SBS改性沥青混合料中青川岩沥青最佳掺量的研究

赵伯剑

(广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001)

0 引言

高速公路作为现代经济社会发展的重要标志，是建设现代化交通强国的重要基础设施，代表着速度和效率。目前我国新建道路设计中采用最多的路面结构为沥青路面，然而在道路设计过程中，设计师通常会将交通量设计得较为保守，且综合车辆重型化、路面质量控制不够严格以及天气因素等影响下，沥青路面使用寿命往往达不到设计使用寿命。因此在道路设计的初期，往往会选择在沥青混合料中掺加改性剂，以此来提高沥青路面各项路用性能，延长沥青路面的使用寿命。

SBS作为沥青改性剂，可以显著改善沥青混合料的路用性能，然而其仍然存在一定的局限性，无法做到全面提升沥青混合料性能。因此通过采用不同种类和用量的改性剂对改性沥青混合料进行化学或物理的共同改性，可有效提高沥青混合料路用性能。伊庆刚、王思恬等[1-3]在SBR改性热再生沥青混合料中添加了青川岩沥青，并探讨了青川岩沥青对其路用性能的影响，最终确定SBR改性沥青混合料中青川岩沥青的最佳用量为8%。陈立平、游鹏等[4-6]将青川岩沥青作为改性剂，并将其与基质沥青混合料进行拌和，着重分析了其制备工艺与性能优化。陆兆峰、郑方等[7-8]对岩沥青进行了红外光谱、荧光显微镜等微观试验，从微观角度探讨了其改性机理。李林萍等将4种岩沥青分别应用到实际的路面工程中，发现沥青性能的传统评价指标并不适用于岩沥青，将岩沥青使用在中、下面层会达到最佳的路用效果[9]。

目前在SBS改性沥青混合料中掺加青川岩沥青已成为复合改性沥青混合料的一种重要手段，然而对青川岩沥青掺量的研究还很少，因此本文以掺入青川岩沥青的SBS改性沥青混合料为研究对象，针对其各项路用性能展开了研究，最后确定了青川岩沥青的最佳掺量。

1 试验材料与方法

1.1 沥青材料

本试验采用SBS含量为4%的成品SBS改性沥青，来自东莞泰和沥青产品有限公司，其性能指标主要见表1；采用的青川岩沥青来自于四川省青川县，其性能指标见表2。

表1 SBS改性沥青的主要性能指标表

表2 青川岩沥青的主要性能指标表

1.2 矿料及级配

本研究所采用的沥青面层的矿料为石灰岩碎石和石灰岩机制砂，其基本性能指标依据《公路工程集料试验规程(JTG E42 -2005)》进行检测后均能符合试验规范，本文选用AC-13沥青混合料，级配如下页表3所示。

表3 沥青混合料级配组成表

1.3 试验方法

最佳沥青含量由标准马歇尔击实试验确定，然后根据最佳沥青含量制备试件以及开展混合料试验。在试验过程中，为了对目标级配混合料进行均匀预热，将预热温度控制在175 ℃，此外对混合料进行室内试验时，采用“干法”工艺；将不同掺量(0、2%、3%、4%、5%)的青川岩沥青与矿料均匀混合，然后掺入SBS改性沥青，拌和温度控制为165 ℃，试件成型温度控制为155 ℃。此外，岩沥青中含有灰分，本研究采用等量的矿粉替代，以下将掺有青川岩沥青的SBS改性沥青混合料简称为“岩复合改性沥青混合料”。

对不同掺量(0、2%、3%、4%、5%)下的岩复合改性沥青混合料分别进行各项试验以评价其路用性能，包括高温、低温、疲劳试验以及水稳定性试验。其中，疲劳试验采用静压成型法制备试件，微应变水平条件控制为800με。

2 青川岩沥青掺量对复合改性沥青混合料路用性能的影响

2.1 高温稳定性

沥青混合料中评价高温性能的试验包括车辙试验，而动稳定度和车辙变形量则是车辙试验的重要评价指标，DS值越大，沥青高温抗车辙性能就越好，而车辙变形量越小其性能越好。对不同掺量(0、2%、3%、4%、5%)下的岩复合改性沥青混合料进行车辙试验，DS结果如图1所示，车辙变形量结果如图2所示。

由图1可知：AC-13沥青混合料的DS随着青川岩沥青掺量的增加而随之增大，相较于未添加岩沥青的改性沥青混合料，添加了2%、3%、4%、5%青川岩沥青的岩复合改性沥青混合料的DS值分别增加了1.09倍、1.30倍、1.37倍和1.34倍，且均符合规范要求。此外，当青川岩沥青掺量从0%增加到4%时，AC-13复合改性沥青混合料的DS逐渐提升，而掺量从4%增加到5%时，DS值却呈下降趋势，这说明DS值在青川岩沥青的掺量为4%时达到最大。因此，青川岩沥青的掺量并不是越多越好，混合料高温性能的提升与青川岩沥青掺量之间并非呈简单的线性关系，而是单峰曲线关系。

