辽宁省典型改性沥青综合性能试验对比研究

王磊

摘要：针对辽宁省常见改性沥青类型，基于针入度体系，开展室内实验研究，得到了SBS改性沥青、SBR改性沥青、橡胶沥青、胶粉改性沥青及湖沥青（TLA）改性沥青的针入度、软化点、延度、旋转粘度等关键技术参数及老化后的性能指标。在此基础上，对不同改性沥青的路用性能进行评价并推荐了适用范围。

关键词：改性沥青;路用性能;针入度;延度;软化点

辽宁省地方公路应用的改性沥青种类主要类型包括SBS改性沥青、SBR改性沥青、高模量沥青、橡胶沥青、胶粉改性沥青、湖沥青改性沥青，其中应用比较广泛的是SBS改性沥青和橡胶沥青及胶粉改性沥青。自1999年开始至今SBS改性沥青用量累计已达50万吨以上;2007年，开始了胶粉改性沥青以及橡胶沥青试验路铺筑，目前，两种沥青改性技术得到推广应用。此外，针对SBR改性沥青、高模量沥青、湖沥青改性沥青等也先后铺筑了试验路段。因此，针对不同的沥青开展对比实验，总结归纳各种改性沥青应用的适用范围，对于指导今后辽宁省改性沥青的使用具有重要的指导意义。

1实验方法

目前，世界范围内具有代表性的道路沥青性能评价体系有3种，即针入度分级体系、粘度分级体系和PG分级体系。尽管针入度分级体系中许多指标是经验性的和条件性的，但由于方法和所使用的仪器相对简单，易于普及，在一定程度上可以满足对沥青质量控制的要求，目前美国、欧盟、澳大利亚、日本等国家的现行标准仍保留针入度分级体系。我国的道路沥青分级体系，是在以上针入度分级体系的基础上根据我国的具体情况制定的，基本能够满足对沥青质量的控制。因此，考虑技术可行性和现行规范要求，本研究采用针入度评价体系对沥青性能进行测试。

针入度分级体系是根据沥青针入度的大小确定沥青所适应的气候条件和载荷条件。针入度分级体系主要包括以下指标：

针入度（指数）：反映沥青胶结料稠度的指标，用来评价沥青在载荷作用下的变形能力的大小。25℃的针入度给出了接近年平均使用温度下沥青的稠度，研究表明，沥青在25℃的针入度下降至20以下时，会出现严重的路面开裂，当沥青的针入度大于30时，会具有高抗开裂性能。

当量软化点T800：相当于沥青针入度为800时的温度，用以评价沥青的高温稳定性。

当量脆点T1.2：相当于沥青针入度为1.2时的温度，用以评价沥青的低温抗裂性能。

软化点：沥青达到规定条件粘度的温度，是反映沥青高温性能的重要指标。

延度：反映沥青低温延展性的指标，即低温条件下抵抗变形的能力。

弹性恢复：反映沥青受力后恢复原状的能力，即抵抗变形的能力。

旋转粘度：反映抵抗流动（剪切力）阻力的物理特性，135℃的粘度可控制沥青在接近拌合与压实温度时的稠度。粘度是改性沥青生产及使用过程中最重要的质量控制指标之一，由于橡胶沥青粘度较高，通常测定175℃的粘度。

旋转薄膜加热试验（RTFOT）剩余物针入度比和延度：反映沥青抗老化性能，通过对比加热前后沥青的针入度和延度，确定抗老化性能。

此外，还有沥青的安全性指标—闪点、纯度指标—溶解度、以及对生产沥青所用原油的约束指标—蜡含量等，共同构成了沥青的针入度分级体系。

2实验结果

辽宁省道路石油沥青大多采用辽河油田生产的90#沥青（以下简称辽河90#），约占总用量的90%以上，同时各种沥青改性技术应用的改性剂品种也较集中。以辽河90#沥青作为基质沥青，结合辽宁省公路建设中应用的主要改性剂品种，选取针入度分级体系中的主要技术指标，对比分析各种改性沥青的技术性能。实验得到的辽河90#技术指标见表1，各种改性沥青主要技术指标见表2。

