SBS改性瀝青混合料中青川巖瀝青最佳摻量的研究

趙伯劍

(廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001)

0 引言

高速公路作為現代經濟社會發展的重要標志，是建設現代化交通強國的重要基礎設施，代表著速度和效率。目前我國新建道路設計中采用最多的路面結構為瀝青路面，然而在道路設計過程中，設計師通常會將交通量設計得較為保守，且綜合車輛重型化、路面質量控制不夠嚴格以及天氣因素等影響下，瀝青路面使用壽命往往達不到設計使用壽命。因此在道路設計的初期，往往會選擇在瀝青混合料中摻加改性劑，以此來提高瀝青路面各項路用性能，延長瀝青路面的使用壽命。

SBS作為瀝青改性劑，可以顯著改善瀝青混合料的路用性能，然而其仍然存在一定的局限性，無法做到全面提升瀝青混合料性能。因此通過采用不同種類和用量的改性劑對改性瀝青混合料進行化學或物理的共同改性，可有效提高瀝青混合料路用性能。伊慶剛、王思恬等[1-3]在SBR改性熱再生瀝青混合料中添加了青川巖瀝青，并探討了青川巖瀝青對其路用性能的影響，最終確定SBR改性瀝青混合料中青川巖瀝青的最佳用量為8%。陳立平、游鵬等[4-6]將青川巖瀝青作為改性劑，并將其與基質瀝青混合料進行拌和，著重分析了其制備工藝與性能優化。陸兆峰、鄭方等[7-8]對巖瀝青進行了紅外光譜、熒光顯微鏡等微觀試驗，從微觀角度探討了其改性機理。李林萍等將4種巖瀝青分別應用到實際的路面工程中，發現瀝青性能的傳統評價指標并不適用于巖瀝青，將巖瀝青使用在中、下面層會達到最佳的路用效果[9]。

目前在SBS改性瀝青混合料中摻加青川巖瀝青已成為復合改性瀝青混合料的一種重要手段，然而對青川巖瀝青摻量的研究還很少，因此本文以摻入青川巖瀝青的SBS改性瀝青混合料為研究對象，針對其各項路用性能展開了研究，最后確定了青川巖瀝青的最佳摻量。

1 試驗材料與方法

1.1 瀝青材料

本試驗采用SBS含量為4%的成品SBS改性瀝青，來自東莞泰和瀝青產品有限公司，其性能指標主要見表1；采用的青川巖瀝青來自于四川省青川縣，其性能指標見表2。

表1 SBS改性瀝青的主要性能指標表

表2 青川巖瀝青的主要性能指標表

1.2 礦料及級配

本研究所采用的瀝青面層的礦料為石灰巖碎石和石灰巖機制砂，其基本性能指標依據《公路工程集料試驗規程(JTG E42 -2005)》進行檢測后均能符合試驗規范，本文選用AC-13瀝青混合料，級配如下頁表3所示。

表3 瀝青混合料級配組成表

1.3 試驗方法

最佳瀝青含量由標準馬歇爾擊實試驗確定，然后根據最佳瀝青含量制備試件以及開展混合料試驗。在試驗過程中，為了對目標級配混合料進行均勻預熱，將預熱溫度控制在175 ℃，此外對混合料進行室內試驗時，采用“干法”工藝；將不同摻量(0、2%、3%、4%、5%)的青川巖瀝青與礦料均勻混合，然后摻入SBS改性瀝青，拌和溫度控制為165 ℃，試件成型溫度控制為155 ℃。此外，巖瀝青中含有灰分，本研究采用等量的礦粉替代，以下將摻有青川巖瀝青的SBS改性瀝青混合料簡稱為“巖復合改性瀝青混合料”。

對不同摻量(0、2%、3%、4%、5%)下的巖復合改性瀝青混合料分別進行各項試驗以評價其路用性能，包括高溫、低溫、疲勞試驗以及水穩定性試驗。其中，疲勞試驗采用靜壓成型法制備試件，微應變水平條件控制為800με。

2 青川巖瀝青摻量對復合改性瀝青混合料路用性能的影響

2.1 高溫穩定性

瀝青混合料中評價高溫性能的試驗包括車轍試驗，而動穩定度和車轍變形量則是車轍試驗的重要評價指標，DS值越大，瀝青高溫抗車轍性能就越好，而車轍變形量越小其性能越好。對不同摻量(0、2%、3%、4%、5%)下的巖復合改性瀝青混合料進行車轍試驗，DS結果如圖1所示，車轍變形量結果如圖2所示。

由圖1可知：AC-13瀝青混合料的DS隨著青川巖瀝青摻量的增加而隨之增大，相較于未添加巖瀝青的改性瀝青混合料，添加了2%、3%、4%、5%青川巖瀝青的巖復合改性瀝青混合料的DS值分別增加了1.09倍、1.30倍、1.37倍和1.34倍，且均符合規范要求。此外，當青川巖瀝青摻量從0%增加到4%時，AC-13復合改性瀝青混合料的DS逐漸提升，而摻量從4%增加到5%時，DS值卻呈下降趨勢，這說明DS值在青川巖瀝青的摻量為4%時達到最大。因此，青川巖瀝青的摻量并不是越多越好，混合料高溫性能的提升與青川巖瀝青摻量之間并非呈簡單的線性關系，而是單峰曲線關系。

