SBR胶粉温拌直投改性沥青及混合料的性能试验

顾小安 钱海涛 张 璠

沥青混凝土路面以其众多的优点成为当前我国高等级公路主要的路面结构形式。我国沥青路面结构的中上面层较多采用改性沥青，下面层采用普通沥青，其中SBS改性沥青由于其优良的高低温性能得到了广泛的应用［1］。SBR用于沥青改性对沥青的低温性能有很大提升，但因高温对其活性的影响较大，而且高温剪切的SBR改性沥青生产工艺也会对改性沥青的性能产生较大影响，导致SBR改性沥青的实际使用质量效果无法得到很好的发挥［2］。温拌沥青混合料技术是在沥青混合料拌和过程中添加温拌剂，使沥青混合料的拌和及摊铺温度降低15～30℃，减少传统热拌沥青混合料带来的诸多问题［3］。利用温拌技术在拌和楼直接投放SBR胶粉生产改性沥青混凝土从技术角度考虑应该是可行的，可以保证SBR沥青的性能，但需要通过试验验证其实际性能情况，考核其技术合理性，从而有利于促进SBR改性沥青混凝土的工程应用。

1 SBR胶粉现投改性沥青试验

随着近些年材料科学的进步，SBR胶粉的加工工艺得到改善，使得SBR胶粉的高温稳定性和高温性能得到很大提高，而且高速高温剪切制备的SBS改性沥青价格较高，这为SBR胶粉直接添加改性沥青的应用提供了新的机遇与途径。笔者选用山东高氏SBR胶粉和淄博桥隆SBR胶粉作为添加剂，通过室内直投的方法对镇江壳牌70号沥青进行改性制备SBR改性沥青，并对不同掺加剂量SBR改性沥青的3大指标进行测试分析，见表1。

表1 不同SBR胶粉掺量的改性沥青3大指标变化情况

由表1可见，随着SBR胶粉掺量的增加，2种不同SBR胶粉改性沥青的针入度均逐渐降低，软化点逐渐升高，低温延度也逐渐增加，但高氏SBR胶粉的改性效果优于桥隆SBR胶粉，特别是延度指标的变化尤为明显。

为获取SBR改性沥青的长期使用性能，对2种SBR胶粉改性沥青在163℃薄膜烘箱老化后的性能指标进行了测试，见表2。

表2 不同SBR胶粉掺量的改性沥青老化后3大指标变化情况

对照表1和表2的测试结果可知，不同SBR胶粉掺量的2种SBR胶粉改性沥青老化后针入度、软化点和延度的变化规律与老化前一致，且老化后的针入度较老化前略有减小，软化点较老化前略有增长，但延度指标下降明显，甚至达不到《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004）中SBS改性沥青I－D的要求。分析其原因，这是SBR胶粉在高温环境下带来的活性下降、稳定性不佳的结果［4］。因此可以考虑在SBR改性沥青制备过程中引入温拌技术添加温拌剂来降低沥青及其混合料的加热温度，从而提高SBR胶粉在沥青中的稳定性和分散的均匀性，保证其使用性能。

2 SBR温拌现投改性沥青的性能改善

室内试验以掺量为4%的高氏SBR改性沥青为基础，按照占沥青比例3%，4%和5%的掺量加入RH温拌剂和益路温拌剂进行沥青性能试验，老化前后3大指标的测试结果见表3。

表3 不同温拌剂掺量下SBR改性沥青老化前后3大指标的变化情况

由表3可见，温拌后SBR改性沥青较温拌前的针入度略有下降、软化点及延度提高显著，且老化后残留比较高，这表明温拌剂的加入有助于改善SBR改性沥青的流动性，改善沥青的性能。在经旋转薄膜烘箱老化后，不同温拌剂掺量SBR改性沥青的3大指标的变化规律与老化前一致，而且相比老化前，SBR改性沥青的针入度减小，软化点升高，延度减小，这表明老化后的SBR改性沥青黏度增大，韧性减小，沥青的性能降低。掺加益路温拌剂SBR改性沥青的性能略优于掺加RH温拌剂的SBR改性沥青，而且延度指标也能满足《规范》中SBS改性沥青I－D的要求。

3 SBR胶粉温拌直投改性沥青混合料性能试验

为全面衡量SBR胶粉温拌直投改性的性能，还需对混合料进行测试分析，重点对其高低温性能及稳定性进行试验验证。前述室内沥青性能试验结果证明，用高氏SBR胶粉制作的SBR改性沥青性能优于桥隆SBR改性，因此这里考虑主要采用高氏SBR改性沥青进行温拌混合料的性能试验，混合料拌和温度降低至135～155℃。为综合评定沥青混合料路用性能，拟定6种方案进行对比分析，见表4。

