TLA和SBR復合改性瀝青工作性能試驗研究

摘要：文章選用70#重交道路石油瀝青，添加不同比例的TLA和SBR制備復合改性瀝青，通過調控摻量比例，進行性能試驗，探究影響機制，旨在為耐久性瀝青路面建設提供參考。試驗結果顯示：TLA和SBR的摻入提高了瀝青的硬度和粘稠性，但TLA過多會降低瀝青的延度，影響其低溫性能；SBR的加入有效提升了瀝青的低溫延度，改善了瀝青的柔順性；合理控制TLA和SBR摻量，可制備出性能優良的復合改性瀝青。

關鍵詞：石油瀝青；復合改性；常規性能；針入度

中圖分類號：U414.1" " 文獻標識號：A" " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.006

文章編號：1673-4874（2024）11-0018-04

引言

在公路建設中，瀝青路面因出色的粘彈性、柔韌性和變形能力成為優選材料，可提升駕駛舒適度，降低噪音，且施工簡便、維護周期短、材料可循環，實用價值高的優點。然而，交通流量增加和貨車超載易導致瀝青路面出現早期損壞，影響使用壽命和服務質量。行業內嘗試使用SBS、SBR等改性劑來優化瀝青性能：邵斐［1］以SK 70#瀝青為基礎材料，制備了不同SBS含量的改性瀝青，并重點研究了SBS改性乳化瀝青在環保、節能以及高低溫性能方面的優勢，通過深入的基礎性能分析和流變性能研究，成功優化了SBS乳化改性瀝青的生產工藝條件，顯著提升了其儲存性能和施工性能。李藝銘［2］針對SBR改性瀝青的高溫穩定性和抗老化性能進行了深入研究，采用物理共混法，將丁苯橡膠（SBR）和熱塑性酚醛樹脂（PF）加入基質瀝青中，制備出樹脂橡膠改性瀝青（PSBR），并通過一系列物理性能試驗，驗證了PSBR及其混合料在高低溫和耐候性能方面的顯著優勢，為瀝青路面的耐久性提升提供了新的思路。李夢月［3］同樣運用物理共混法，通過向基質瀝青中加入丁苯橡膠（SBR）和熱塑性酚醛樹脂（PF）進行綜合改性，成功探索出兩種技術路徑，制備出性能卓越的高模量瀝青，并有效改善了SBR膠乳改性硬質瀝青混合料的疲勞性能。這些研究不僅豐富了瀝青改性的技術手段，也為我國瀝青路面的建設提供了寶貴的經驗和啟示，推動了道路工程技術的不斷進步。但高摻量易導致瀝青出現離析，會降低其穩定性，且成本高昂、生產難度大。因此，本文創新性地提出采用TLA與SBR進行復合改性，通過調控其摻量比例，進行性能試驗，探究影響機制，旨在為耐久性瀝青路面建設提供參考。

1試驗

1.1試驗原材料

瀝青作為瀝青混合料的重要組成部分，其作用是粘結瀝青混合料中的粗集料、細集料和礦粉，其中能夠決定瀝青混合料路用性能好壞的關鍵在于瀝青的品質。本文將70#基質瀝青和TLA/SBR改性劑進行復配，其中瀝青和礦料均按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG-F40-2004）要求進行了試驗檢測（檢測結果如表1所示）。測試結果符合要求［4］。

在瀝青混合料中，粗集料主要起到的作用是承載和充當骨架的作用。本文選用石灰石作為試驗的粗集料，要求選用的粗集料表面粗糙、潔凈、干燥，顆粒形狀棱角分明。將粗集料的粒徑控制在三檔內，分別是3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm（檢測結果如表2所示）。細集料在瀝青混合料中主要起到的是填充和加固的作用，添加細集料能夠提高瀝青混合料的密實性，提高瀝青混合料的模量。要求選用的細集料棱角分明，顆粒表面潔凈干燥（檢測結果如表3所示）。