由圖2可知：隨著青川巖瀝青含量的增加，巖復合改性瀝青混合料的變形量隨之降低，對其進行指數擬合，其擬合精度為0.997。相較于未添加青川巖瀝青的改性瀝青混合料，添加了2%、3%、4%、5%青川巖瀝青的巖復合改性瀝青混合料的車轍變形量分別降低了0.124 mm、0.193 mm、0.333 mm、0.512 mm，即青川巖瀝青的加入可有效提高巖復合改性瀝青混合料的高溫抗變形能力。這主要是因為青川巖瀝青中含有瀝青質，瀝青質不但具有較高的高溫穩定性而且其分子質量較大，從而使得巖復合改性瀝青混合料的黏度與硬度增大，促使其高溫抗變形能力變強。

圖1 巖復合改性瀝青混合料的動穩定度值曲線圖

圖2 巖復合改性瀝青混合料的車轍變形量曲線圖

2.2 低溫彎曲試驗

對不同摻量(0、2%、3%、4%、5%)下的巖復合改性瀝青混合料進行低溫彎曲試驗，其最大彎拉應變結果如圖3所示。

圖3 巖復合改性瀝青混合料的最大彎拉應變曲線圖

由圖3可知：相比單一的SBS改性瀝青混合料，隨著青川巖瀝青用量的增加，巖復合改性瀝青混合料的最大彎拉應變卻在逐漸減小，對其進行指數擬合，其擬合精度為0.992。說明青川巖瀝青摻量的增加會導致混合料抵抗破壞的能力減弱，這是由青川巖瀝青中瀝青質的含量較多以及灰分等物質含量較少所致。在低溫環境中，瀝青質含量過多，則改性后的瀝青混合料會變硬變脆；灰分礦物含量較少，則改性后的瀝青混合料低溫抗變形能力會隨著溫度的下降而降低。因此青川巖瀝青雖然能夠提高改性瀝青混合料的高溫穩定性，但同時卻會降低其低溫性能。

2.3 水穩定性

對不同摻量(0、2%、3%、4%、5%)下的青川巖復合改性瀝青混合料進行凍融劈裂試驗，其凍融劈裂強度比如圖4所示。

圖4 巖復合改性瀝青混合料的凍融劈裂強度比曲線圖

由圖4可知：隨著青川巖瀝青用量的增加，瀝青混合料的凍融劈裂強度比先增大后減小，在青川巖瀝青摻量為4%時，達到最大值；與未摻加巖瀝青的SBS改性瀝青混合料相比，隨著青川巖瀝青用量的增加，巖復合改性瀝青混合料的凍融劈裂強度比分別提高了5.0%、9.9%、11.7%、10.5%。這主要是由于青川巖瀝青的含氮量高，且主要以官能團的形式存在，這使得青川巖瀝青不僅具有較好浸潤性，其抵抗自由氧化基的能力也在不斷增強，因此青川巖瀝青不僅增加了改性瀝青膠漿的黏度，還可以增加瀝青與礦料間的吸附作用，使瀝青不易從集料表面剝落。

2.4 疲勞壽命

對不同摻量(0、2%、3%、4%、5%)下的巖復合改性瀝青混合料進行疲勞試驗，其疲勞壽命如圖5所示。

圖5 巖復合改性瀝青混合料的疲勞壽命曲線圖

由圖5可知：在相同應變水平條件下，隨著青川巖瀝青用量的增加，巖復合改性瀝青混合料的疲勞壽命逐漸增大，對其進行線性擬合，其擬合精度為0.992；在800με的高應變下，巖復合改性瀝青混合料的疲勞壽命相比未摻入巖瀝青的SBS改性瀝青混合料提升了約11.8%、16.8%、21.1%、29.0%。這表明在重載交通條件下，摻入適量的青川巖瀝青可以在一定程度上提高SBS改性瀝青混合料的抗疲勞性能。

3 結語

本文通過對添加了不同摻量青川巖瀝青的SBS改性瀝青混合料開展各項性能試驗后的結果進行分析，得出以下結論：

(1)在SBS改性瀝青混合料中摻入巖瀝青，可以改善巖復合改性瀝青混合料的高溫性能、水穩定性能以及延長其疲勞壽命，然而摻入的巖瀝青越多，巖復合改性瀝青混合料的低溫性能反而越差。

(2)青川巖瀝青用量從0增加到4%時，巖復合改性瀝青混合料的動穩定度、凍融劈裂強度比和疲勞壽命逐漸提高而車轍變形量逐漸變小，用量從4%增加到5%時動穩定度、凍融劈裂強度比呈下降趨勢；相反，最大彎拉應變值不斷降低，但仍滿足規范值。因此綜合瀝青混合料的各項路用性能，本文推薦在SBS改性瀝青混合料中摻入4%的青川巖瀝青。

(3)青川巖瀝青的用量與復合改性瀝青混合料的車轍變形量、最大彎拉應變都呈指數關系遞減，而與疲勞壽命呈線性關系遞增。