SBS与PRM高模量剂复合改性沥青混合料性能研究

畅 晓 钰

(山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

随交通数量的不断增长，超载、重载现象的日益严重，沥青路面由此引发出的车辙、推移和壅包等病害问题愈来愈严重。这些路面病害致使路面结构层原有的承载能力下降，行车安全性、舒适性较差。对路面病害反复性的养护导致经济消耗巨大，同时路面病害也存在一定的安全隐患，因此亟需采取一种路用性能、耐久性优良的路面结构和材料。

通过高模量剂的添加可以提高混合料的模量，减小车辆荷载下路面结构层产生的变形，从而改善混合料的抗高温变形能力和疲劳性能，延长路面的使用寿命[1]。添加高模量剂生产出的混合料抗剪强度高，特别是在使用温度较高的情况下具备良好的稳定性，路面铺筑后在同等条件下结构承载力高，抗车辙性强[2]。尤其在重载、高温地区、长大纵坡等情况下应用可以有非常好的效果。

长安大学对高模量沥青路面进行了一系列研究[3]，通过室内试验及高速公路中的应用，提出了相关的配合比设计，能够进一步提高抗车辙能力和降低沥青用量。东北大学[4]对高模量沥青混合料的相关性能进行了室内试验，研究结果显示其各方面性能较优。杨朝辉[5]通过室内试验对添加三种不同高模量剂的混合料性能进行了试验研究，结果显示SBS与高模量剂共同改性的混合料路用性能较好。

本文分别对普通、SBS改性、SBS与高模量剂共同改性三种类型的混合料的高低温、水稳性进行了试验分析，并采用抗压强度、回弹模量和动态模量三种指标对其力学特性进行了评价。

1 试验

1.1 原材料

1)沥青。

本次试验采用SBS I-C改性沥青和70号A级普通沥青，其各项指标如表1，表2所示。

2)高模量剂。

本文采用高模量改性剂PRM进行试验，需存放于干燥处以防受潮。技术指标如表3所示。

1.2 混合料

采用AC-13混合料级配，选取规范中设计级配中值作为混合料的矿料级配，图1为AC-13型级配曲线。矿料选用石灰岩，分别制备普通、SBS改性、SBS与高模量剂共同改性三种沥青混合料，PRM的添加量为总质量的0.4%。

表1 国创SBS I-C改性沥青技术指标

表2 70号A级普通沥青技术指标

表3 PRM高模量剂技术指标

1.3 试验方案

按照行业标准JTG E20—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程中的要求，分别成型试件，采用车辙、低温弯曲、冻融劈裂试验测试试件的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性，采用抗压强度、回弹模量和动态模量来测试试件在荷载作用下抵抗破坏和永久变形的性能。

1.1 资料来源 随机抽取2017年6-12月本院辖区内5所幼儿园2～5岁儿童作为研究对象，共计对614名儿童进行皮肤检查，其中男357名，女257名；2岁、3岁、4岁和5岁分别为140名、173名、168名和133名。

2 作用机理

高模量剂通过外掺的方法加入到混合料中，添加后经过拌和过程与集料在高温条件下发生碰撞、剪切，产生熔融，均匀的分散到混合料中，并与沥青发生胶结，在高温施工碾压作用下，高模量剂变软填充到混合料中，增加了其密实程度，材料间的作用力变大。高模量剂添加后与矿料产生嵌挤，与沥青产生胶结，提升了混合料的模量和承受荷载性能，从而大大提升了混合料的耐久性。

3 结果与讨论

3.1 路用性能分析

3.1.1高温稳定性

车辙试验可反映混合料在高温条件下，受到荷载作用抵抗发生形变的能力，三种混合料类型试件的试验结果如图2所示，60 min试验结束后的总变形量如图3所示。由试验结果可知，相比普通和SBS改性沥青混合料，采用SBS与PRM高模量剂共同改性的混合料试件动稳定度测试值分别提升了255%，79%，车辙总变形量分别降低了63%，38%。PRM的掺加明显提高了试件的高温性能和抵抗永久变形的性能。SBS与PRM高模量剂共同改性后混合料抵抗高温车辙变形的能力较优。

