納米TiO₂與SBS復合改性瀝青混合料路用性能研究

趙旭　周建彬　董碩碩

【摘 要】為了解決高荷載產生的車轍問題，采用納米TiO2和SBS對瀝青進行了復合改性，并制備了復合改性瀝青混合料，通過車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗，分析了納米TiO2和SBS對瀝青及瀝青混合料性能的影響。結果表明，SBS改性瀝青具有更高的稠度及更低的感溫性，適量的TiO2對瀝青性能影響較少，3%TiO2+5%SBS改性瀝青的基本性能最好。SBS及納米TiO2改性劑均能提高瀝青混合料的高溫穩定性能及水穩定性，SBS對瀝青混合料路用性能提高效果較為顯著，3%TiO2+4%SBS改性瀝青混合料路用性能表現最好。納米TiO2會與瀝青及SBS改性劑發生物化反應，從而改善SBS與瀝青之間的相容性，使得其改性瀝青混合料表現出更為優秀的路用性能。

【關鍵詞】道路工程;瀝青混合料;納米TiO2;SBS;復合改性

【中圖分類號】U41 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）04-0085-02

0 引言

目前，我國高等級公路交通流量大、軸載重，這對當前主要道路類型的路面——瀝青混合料路面提出了更高的質量要求。目前，提高瀝青混合料高溫穩定性的主要途徑有兩種：一是優化瀝青混合料集料級配設計，通過選用高質量集料并改變各檔集料比例，增大集料間內摩阻角;二是改性瀝青，提高其高溫狀態下的黏度及黏附性，從而提高混合料抗高溫變形能力。熱塑性彈性體SBS是瀝青改性劑中應用較廣的高溫穩定性改性劑，但其實際使用效果仍有可開發空間，本文以SBS改性瀝青為基礎，將納米TiO2與SBS復合改性瀝青，并研究納米TiO2與SBS復合改性瀝青混合料的路用性能。

目前，國內學者已經對納米TiO2及SBS改性瀝青展開研究，陳華鑫分析了SBS改性劑類型及劑量對改性瀝青的溫度敏感性、高低溫特性等方面的影響，得出了SBS改性瀝青細致的評價指標;葉超等人分析了納米TiO2改性瀝青混合料的綜合路用性能，得出了納米TiO2可提高改性瀝青混合料的高溫穩定性;楊群等人研究了納米TiO2改性瀝青的分散性及抗老化性，并得出了提高抗老化性能條件下納米TiO2的最佳摻量。

1 TiO2/SBS復合改性瀝青制備及其性能

1.1 原材料

基質瀝青為洛陽生產的70#道路石油瀝青，納米TiO2粉末由杭州萬景新材料有限公司生產，SBS粉末（苯乙烯丁二烯嵌段共聚物）由中石化茂名石化公司生產。

1.2 TiO2/SBS復合改性瀝青制備

本試驗采用的是高速剪切法（高速剪切混合乳化機）制備改性瀝青。將一定量熔融的流動態基質瀝青加入高速剪切機附帶器皿中，持續加熱并開動轉頭以2 400 r/min的轉速攪拌基質瀝青約5 min，同時保證溫度為165 ℃。將混合好的改性劑緩慢加入基質瀝青中進行改性，并調節剪切機轉速到6 000 r/min，高速剪切60 min，最后在125 ℃下充分溶脹，發育90 min。

1.3 改性瀝青性能分析

相關研究表明：納米TiO2質量分數為4%時，改性瀝青基本性能變化較小，且可提高瀝青的抗老化性能;SBS質量分數為5%時，改性瀝青相比基質瀝青體現出良好的感溫性。按不同改性劑比例分為5組，改性瀝青技術指標見表1。

