不同降粘剂对改性沥青及其混合料性能的影响研究

钟伟明 王宇 刘攀

【摘要：】文章通过在SBS改性沥青中掺入5种不同种类和掺量的降粘剂， 研究了降粘剂对SBS改性沥青及混合料性能的影响。结果表明：5种降粘剂都能有效降低SBS改性沥青的针入度、延度及高温黏度指标，并提升SBS改性沥青的软化点;相同条件下，JNJ-3#和JNJ-4#高温降粘性能优于另外3种降粘剂;一定掺量范围内，随降粘剂掺量的增大，降粘效果随之增强;综合考虑SBS改性沥青的性能，3%为5种降粘剂的合理掺量;降粘剂可降低SBS改性沥青混合料的拌和温度，提高其高温性能，但对其低温性能不利，其中JNJ-3#是改性效果最优的降粘剂。

【关键词：】SBS改性沥青;高温黏度;路用性能;降粘剂

U416.03A220664

0 引言

SBS改性沥青能有效提高混合料的高低温性能，是目前道路工程应用最为广泛的聚合物改性沥青[1-3]。然而，SBS改性瀝青黏度较大，在不改变拌和温度的前提下会增大混合料的施工难度，提高拌和温度会增大能源消耗，加剧沥青材料的老化，并且产生大量有害气体，污染自然环境和危害现场人员的身体健康[4-6]。对于高掺量SBS改性沥青，这种不利影响则更为明显[7-9]。降粘剂的加入能降低SBS改性沥青的高温黏度，在沥青混合料和易性相同的情况下，施工温度得到有效降低，减轻沥青材料的老化程度，并减少有害气体的排放，改善施工环境，起到温拌剂的效果[10-14]。在此，本文在SBS改性沥青中掺入不同种类和掺量的降粘剂，研究了降粘剂对SBS改性沥青及其混合料路用性能的影响，以期找到合适的降粘方法。

1 试验设计

SBS改性沥青主要性能指标如表1所示。降粘剂分别为JNJ-1#、JNJ-2#、JNJ-3#、JNJ-4#和JNJ-5#，这5种降粘剂的熔点均在100 ℃左右，呈白色或淡黄色固体颗粒。

在SBS改性沥青中分别按1%、2%、3%、4%、5%比例加入上述5种降粘剂，并在170 ℃～180 ℃下持续搅拌30 min，降粘剂即可均匀地溶解在SBS改性沥青中且不离析。集料的合成级配（本文采用级配中值）如表2所示，以油石比5.0%制备沥青混合料AC-1 并成型相应的试件。

按照规范要求对SBS改性沥青进行旋转黏度试验、针入度试验、软化点试验及延度试验，并对SBS改性沥青混合料进行（浸水）马歇尔试验、高温车辙试验、低温小梁三点弯曲试验、冻融劈裂试验等，系统评价降粘剂种类及掺量对SBS改性沥青及沥青混合料性能的影响。

2 结果与讨论

2.1 降粘剂对沥青基本性能的影响

2.1.1 黏度

对不同种类的降粘剂及不同掺量的SBS改性沥青进行旋转黏度试验，试验结果如图1所示。

由图1可看出，一定范围内，随着降粘剂的掺入，SBS改性沥青的高温黏度逐渐降低。同一试验温度及同一降粘剂掺量下，不同降粘剂对SBS改性沥青的高温降粘效果也不尽相同。当降粘剂掺量为1%时，SBS改性沥青的135 ℃旋转黏度分别下降了5.7%、2.2%、8.5%、9.2%和6.1%，175 ℃旋转黏度分别下降了5.3%、2.7%、7.8%、9.3%和7.9%;当降粘剂掺量为3%时，SBS改性沥青的135 ℃旋转黏度分别下降了14.7%、9.4%、19.1%、23.6%和14.5%，175 ℃旋转黏度分别下降了22.0%、16.6%、18.2%、21.5%和14.9%;当降粘剂掺量为5%时，SBS改性沥青的135 ℃旋转黏度分别下降了21.7%、14.5%、33.7%、36.8%和21.4%，175 ℃旋转黏度分别下降了27.6%、26.7%、27.9%、39.9%和25.4%。整体而言，JNJ-3#和JNJ-4#的高温降粘效果优于JNJ-1#、JNJ-2#和JNJ-5#。5种降粘剂都属于蜡类物质，当温度高于其熔点时变成液体，其吸附和融解作用可以加速沥青融化，或是起到润滑作用，降低沥青分子间的摩擦[15-16]，进而降低SBS改性沥青的高温黏度。此时适当降低混合料的拌和温度也可以获得理想的摊铺压实效果，达到温拌效果。为获得良好的降粘效果，降粘剂掺量宜≥3%。

2.1.2 针入度

对不同种类降粘剂和不同掺量的SBS改性沥青进行针入度试验，试验结果如图2所示。

由图2可看出，一定掺量范围内，随降粘剂掺量的不断增加，SBS改性沥青的针入度指标随之降低。当温度低于熔点（100 ℃左右）时，降粘剂又重新结晶，包裹吸收沥青中的轻质组分，重质组分含量相对增多，增大SBS改性沥青的低温黏度，表现出针入度下降。整体而言，JNJ-5#和JNJ-3#对SBS改性沥青针入度的影响更大。