3.1.2低温抗裂性

通过小梁低温弯曲破坏试验，对三种混合料类型试件的低温性能进行研究分析，测试结果如图4所示。相较于普通沥青混合料，SBS改性和SBS与PRM高模量剂复合改性后弯拉强度、弯拉应变均有一定程度的提升，两者相差不大，添加PRM会导致SBS改性混合料低温弯拉应变稍微减小，但从弯曲劲度模量结果分析，掺加PRM后有所增加。因此，SBS与PRM复合改性混合料的低温性较为良好，也可以采取添加纤维等方式对低温性进一步改善[6]。

3.1.3水稳定性

采用冻融劈裂试验对三种混合料类型试件的水稳性进行研究分析，试件经过冻融及未冻融过程，测得的劈裂强度数值结果如图5所示。未进行冻融试件的劈裂强度分别为0.86 MPa,0.91 MPa,0.94 MPa，冻融后的劈裂强度分别为0.71 MPa，0.79 MPa，0.83 MPa，冻融劈裂残留强度比分别为82.6%，86.8%，88.3%。结果表明，SBS与PRM共同改性作用下混合料的抗水损害性能为最佳。PRM高模量剂在沥青混合料中起到填充密实作用，同时在高温拌和中熔融吸附一部分沥青，起到粘结增强作用，因此增强了劈裂强度和水稳定性能。

3.2 力学性能分析

混合料的回弹模量体现了结构层材料抵抗可恢复变形的性能，抗压强度反映其抵抗荷载破坏的能力。本文采用20 ℃条件下的单轴压缩试验对三种混合料类型的抗压强度和回弹模量进行检测，试验结果如图6，图7所示。三种不同混合料类型的抗压强度和回弹模量结果均为：SBS与PRM复合改性混合料>SBS改性沥青混合料>普通沥青混合料，相较于另两种混合料，SBS与PRM共同改性后的混合料试件抗压强度分别提升了63%,41%，回弹模量分别提升了59%,10%。由结果可知，在受到荷载作用时，SBS与PRM复合改性作用下混合料的抵抗破坏和变形的性能较好。

3.2.2动态模量

路面在实际运营中的力学特性与静态作用下有一定的差别，本文根据实际受力情况的角度，通过测试三种混合料类型试件的动态模量来对其力学性能评价。在不同温度条件下三种混合料类型试件的动态模量检测结果如图8所示。

由图8可知，三种不同混合料类型的试件动态模量均随频率的增加而增加，随温度的升高而减小。在0 ℃，20 ℃，40 ℃和60 ℃温度下，动态模量试验测试结果均为：SBS与PRM共同改性混合料>SBS改性沥青混合料>普通沥青混合料。相对而言，在40 ℃和60 ℃温度较高情况时，SBS与PRM共同改性混合料试件的动态模量增长较明显，表明其在高温、高速行驶的荷载情况下，具备更好的抵抗变形性能。

4 结语

1)SBS与PRM共同改性作用下混合料具备较优的高温性和抵抗永久变形的能力。相比于普通和SBS改性沥青混合料，车辙动稳定度检测值提升了255%，79%，车辙总变形量降低了63%，38%。

2)SBS改性和SBS与PRM共同改性作用下混合料的低温性良好，两者相差较小，相比普通沥青混合料均有一定程度的提升。

3)三种混合料类型中SBS与PRM共同改性作用下混合料的抗水损害能为最佳。PRM高模量剂起到填充密实、粘结增强的作用，提升了水稳定性能。

4)SBS与PRM共同改性混合料的抗压强度分别提升了63%，41%，回弹模量分别提升了59%，10%。在温度较高情况下，动态模量的增长相对较明显。具备较优的力学特性，抵抗荷载破坏和变形的性能较好。尤其在温度较高的情况下，具备更好的抵抗变形的能力。