SBS改性沥青混合料抗裂性能分析

田 静

(山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030006)

1 原材料检测

1.1 沥青

沥青选择壳牌AH-90石油沥青，按照重交通等级要求对沥青各技术指标进行检测，检测结果如表1所示，均满足设计要求。

表1 沥青各主要技术指标检测结果

1.2 SBS改性剂

本试验SBS改性剂采用中石化华中分公司生产的线型热塑性丁苯橡胶，密度0.79g/cm，粒径3～6 cm，熔点143 ℃。

1.3 SBS改性沥青

分别按照SBS掺量为3%、4%、5%、6%配置改性沥青，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG-E20-2011)开展试验，SBS改性沥青主要技术指标检测结果如表2所示。

表2 SBS改性沥青主要技术指标检测结果

1.4 集料及矿粉

(1)粗集料

粗集料选用耐磨性能较好的玄武岩，粗集料各主要技术指标检测结果如表3所示。细集料选用机制砂，表观相对密度为2.61 g/cm3，砂当量为72%。矿粉的加入可以提高改性沥青混合料的劲度模量，表观相对密度为2.81 g/cm3，含水率为86%，亲水系数≤1，无团粒结块现象。

表3 粗集料各主要技术指标检测结果

2 SBS改性沥青混合料配合比设计

2.1 级配

本试验SBS改性沥青混合料级配选择AC-16，如表4所示。

表4 合成级配筛孔通过率/%

2.2 油石比

通过制作试件，开展马歇尔试验，确定最佳油石比为5%。

3 抗裂性能试验结果分析

为了确定SBS改性沥青混合料低温抗裂性能，分别制作试件开展小梁弯曲试验。本试验SBS掺量分别为3%、4%、5%、6%，试验温度为-20 ℃、-10 ℃、0 ℃、10 ℃，分别在不同温度、不同掺量下对SBS改性沥青混合料低温抗裂性能小梁弯拉强度、小梁弯拉应变和小梁劲度模量进行检测，分析试验结果确定混合料抗裂性能。

3.1 小梁弯拉强度RB试验结果分析

(1)不同温度小梁弯拉强度RB试验结果

试验温度分别为-20 ℃、-10 ℃、0 ℃、10 ℃，得出不同温度下小梁弯拉强度RB试验结果如表5所示。

表5 不同温度下小梁弯拉强度RB试验结果

分析表5小梁弯拉强度RB试验结果，在温度从-20 ℃增加到0 ℃的过程中，基质沥青和不同掺量的SBS改性沥青混合料的小梁弯拉强度不断升高，其中以掺量为5%的改性沥青混合料弯拉强度值最大，0 ℃达到最大值，为13.3 MPa，基质沥青0 ℃弯拉强度值最低，但总体增加幅度最大，为53.3%。温度增加到0 ℃时，各类沥青混合料均有一定幅度的下降，其中以基质沥青混合料下降幅度最大，为9.6%，SBS改性沥青混合料下降幅度为4.5%～5.8%。这是由于随着温度从-20 ℃增加到10 ℃，沥青混合料经历了从脆性破坏向延性破坏转变的过程，同时也经历了从弹性→塑性→粘性的发展过程。

(2)不同SBS掺量小梁弯拉强度试验结果分析

分别对SBS掺量为3%、4%、5%、6%的改性沥青混合料开展试验，确定不同温度下各类改性沥青混合料小梁弯拉强度随掺量变化曲线如图1所示。

图1 改性沥青混合料小梁弯拉强度随掺量变化曲线

分析图1曲线变化趋势，随着SBS掺量从3%增加到5%，各温度下改性沥青混合料的弯拉强度不断提高，在0 ℃时达到最大值，为13.3 MPa，最低值出现在-20 ℃，为11.5 MPa。SBS掺量达到6%后各温度下改性沥青混合料弯拉强度均出现了不同程度的下降，其中以SBS掺量为3%时下降幅度最大，为4.9%；SBS掺量为6%时下降幅度最小，为2.5%。分析得出在沥青混合料中加入适量的SBS改性剂，可提高骨料与沥青的粘附力，进而达到提高弯拉强度的作用。但当SBS掺量超过5%后，分散性下降，SBS结团后会增加矿料之间的空隙，使沥青混合料弯拉强度下降。

3.2 小梁弯拉应变εB试验结果分析

(1)不同温度小梁弯拉应变εB试验结果分析

按照上述试验温度，不同温度沥青混合料小梁弯拉应变试验结果如表6所示。

分析表6数据，得出随着温度的升高，小梁弯拉应变也不断增加。以0～10 ℃增加幅度最大，基质沥青混合料应变增加幅度为40.6%，SBS改性沥青混合料应变增加幅度在39.5%～65.9%之间。分析原因是由于随着温度的升高，沥青及沥青混合料粘性增加，延展性不断提高，进而造成应变增加。

(2)不同SBS掺量小梁弯拉应变εB试验结果分析

与上述SBS掺量相同，不同温度改性沥青混合料小梁弯拉应变εB试验结果如图2所示。

图2 不同温度改性沥青混合料小梁弯拉应变εB试验结果

分析图2曲线变化趋势，当SBS掺量从0%增加到5%，不同温度改性沥青混合料弯拉应变呈现增加的趋势，其中以10 ℃时增加趋势最明显。从-20～0 ℃，改性沥青混合料的弯拉应变增加幅度较小。当温度达到10 ℃时，弯拉应变增加趋势明显。当SBS掺量超过5%时，改性沥青混合料弯拉应变开始下降。分析原因是由于SBS的加入改善了改性沥青的粘性及变形性能，使弯拉应变增大。而SBS掺量超过5%后，SBS吸收了混合料中的自由沥青，降低了混合料的柔性，使弯拉应变下降。

3.3 小梁劲度模量SB试验结果分析

小梁劲度模量SB为弯拉强度和弯拉应变的比值，结合上述弯拉强度和弯拉应变试验结果，分析温度和SBS掺量对小梁劲度模量SB的影响。温度由-20 ℃增加0 ℃，劲度模量快速下降，这是由于弯拉强度随温度增长的速率较弯拉应变小造成的，-20～-10 ℃变化幅度最大。温度由0 ℃增加10 ℃，弯拉强度逐步下降，而应变不断增加，进而造成小梁劲度模量迅速下降。

结合上述试验结果，在不同温度下，随着SBS掺量的增加，小梁劲度模量变化较小。随着SBS掺量从0%增加到4%，小梁劲度模量缓慢下降，SBS掺量掺量超过4%时，小梁劲度模量缓慢增加。分析原因是由于随着SBS掺量(0%～4%)的增加，弯拉应变增长速率较弯拉强度快，反之。

4 结 语

结合小梁弯曲试验，对弯拉强度、弯拉应变和劲度模量的试验结果进行分析，得出温度和SBS掺量对沥青混合料低温抗裂性的影响。温度对小梁弯拉应变的变化影响较明显，随着温度升高，沥青混合料弯拉应变快速增大，劲度模量快速下降。SBS的掺量可明显改善沥青混合料的低温抗裂性能，分析确定掺量为5%时改性效果最高。