相比較于基質瀝青，加入納米TiO2、SBS粉末瀝青的改性瀝青的針入度有所下降，且5%SBS改性瀝青針入度降幅最大達43.06%，納米TiO2對瀝青的針入度影響較小，SBS可提高瀝青的稠度;加入納米TiO2、SBS粉末瀝青的改性瀝青相對于基質瀝青軟化點有所提高，其中3%TiO2+5%SBS可提高瀝青軟化點約53.43%，說明SBS及納米TiO2對提高瀝青的熱穩定性有積極影響，SBS及納米TiO2粉末改性劑可在瀝青中發生溶脹，使得瀝青分子團質量變高，分子團之間吸引力變大，從而提高了各組團之間的黏聚力，提高了瀝青的熱穩定性;加入納米TiO2可大幅降低瀝青的延度，而SBS粉末可提高瀝青的延度。

2 TiO2/SBS復合改性瀝青混合料配合比設計

瀝青混合料的高溫抗車轍能力60%依賴于其集料間的嵌鎖作用，40%來源于瀝青的黏結作用。采用AC-16級配類型進行研究，集料級配見表2。采用基質瀝青作為比對方案（A組）及3種改性劑摻配試驗方案：B組（4%TiO2），C組（3% TiO2+4%SBS），D組（5%SBS）。

3 TiO2/SBS復合改性瀝青混合料路用性能

3.1 高溫穩定性

采用高溫車轍試驗進行4組的高溫穩定性評價，試驗結果如圖1所示。使用納米TiO2及SBS改性后的瀝青。

混合料較基質瀝青混合料體現出了良好的高溫穩定性，相比于5%SBS改性劑，3%TiO2+4%SBS改性劑對瀝青軟化點影響較小，對感溫性的降幅較低，但卻對瀝青混合料的高溫穩定性產生了較大的作用，相較于基質瀝青混合料動穩定度提高了75.5%。

3.2 水穩定性

瀝青混合料因水穩定性不足產生的瀝青路面“水損害”不容忽視，采用浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗進行4組的水穩定性評價，試驗結果如圖2、圖3所示。使用納米TiO2及SBS改性后的瀝青混合料均體現出了良好的水穩定性，其中單獨使用納米TiO2改性瀝青對瀝青混合料水穩定改善意義不大，使用納米TiO2及SBS復合改性瀝青混合料的浸水殘留穩定度達92.5%，凍融劈裂抗拉強度比達93.8%。

從高溫穩定性及水穩定性兩方面來看，TiO2對其改性瀝青混合料路用性能影響不大，但3%TiO2+4%SBS組合方式卻有著良好的路用性能表現。納米TiO2的加入與瀝青及SBS改性劑產生了物化反應，改善了SBS與瀝青之間的相容性，并且納米TiO2具有吸收紫外線的作用，對瀝青混合料的抗老化性起著重要作用，可以彌補SBS改性瀝青易老化的特性。

4 結語

?（1）摻加SBS降低了瀝青的針入度，提高了瀝青的軟化度，使改性瀝青具有更高的稠度及更低的感溫性，適量的TiO2對瀝青影響較少，3%TiO2+5%SBS摻配比的改性瀝青的基本性能最好。

?（2）SBS及納米TiO2改性劑均能提高瀝青混合料的高溫穩定性能及水穩定性，相比于4%TiO2改性瀝青混合料、5%SBS改性瀝青混合料及基質瀝青混合料，3%TiO2+4%SBS改性瀝青混合料的高溫穩定性及水穩定性更好。

?（3）納米TiO2會與瀝青及SBS改性劑發生物化反應，從而改善SBS與瀝青之間的相容性，使得其改性瀝青混合料表現出更為優秀的路用性能，并且納米TiO2具有吸收紫外線的作用，可以彌補SBS改性瀝青易老化的特性。

參 考 文 獻

[1]孫培，韓森，張洪亮，等.納米CaCO3/SBR復合改性瀝青及混合料的高溫性能[J].材料導報，2016，30（8）：122-126.

[2]楊群，葉青，劉奕.TiO2改性瀝青分散性與抗老化性能[J].同濟大學學報（自然科學版），2011，39（2）：263-265，281.

[3]葉超，陳華鑫，王闖.納米二氧化鈦改性瀝青混合料路用性能研究[J].中外公路，2010，30（3）：315-318.

[4]肖鵬，馬愛群.SBS物理改性瀝青與化學改性瀝青性能對比研究[J].公路交通科技，2006（9）：10-14.

[責任編輯：鐘聲賢]