶性，其最大特點(diǎn)是低溫性能優(yōu)，主要用于高寒地區(qū)公路瀝青的改性和普通瀝青的升級(jí)等。通常SBR改性瀝青具有良好的低溫開裂性和較好的高溫穩(wěn)定性，但過高的拌和溫度容易導(dǎo)致SBR膠粉的老化和離析，不利于瀝青混合料性能的發(fā)揮。溫拌瀝青混合料技術(shù)可使瀝青混合料的拌和溫度降低15~20 ℃，具有減少瀝青老化和有害氣體排放、能源消耗低、施工季節(jié)長(zhǎng)等特點(diǎn)，將其用于SBR改性瀝青混合料的性能改善具有一定的可行性[3]。考慮在SBR改性瀝青混合料的拌和中添加溫拌劑，從而發(fā)揮SBR瀝青混合料的高溫性能。

大量室內(nèi)試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果表明，用SBR膠粉制備的改性瀝青具有良好的低溫抗裂性，但高溫穩(wěn)定性波動(dòng)較大，不適合直接用于路面工程施工中，需要對(duì)SBR改性瀝青進(jìn)行溫拌混合料的性能試驗(yàn)分析。RH溫拌劑是以蠟為主的有機(jī)降粘劑，可以將溫拌劑以一定比例加入瀝青后制備改性瀝青使用，也可在瀝青混合料的拌制中直投添加。益路溫拌劑主要成分是路用表面活性劑，含有一定量的水，不適合直接加入瀝青中對(duì)瀝青進(jìn)行改性，需要在瀝青混合料拌制時(shí)同步添加[4]。因此，在進(jìn)行溫拌SBR改性瀝青混合料的生產(chǎn)時(shí)，將SBR和溫拌劑同步添加到混合料中，適當(dāng)延長(zhǎng)混合料的拌和時(shí)間，即可保證SBR膠粉和溫拌劑的均勻分布[5]。

在對(duì)室內(nèi)制備的SBR改性瀝青性能對(duì)比的基礎(chǔ)上，選中山東某企業(yè)生產(chǎn)的SBR膠粉(A)和2種溫拌劑(RH和益路)制備溫拌SBR改性瀝青混合料，并與基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青和自制的SBR改性瀝青混合料的路用性能進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)方案見表1。為對(duì)比各類瀝青混合料的性能，采用表2中AC-20級(jí)配的中值進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。

表1　直投式溫拌SBR改性瀝青混合料試驗(yàn)方案

表2　AC-20瀝青混合料級(jí)配要求

2直投式溫拌SBR改性瀝青水穩(wěn)定性分析

由于溫拌瀝青混合料的拌和溫度降低，可能會(huì)導(dǎo)致集料中的水分不完全蒸發(fā)而被瀝青封閉在集料表面上，引起瀝青混合料的水損害，特別是對(duì)于含水的益路溫拌劑制備的瀝青混合料尤其需要注意檢查其水穩(wěn)定性。瀝青混合料水穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)通過浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行衡量，要求普通瀝青混合料的殘留穩(wěn)定比和殘留強(qiáng)度比分別不小于80%和75%，改性瀝青混合料分別不小于85%和80%，對(duì)5種方案的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見圖1。

圖1　各方案瀝青混合料殘留穩(wěn)定

由圖1可見，5種試驗(yàn)方案的殘留穩(wěn)定比和殘留強(qiáng)度比均能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求，而且SBS改性瀝青混合料的2項(xiàng)指標(biāo)均較優(yōu)，略高于摻加溫拌劑的SBR改性瀝青混合料，但遠(yuǎn)超過70號(hào)瀝青混合料和SBR改性瀝青混合料。摻加溫拌劑的SBR改性瀝青混合料的性能明顯優(yōu)于SBR改性瀝青，表明溫拌劑起到了在不破壞SBR膠粉與基質(zhì)瀝青體系的情況下，顯著提升瀝青混合料水穩(wěn)定性的作用，完全適合我國(guó)公路建設(shè)的需求。

3直投式溫拌SBR改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性分析

3.1　車轍試驗(yàn)

瀝青混合料是典型的粘-彈-塑性材料，若高溫穩(wěn)定性不足會(huì)引起顯著的變形，造成瀝青路面的車轍、波浪及擁包等病害，特別在交通量大、重車比例高和經(jīng)常變速路段的瀝青路面上極易產(chǎn)生嚴(yán)重的車轍問題。室內(nèi)試驗(yàn)主要采用車轍試驗(yàn)來研究瀝青混合料的高溫性能，以動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)來衡量瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，5種瀝青混合料方案的車轍試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見表3。