本次試驗所使用的礦粉通常是憎水性石料研磨所得，要求其要保持干燥、潔凈的狀態，檢測結果如表4所示。

本文主要使用TLA和SBR兩種改性劑。TLA為黑色固狀物，與基質瀝青相融不易離析。TLA的瀝青質和灰分能改變基質瀝青成分，使結構由溶膠型轉為凝膠型，灰質提升黏度，增強抗車轍性能。本文采用BS-3690標準，TLA檢測結果見表5。

SBR改性劑是一種有機聚合物改性劑，將其加入到基質瀝青中后能夠吸收油分產生溶脹反應，發育成為網狀結構，加強瀝青結合料的韌性。SBR改性劑的技術指標如表6所示。

1.2混合料制備

將70#瀝青放入160 ℃的烘箱里，將TLA放入180 ℃的烘箱里，待70#瀝青和TLA變成流體狀態后取出；然后將稱量好的SBR倒入液化的70#瀝青里，使用攪拌器攪拌15 min使其發育溶脹，攪拌期間要保障70#瀝青的溫度；隨后將稱好的TLA倒入攪拌好的改性瀝青中，用高速剪切儀以5 000 r/min的速度對改性瀝青剪切45 min，剪切完畢后復合改性瀝青制備完畢。

2測試結果

將0、2%、3%、4%摻量的SBR和5%、10%、20%、30%摻量的TLA進行組合制成改性瀝青，再對復合改性瀝青進行針入度、布氏旋轉黏度和延度等瀝青基本性能試驗，以檢驗出改性瀝青的感溫性能、熱穩定性、塑性和粘滯性等性能。

2.1針入度

瀝青的性質隨著溫度而改變，這指的就是瀝青的感溫性能。目前我們國內對瀝青的感溫性能進行評價，通常都是通過測試瀝青的針入度指數來獲得。根據我國《公路工程瀝青以及瀝青混合料試驗規程》的（T0604-2000）要求進行測試，試驗結果如下頁表7所示。表7為TLA和SBR摻量對瀝青混合料針入度指數的影響：隨著溫度升高，針入度指數增大，表明瀝青變軟、黏度降低。同時，隨著TLA和SBR摻量的增加，針入度指數均呈下降趨勢，說明這兩種摻料都能增加瀝青的硬度和黏度。比較而言，SBR對針入度指數的影響似乎更為顯著。這些數據有助于理解瀝青性能并優化其配方。

為準確評估瀝青高溫性能并減少蠟含量干擾，引入當量軟化點T800指標，通過線性回歸和15 ℃、25 ℃、30 ℃的當量軟化點數據，計算系數A和K，再利用這些系數，按式（1）計算得出T800。

T800=1g800-KA=2.903 1-KA（1）

當量脆點可以采用式（2）計算得到。

T1，2=11.2g-KA=0.079 2-KA（2）

試驗結果見表8。由表8可知，添加TLA后，瀝青當量軟化點和脆點上升。10%TLA能使瀝青脆點升0.9 ℃，軟化點升5.6 ℃，高溫性能增強，低溫性能影響小。隨TLA摻量增加，脆點和軟化點持續上升。20%TLA時，脆點超-10.3 ℃，軟化點升8.1%，高溫性能提升但低溫抗裂性下降。30%TLA時，脆點再升，軟化點升，進一步證實TLA增加提升高溫性能，但降低低溫抗裂性。因此，為保持瀝青綜合性能，TLA摻量應≤30%。加入2%SBR后，瀝青當量脆點明顯下降，軟化點上升0.7 ℃，提升了低溫性能而不影響高溫性能。當SBR摻量2%與不同摻量的TLA組合時，TLA摻量越少，對瀝青當量脆點改進效果越好。增加SBR至4%并與30%TLA組合，當量脆點達-12.4 ℃，表明SBR摻量對瀝青低溫抗裂性能改善顯著。

2.2布氏黏度

瀝青黏度是其流動性能的關鍵指標，高黏度瀝青能增強抗摩擦和碾壓能力，延長使用壽命。如表9顯示，SBR和TLA的添加顯著提升了瀝青黏度。TLA摻量增加，瀝青黏度增長加快，尤其當TLA摻量達30%時，黏度激增1 510 cp。這是因為TLA高瀝青質含量增強了瀝青黏度。但過高的黏度會影響攪拌和壓實，需控制TLA摻量，并用SBR復合改性以平緩黏度增長。與基質瀝青相比，改性瀝青黏度提升且符合規范，恢復力增強，性能優異。合理選擇改性劑和摻量，可制備出優質的復合瀝青，滿足道路建設需求。