由图2可知：随着青川岩沥青含量的增加，岩复合改性沥青混合料的变形量随之降低，对其进行指数拟合，其拟合精度为0.997。相较于未添加青川岩沥青的改性沥青混合料，添加了2%、3%、4%、5%青川岩沥青的岩复合改性沥青混合料的车辙变形量分别降低了0.124 mm、0.193 mm、0.333 mm、0.512 mm，即青川岩沥青的加入可有效提高岩复合改性沥青混合料的高温抗变形能力。这主要是因为青川岩沥青中含有沥青质，沥青质不但具有较高的高温稳定性而且其分子质量较大，从而使得岩复合改性沥青混合料的黏度与硬度增大，促使其高温抗变形能力变强。

图1 岩复合改性沥青混合料的动稳定度值曲线图

图2 岩复合改性沥青混合料的车辙变形量曲线图

2.2 低温弯曲试验

对不同掺量(0、2%、3%、4%、5%)下的岩复合改性沥青混合料进行低温弯曲试验，其最大弯拉应变结果如图3所示。

图3 岩复合改性沥青混合料的最大弯拉应变曲线图

由图3可知：相比单一的SBS改性沥青混合料，随着青川岩沥青用量的增加，岩复合改性沥青混合料的最大弯拉应变却在逐渐减小，对其进行指数拟合，其拟合精度为0.992。说明青川岩沥青掺量的增加会导致混合料抵抗破坏的能力减弱，这是由青川岩沥青中沥青质的含量较多以及灰分等物质含量较少所致。在低温环境中，沥青质含量过多，则改性后的沥青混合料会变硬变脆；灰分矿物含量较少，则改性后的沥青混合料低温抗变形能力会随着温度的下降而降低。因此青川岩沥青虽然能够提高改性沥青混合料的高温稳定性，但同时却会降低其低温性能。

2.3 水稳定性

对不同掺量(0、2%、3%、4%、5%)下的青川岩复合改性沥青混合料进行冻融劈裂试验，其冻融劈裂强度比如图4所示。

图4 岩复合改性沥青混合料的冻融劈裂强度比曲线图

由图4可知：随着青川岩沥青用量的增加，沥青混合料的冻融劈裂强度比先增大后减小，在青川岩沥青掺量为4%时，达到最大值；与未掺加岩沥青的SBS改性沥青混合料相比，随着青川岩沥青用量的增加，岩复合改性沥青混合料的冻融劈裂强度比分别提高了5.0%、9.9%、11.7%、10.5%。这主要是由于青川岩沥青的含氮量高，且主要以官能团的形式存在，这使得青川岩沥青不仅具有较好浸润性，其抵抗自由氧化基的能力也在不断增强，因此青川岩沥青不仅增加了改性沥青胶浆的黏度，还可以增加沥青与矿料间的吸附作用，使沥青不易从集料表面剥落。

2.4 疲劳寿命

对不同掺量(0、2%、3%、4%、5%)下的岩复合改性沥青混合料进行疲劳试验，其疲劳寿命如图5所示。

图5 岩复合改性沥青混合料的疲劳寿命曲线图

由图5可知：在相同应变水平条件下，随着青川岩沥青用量的增加，岩复合改性沥青混合料的疲劳寿命逐渐增大，对其进行线性拟合，其拟合精度为0.992；在800με的高应变下，岩复合改性沥青混合料的疲劳寿命相比未掺入岩沥青的SBS改性沥青混合料提升了约11.8%、16.8%、21.1%、29.0%。这表明在重载交通条件下，掺入适量的青川岩沥青可以在一定程度上提高SBS改性沥青混合料的抗疲劳性能。

3 结语

本文通过对添加了不同掺量青川岩沥青的SBS改性沥青混合料开展各项性能试验后的结果进行分析，得出以下结论：

(1)在SBS改性沥青混合料中掺入岩沥青，可以改善岩复合改性沥青混合料的高温性能、水稳定性能以及延长其疲劳寿命，然而掺入的岩沥青越多，岩复合改性沥青混合料的低温性能反而越差。

(2)青川岩沥青用量从0增加到4%时，岩复合改性沥青混合料的动稳定度、冻融劈裂强度比和疲劳寿命逐渐提高而车辙变形量逐渐变小，用量从4%增加到5%时动稳定度、冻融劈裂强度比呈下降趋势；相反，最大弯拉应变值不断降低，但仍满足规范值。因此综合沥青混合料的各项路用性能，本文推荐在SBS改性沥青混合料中掺入4%的青川岩沥青。

(3)青川岩沥青的用量与复合改性沥青混合料的车辙变形量、最大弯拉应变都呈指数关系递减，而与疲劳寿命呈线性关系递增。