表3　各方案瀝青混合料車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果

由表3可見，5種試驗(yàn)方案車轍板試件的空隙率基本控制在4.0%左右，而且在60 ℃下的變形基本在3.0~4.0 mm，表明AC-20型密級(jí)配瀝青混合料具有較好的抗車轍性能。從動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)來看，5種試驗(yàn)方案的動(dòng)穩(wěn)定度均能滿足規(guī)范的要求，而且各種改性瀝青的高溫穩(wěn)定性明顯優(yōu)于70號(hào)瀝青，其動(dòng)穩(wěn)定度基本達(dá)到70號(hào)瀝青的3倍左右，其中又以SBS瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最大，而且添加溫拌劑的SBR瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度與其十分接近，均顯著大于SBR改性瀝青混合料，這表明直投式溫拌SBR改性瀝青混合料技術(shù)可以顯著提升SBR改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，有效避免了傳統(tǒng)SBR改性瀝青混合料高溫性能不佳的缺陷。

3.2　STP試驗(yàn)

SPT動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)可以評(píng)定瀝青混合料在動(dòng)態(tài)荷載作用下的性能，從而評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗永久變形能力。根據(jù)瀝青混合料在荷載作用下的受力特性及借鑒國(guó)外瀝青混合料試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，采用STP對(duì)不同溫度和試驗(yàn)頻率下70號(hào)瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料和益路溫拌SBR改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量進(jìn)行測(cè)試，重點(diǎn)對(duì)益路溫拌SBR改性瀝青混合料的抗永久變形能力進(jìn)行驗(yàn)證，3種瀝青混合料55 ℃的動(dòng)態(tài)模量測(cè)試結(jié)果見圖2。

圖2　3種瀝青混合料55 ℃的動(dòng)態(tài)模量對(duì)比

由圖2可見，在相同溫度條件下，瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量隨著加載頻率的增加而增大，但是隨著荷載頻率的進(jìn)一步增加，動(dòng)態(tài)模量數(shù)值的增大速度有明顯減小的趨勢(shì)，而后逐漸趨于平緩。溫拌SBR瀝青混合料在55 ℃時(shí)的動(dòng)態(tài)模量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于70號(hào)瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料，在特定頻率條件下動(dòng)態(tài)模量值可達(dá)到70號(hào)瀝青混合料的2倍。因此，由于SBR和溫拌劑的改性作用，瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量越高，抗車轍性能愈好。

此外，在高頻區(qū)域、低頻區(qū)域，溫拌SBR瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量均比70號(hào)瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料高，表明其抗高溫或低頻加載能力強(qiáng)，甚至不低于SBS改性瀝青混合料。

4直投式溫拌SBR改性瀝青混合料低溫抗裂性分析

研究表明瀝青路面的低溫收縮裂縫與瀝青結(jié)合料的低溫品質(zhì)及瀝青混合料的溫度收縮性能密切相關(guān)，瀝青混合料開裂表現(xiàn)為寒冷季節(jié)混合料中瀝青膜的拉伸破壞，并導(dǎo)致集料的破裂。為全面衡量瀝青混合料的低溫抗裂性能，可采用低溫彎曲試驗(yàn)來評(píng)價(jià)SBR溫拌瀝青混合料的低溫抗裂性能，通過計(jì)算瀝青混合料在-10 ℃、加載速率50 mm/min的條件下的抗彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變和彎曲破壞勁度模量來綜合評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能，5種瀝青混合料方案的小梁彎曲試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見表4。

表4　各瀝青混合料方案的小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由表4可見，5種試驗(yàn)方案的破壞應(yīng)變均能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求，而且所有SBR瀝青混合料的破壞應(yīng)變均高于70號(hào)瀝青和SBS改性瀝青。試驗(yàn)測(cè)試表明，SBR改性瀝青具有良好的低溫抗開裂性能，而且試驗(yàn)中瀝青混合料小梁跨中撓度的變化也驗(yàn)證SBR瀝青混合料良好的低溫抗裂性能。此外，對(duì)比方案三至方案五的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，添加溫拌劑的方案四和方案五的SBR溫拌瀝青混合料的低溫抗裂性能明顯優(yōu)于SBR改性瀝青混合料，表明益路溫拌劑和RH溫拌劑對(duì)瀝青而言均具有一定的改性能力，有助于提高瀝青混合料的低溫抗開裂性能。

5結(jié)論

(1) 溫拌SBR改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性與SBS改性瀝青混合料相當(dāng)，明顯優(yōu)于SBR改性瀝青混合料。

(2) 車轍試驗(yàn)表明溫拌SBR改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性與SBS改性瀝青混合料相當(dāng)，而STP試驗(yàn)表明溫拌SBR改性瀝青混合料在高頻區(qū)域、低頻區(qū)域的穩(wěn)定性甚至略優(yōu)與SBS改性瀝青混合料。

(3) 小梁彎曲試驗(yàn)表明SBR改性瀝青混合料的低溫抗裂性略優(yōu)于SBS改性瀝青混合料。

(4) 溫拌劑在不破壞SBR膠粉與基質(zhì)瀝青體系的情況下，可顯著提升SBR改性瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能，適合我國(guó)公路建設(shè)的需求。

參考文獻(xiàn)

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