由于沥青混合料的耐久性依赖于沥青与集料之间的粘结性能，虽然施工方法、交通条件、环境因素以及混合料的性质对沥青路面性能也有影响，但水和矿料的作用是影响沥青路面耐久性的主要因素之一［5］，因此对以上6种沥青混合料方案进行马歇尔试验和浸水马歇尔实验性能对比，测试结果见图1。试验反映出，70号沥青的稳定度和浸水稳定度均最小，在添加SBR胶粉后，其稳定度和浸水稳定度都得到大幅提高，但仍低于SBS改性沥青混合料。方案五和方案六加入温拌剂后，SBR改性沥青混合料的稳定度和浸水稳定明显增长，甚至好于SBS改性沥青混合料。因此，SBR胶粉对提高普通沥青混合料的水稳定性和高温稳定性都有良好的效果，特别是采用温拌技术后，其水稳定性和高温稳定性能更佳。

图1 各方案的稳定度和浸水稳定度变化情况

高温稳定性是指沥青混合料在高温条件下，能够抵抗车辆荷载的反复作用，不发生显著永久变形，保证路面平整度的特性，是路面使用性能的重要指标之一［6］。车辙试验是评价沥青混合料在规定高温温度条件下抵抗塑性流动变形能力的方法，本试验对6种沥青混合料在60℃、0.7 MPa条件下的动稳定度进行测试，测试结果见图2。

图2 各方案车辙试验动稳定度变化情况

从测试结果可知，各方案沥青混合料车辙板试件的空隙率基本控制在4.0%左右，符合《规范》的要求。各方案沥青混合料车辙试件在60℃下的变形基本在3.0～4.0 mm之间，表明AC－20型密级配沥青混合料具有较好的抗车辙性能，而且改性沥青的高温稳定性明显优于普通重交70号沥青，其动稳定度基本达到普通重交70号沥青的3倍左右。SBS沥青混合料的动稳定度最大，表明其高温稳定性最佳，而添加益路温拌剂的高氏SBR沥青混合料的动稳定度与其十分接近，也表现出良好的高温稳定性。与桥隆SBR沥青混合料的动稳定度相比，高氏SBR沥青混合料较大，动稳定度的增幅达到15%以上，表明高氏SBR温拌改性沥青混合料的高温稳定性能较好。

采用劈裂试验和冻融劈裂试验可评定沥青混合料的强度及低温抗开裂性能。对6种方案的劈裂试验结果见表5。

表5 劈裂试验和冻融劈裂试验测试结果

由表5可以看出70号普通重交沥青的劈裂强度最低，而SBS沥青混合料与SBR改性沥青混合料的劈裂强度相当，SBR改性沥青混合料的劈裂强度还略优于SBS改性沥青，这表明SBR改性沥青混合料自身就具有良好的抗裂性，而在加入温拌剂后，SBR沥青混合料的劈裂强度还进一步得到增长，温拌SBR沥青混合料抗裂性能有改善作用。经冻融循环后，各方案沥青混合料的劈裂强度都有一定程度的衰减，特别是70号重交沥青的衰减尤为明显，下降幅度达到了23%，但仍能满足《规范》的要求。5种改性沥青混合料劈裂强度残留比基本在90%左右，表明改性沥青混合料的低温开裂性能均较好，相比普通重交沥青具有明显的提高，而温拌SBR沥青混合料的抗冻开裂能力还明显占优。

4 结论

SBR用于沥青改性对沥青的低温性能有很大提升，但因高温对其活性影响较大，容易导致SBR胶粉的老化和离析。本文采用温拌技术对SBR沥青改性存在的高温不稳定问题进行改进，并通过大量的室内试验进行试验验证，得出如下结论：

（1）随着SBR胶粉掺量的增加，SBR改性沥青的针入度逐渐降低，软化点逐渐升高，延度也逐渐增加。

（2）相比老化前，SBR改性沥青老化后的延度指标下降明显，常常低于规范改性沥青的要求，需要采取技术措施提高性能。

（3）在降低温度拌和后SBR改性沥青的各项性能指标得到显著提升，老化后的各项指标均能符合规范的要求。

（4）SBR胶粉温拌直投改性沥青混合料的水稳定性、高温稳定及低温抗裂性等较不掺加温拌剂的SBR改性沥青混合料均有大幅提升，与SB改性沥青的性能相当，因此具有广阔的工程实践应用前景。

［1］ 严绍洋，秦永春，石小培，等.温拌沥青混合料在永武高速公路路面下面层的应用［J］.公路，2012（12）：81－84.

［2］ 周吉萍，徐春梅，毛 宇，等.SBR胶粉改性沥青的研究［J］.石油沥青，2008，22（4）：62－65.

［3］ 秦永春，黄颂昌，徐 剑，等.基于表面活性剂的温拌SMA混合料性能［J］.建筑材料学报，2010，13（1）：27－29.

［4］ 张敏江，焦兴华，陈 刚.SBR改性沥青老化动力性能［J］.沈阳建筑大学学报：自然科学版，2009，25（3）：478－481.

［5］ 李 喆，张崇尚，徐 鹏.基于低温性能的复合改性沥青及沥青混合料性能研究［J］.交通标准化，2011（20）：51－54.

［6］ 尹应梅，张荣辉.Evother m温拌SBR改性沥青高温性能研究［J］.公路工程，2010，35（4）：39－41.