2.3延度

瀝青的延度與自身的低溫抗裂性能有著密切的關系［5］。延度的試驗結果如表10所示。從表10試驗結果可以看出，當瀝青中TLA的摻量為5%時，瀝青的延度會有所下降。如果瀝青中只摻入30%的TLA時，瀝青僅有5 cm的延度，瀝青如處于低溫環境下會很容易發生脆斷，因此瀝青的延度太小會不滿足施工規范要求。這就說明瀝青中TLA的摻量會嚴重影響自身的低溫性能，因此結合工程實際施工的規范，TLA的摻量應≤30%。但在試驗中，當向瀝青摻入了SBR后，瀝青的延度得到了顯著的提升，并且隨著瀝青中SBR摻量的增加，瀝青的延度也在不斷增加。在摻入了3%的SBR和5%的TLA后，復合改性瀝青的5 ℃延度已經超過了基質瀝青。當TLA的摻量＜20%時，SBR的低溫延度提升會比較明顯，但是當TLA的摻量＞20%后，SBR的低溫延度提升效果將會逐漸下降，這就需要相應提升SBR的含量來充分混溶TLA。

3結語

本文通過對70#重交道路石油瀝青添加不同比例的TLA和SBR作為改性劑，制備了TLA/SBR復合改性瀝青，并對其性能進行測試和分析。根據試驗結果，得出以下結論：

（1）瀝青硬度增加：加入不同摻量的TLA和SBR后，瀝青的針入度顯著降低，表明瀝青的硬度有所增加。特別是TLA對瀝青的影響更為顯著，當TLA摻量＞30%時，需要相應增加SBR的摻量以促進其混溶。

（2）瀝青粘稠性增強：隨著TLA摻量的增加，瀝青的黏度逐漸增大，表明瀝青的粘稠性增強。然而，在加入SBR后，黏度增長的趨勢變得較為平緩，這可能是由于SBR的加入改善了瀝青的流動性。

（3）低溫性能影響：加入TLA后，瀝青的延度顯著下降，可能對瀝青的低溫性能產生不利影響［6］。特別是在TLA摻量＞30%時，瀝青的低溫性能會顯著下降。然而，通過加入SBR，瀝青的低溫延度得到了提升，有效改善了瀝青結構在低溫下的柔順性。

綜上所述，通過合理控制TLA和SBR的摻量，可以制備出具有優良性能的復合改性瀝青，這對于公路建設來說具有重要意義，能夠提供更可靠的材料基礎。建議在實際應用中，根據具體需求和條件，合理選擇TLA和SBR的摻量，以達到最佳的改性效果。同時，還需要進一步研究瀝青復合改性的機理和性能變化規律，為公路建設提供更全面的材料選擇和技術支持。

參考文獻：

［1］邵斐.SBS改性乳化瀝青的制備工藝研究［D］.上海：華東理工大學，2021.

［2］李藝銘.樹脂橡膠改性瀝青及其混合料耐候性的研究［D］.哈爾濱：東北林業大學，2021.

［3］李夢月.基于硬質瀝青與SBS改性瀝青分別制備的高模量瀝青性能研究［D］.濟南：山東建筑大學，2022.

［4］姜添鏹.微膠囊型自愈合瀝青制備與性能研究［D］.重慶：重慶交通大學，2023.

［5］魏巧.生物柴油-塑料裂解蠟復合溫拌瀝青及其混合料性能研究［D］.重慶：重慶交通大學，2020.

［6］王思恬.青川巖瀝青/SBR復合改性瀝青及其混合料的路用性能研究［D］.重慶：重慶交通大學，2019.

作者簡介：黃佩佩（1988—），工程師，主要從事道路工程項目施工質量和材料檢測研究工作。

收稿日期：2024-05-16