注：①辽宁省公路建设应用的路宝牌高模量改性剂直接加入混合料中，不生产高模量改性沥青，故本表未列出高模量改性沥青。

②技术指标试验检测依照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）规定的各种方法，表中部分检测指标说明如下：

延度检测温度为5℃，拉伸速率为5cm/min;基质沥青15℃延度大于150cm。

橡胶沥青、胶粉改性沥青旋转粘度检测温度为175℃;其它检测温度为135℃。

基质沥青、SBR改性沥青、TLA改性沥青的弹性恢复通常不作为评价指标，故未列出。

3不同改性沥青路用性能对比

为了更加直观地对比各种改性沥青的技术指标及路用性能，将各项技术指标按优劣排序，序号越小代表性能越优良，其中SBR改性沥青、橡胶沥青、胶粉改性沥青的低温脆点均小于30℃，故都设置为1，SBR改性沥青、TLA改性沥青的弹性恢复（无明确数值）均设置为6。各分项指标排序的和作为综合排序指标，综合排序指标越小，表征综合性能越高。排序结果如表3所示。由表可知，整体指标由优到差排序为SBS改性沥青（5%）>橡胶沥青>SBS改性沥青（4%）>胶粉改性沥青>TLA改性沥青>SBR改性沥青。

以表3排序结果为依据，综合相关技术指标确定改性沥青路用性能。高温稳定性与软化点和针入度对应，低温抗裂性能与当量脆点和延度对应，抗永久变形能力与弹性恢复和延度对应，抗老化性能（RTFOT）与延度比和针入度比对应。性能评价结果列于表4。

注：①各项路用性能主要参考的技术指标为：高温稳定性——软化点;低温抗裂性——低温脆点;抗永久变形——弹性恢复;抗老化性能——延度比。

②各项路用性能排序以表2.7-3相应技术指标序数加和为依据，加和值小者排序优先，加和值相同情况下以主要参考技术指标排序小者优先。

③因TLA改性沥青低温脆点（-13.6℃）较高，故将其低温抗裂性能列为最低位。

4 结论与建议

综合上述实验结果和综合评定结果可知：

1）相对与基质沥青，各种改性技术均使基质沥青的技术指标得到不同程度的改善。

2）SBS改性沥青的综合技术指标最佳，其高温稳定性和抗变形能力均好于其它改性沥青，低温抗开裂性能、抗老化性能也较好，相对而言SBS改性沥青适用的环境条件范围最广泛。

3）橡胶沥青的综合技术指标仅次于SBS改性沥青，其低温抗裂性能和抗老化性能好于SBS改性沥青，但是，其抗永久变形能力较低，主要是延度指标偏低所致，这可以归因于其中含有较多延展性低的胶粉颗粒;在实际应用中，通过提高断级配混合料油石比来增加有效沥青含量可以弥补这一不足，并获得优异的路用性能;橡胶沥青同样适用于较广泛的环境条件范围。

4）SBR改性沥青的抗永久变形能力、高温稳定性和抗老化性能均表现一般，但是其低温抗开裂性能是几种改性沥青中最好的，因此，SBR改性沥青最适用于寒冷气候条件。

5）TLA改性沥青的低温抗裂性能较差，高温稳定性和抗永久变形能力均较好，因此，TLA改性沥青主要适用于温暖气候环境条件。

6）膠粉改性沥青的低温抗裂性能良好，抗老化性能也较好，抗变形能力表现一般;同基质沥青相比，胶粉改性沥青的各项技术指标均有所改善，尤其在低温脆点和弹性恢复方面非常明显，因此，胶粉改性沥青同样是一种较好的沥青改性技术。