2.1.3 软化点

对不同种类降粘剂和不同掺量的SBS改性沥青进行软化点试验，试验结果如图3所示。

由图3可看出，一定范围内，降粘剂能增高SBS改性沥青的软化点，提高其高温性能。当降粘剂掺量为3%时，SBS改性沥青的软化点分别提高了12.1%、16.3%、21.0%、13.6%和24.6%;当降粘剂掺量为4%时，SBS改性沥青的软化点分别提高了13.9%、28.4%、26.5%、20.0%和33.3%;当降粘剂掺量为5%时，SBS改性沥青的软化点分别提高了17.9%、41.8%、33.8%、27.8%和45.2%。其中，JNJ-5#对SBS改性沥青软化点指标的提升程度最大，其次是JNJ-2#和JNJ-3#，而JNJ-1#的提升效果相对较差。这主要是由于温度低于降粘剂的熔点时，降粘剂的蜡基或油基饱和物即在沥青中结晶析出，从而提高沥青的软化点和低温黏度。

2.1.4 延度

对不同种类的降粘剂和不同掺量的SBS改性沥青进行延度试验，试验结果如图4所示。

从图4可看出，一定范围内，随着降粘剂掺量的增加，SBS改性沥青的延度逐渐下降。当降粘剂掺量为3%时，SBS改性沥青的5 ℃延度分别下降了31.6%、40.8%、37.5%、42.4%和45.3%;当降粘剂掺量为4%时，SBS改性沥青的5 ℃延度分别下降了37.8%、46.1%、41.6%、51.5%和49.6%。这表明JNJ-1#和JNJ-3#对SBS改性沥青延度的不利影响要弱于JNJ-2#、JNJ-4#和JNJ-5#。其机理为：低温时其中的蜡基或油基饱和物便会在沥青中析出，从而使沥青变硬变脆，延度进而降低[7]，对SBS改性沥青的低温性能不利。为了保证SBS改性沥青的低温性能，降粘剂掺量宜≤3%。

从以上试验结果可知，不同种类的降粘剂对SBS改性沥青性能的影响程度存在差异。5种降粘剂均能有效降低SBS改性沥青的高温黏度，提高其高温性能，但对SBS改性沥青的低温性能有不利影响。综合考虑，确定降粘剂掺量为3%，进一步研究降粘剂种类对SBS改性沥青路用性能的影响。

2.2 降粘剂对沥青混合料路用性能的影响

制备SBS改性沥青混合料，其中未掺加降粘剂SBS改性沥青混合料的拌和温度为180 ℃，掺加降粘剂SBS改性沥青混合料的拌和温度为165 ℃，其他试验条件均相同。

2.2.1 马歇尔稳定度

进行SBS改性沥青混合料的马歇尔试验，试验温度为60 ℃，试验结果如表3所示。

由表3可知，未掺加降粘剂的SBS改性混合料的马歇尔稳定度低于掺加降粘剂SBS改性沥青混合料，掺加降粘剂后SBS改性沥青混合料的流值有所降低，表明其具有更好的力学性能。此外，摻加降粘剂的SBS改性沥青混合料的拌和温度降低了15 ℃，其混合料的空隙率和未掺加降粘剂SBS改性沥青混合料的基本一致，均满足规范要求。降粘剂在保持混合料和易性的前提下，能有效降低其施工温度。

2.2.2 高温稳定性

进行SBS改性沥青混合料的车辙试验，试验温度为60 ℃，试验结果如表4所示。

由表4可知，降粘剂的掺入提高了SBS改性沥青混合料的动稳定度，掺加降粘剂后，混合料的动稳定度分别提高了15.0%、20.5%、26.7%、23.1%和33.5%，即降粘剂能提高SBS混合料的高温稳定性。由前文研究可知，降粘剂能有效提高SBS改性沥青的软化点和低温黏度，进而提高混合料的高温性能。降粘剂与SBS在改善混合料的高温稳定性上具有协同作用。

2.2.3 低温抗裂性

对SBS改性沥青混合料进行三点弯曲小梁试验，试验温度为-10 ℃，试验结果如表5所示。

由表5可知，降粘剂的掺入会降低SBS改性沥青混合料的破坏应变，提高混合料的劲度模量和抗弯强度，降低SBS改性沥青混合料的低温抗裂性。未掺加降粘剂时，混合料的破坏应变可达2 904.4 当掺加降粘剂时，混合料的破坏应变分别下降了13.6%、4.2%、6.3%、7.9%和14.2%，其中，JNJ-2#和JNJ-3#对混合料低温性能的影响较小，而掺加JNJ-5#后，混合料的破坏应变已不满足规范要求（≥2 500）。从前文试验结果可以看出，降粘剂将降低SBS改性沥青的低温延度，对混合料的低温性能不利。

2.2.4 水稳定性

对SBS改性沥青混合料进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，试验结果如表6所示。

由表6可知，掺入降粘剂后，SBS改性沥青混合料的残留稳定度（均>90%）和劈裂强度比（均>85%）略有增大，这表明降粘剂在一定程度上能提高SBS改性沥青混合料的水稳定性，但效果并不明显。

3 结语

SBS改性沥青基本性能受降粘剂影响的程度，主要取决于降粘剂的种类和掺量。一定范围内，随着降粘剂掺量的增加，SBS改性沥青的高温黏度、针入度和延度逐渐下降，软化点逐渐增加。在降粘剂掺量相同及试验温度相同的情况下，JNJ-3#和JNJ-4#的高温降黏效果优于JNJ-1#、JNJ-2#和JNJ-5#。综合考虑SBS改性沥青的性能，确定降粘剂的合理掺量为3%。在同一试验条件下，相比于普通SBS改性沥青混合料，5种降粘剂均对其高温稳定性有利，对其低温抗裂性不利，而对混合料的水稳定性能影响不明显。综合考虑SBS改性沥青混合料的路用性能，JNJ-3#是改性效果最优的降粘剂，其次是JNJ-2#和JNJ-4#，而掺加JNJ-5#后，混合料的低温破坏应变已不满足规范要求。

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