透水路面高黏沥青的制备技术研究

李 琰 叶华亮

金华市政工程有限公司 浙江 金华 321000

随着“海绵型城市”概念的提出，各国都纷纷开始建设透水沥青路面，透水沥青路面较一般水泥沥青路面有着几大优点，它能提高我们行车的舒适性，道路的安全性，下雨天即时排除路面积水等等。透水性沥青路面的主要材料时高黏改性沥青，高黏改性沥青的材料是否优异影响着后续透水沥青路面的好坏，因此研究高黏改性沥青的性质尤为重要。随着我国经济的高速发展，道路交通也在飞速发展，因此透水混凝土路面肯定会成为道路交通的主流，国内各大高校也纷纷开始研究新型高黏沥青。同济大学的黄卫东，孙立军[1]以SIS100、古马隆树脂60-100、油酸酰胺为主要原料研发了一种高黏沥青改性剂。这种高黏沥青改性剂有一个优点就是具有良好的溶解性，它能在基质沥青中迅速溶解分散，而且用它制作出来的高黏改性沥青的耐高温性能和黏附性能都比较好。祝斯月[2]等人研究了基质沥青、SBS、稳定剂和相容剂对高黏改性沥青的影响，并且成功研制出了高黏改性沥青，该材料具有较好高温稳定性和低温抗裂性，路用性能也能满足要求。

综上所述，目前我们正在使用的大部分高黏改性材料都是国外生产出来的产品，目前国内对于透水沥青路面专用沥青材料还不能够很好的满足，普通的改性沥青很难满足要求，国外的沥青虽然性能优异，但仍处于保密阶段，使用成本较高。针对这一情况，制备一种性能优异且成本较低的高黏沥青尤为重要。

1 原料性质的评价分析

本文选用的基质沥青为伦特70#，相容剂选用伊朗抽出油，其基本物理性质如表1和表2。从表中可以看出，伦特70#中的硬质组分含量在60%以上，沥青质含量在15wt%左右。这说明该基质沥青具有较高的软化点和黏附性，用来制备高黏沥青比较合适。伊朗抽出油中的胶质和沥青质占比较少，伊朗抽出油中除了沥青质以外的组成成分（属于可溶成分）占了大概99wt%，其中油分含量（饱和分和芳香分）占比在83wt%左右，芳香分含量大于60wt%。使用的改性剂包括SBS（聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）、实验室开发的增黏剂两类。在制备SBS改性沥青时需要加入稳定剂，本文选用YHL-1，其主要成分为硫磺，硫含量为75wt%。

表1 伦特70#基质沥青基本性质

表2 伦特70#、抽出油的四组分含量

2 添加剂掺量对高黏沥青性能的影响

2.1 SBS掺量对高黏沥青性能的影响

制备高黏沥青需要使用的必要成分就是SBS改性剂，且SBS改性剂掺量的多少直接决定高黏沥青的改性效果。当SBS掺量较少，对高黏沥青的改性性能影响不大，SBS溶解在了沥青中，当SBS掺量过多时，当SBS掺量较少时，沥青的抗裂性能可能会下降，易于出现裂缝和损伤；当SBS掺量较多时，会导致沥青变得非常黏稠，黏度升高。这会增加施工困难度，影响混凝土路面的工作性能，SBS改性剂相对较昂贵，过多使用会增加沥青配方的成本，影响经济效益[3]。本文研究SBS掺量4wt%、5wt%、6wt%、7wt%对高黏改性沥青的性能影响，试验结果如表3所示。

表3 SBS掺量对沥青性能的影响

由表3可以得到，高黏改性沥青的软化点随着SBS的掺量增大而增大,从4%掺量增加到7%，软化点上升了19℃，这说明SBS的掺量对高黏沥青的温度影响较大，SBS掺量的增加沥青的高温稳定性得到明显的改善。针入度随着SBS掺量的增加而逐渐减小，从59下降到了51，延度先增大后减小。但在SBS增量相同的情况下，软化点的增幅在减小，当SBS掺量达到5wt%时软化点为83℃，但当SBS掺量到达6wt%时软化点接近90℃。随着SBS掺量的增加，60℃的动力黏度也在不断增大，当SBS掺量达到5%时，沥青的动力黏度已经达到95000Pa·s，但当掺量过多时，动力黏度的增速就会变缓，因此SBS掺量不宜过高，且随着掺量的增加，SBS会变得粘稠和密集，并且在稳定剂的作用下会形成致密的网状结构，它会限制沥青的流动性，使得沥青流动性变差，变形能力较弱。综上所述，SBS掺量选择5wt%。

2.2 稳定剂和相容剂掺量对沥青性能的影响

试验结果得出，当不加入稳定剂时，SBS掺量4wt%和增黏剂掺量3wt%就会使得沥青的离析达到21。在改性沥青中加入一定量的稳定剂就会让SBS和沥青之间形成结合力，控制沥青的离析问题。在基质沥青中加入掺量0.lwt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%的稳定剂来制备高黏改性沥青。试验结果如表4所示。

表4 稳定剂掺量对高黏沥青性能的影响

从表4中可以看出，延度会随着稳定剂的增加而逐渐降低，当稳定剂掺量为0.1wt%时，延度为40，当掺量为0.4wt%延度已经降到30cm以下。造成这种结果的原因是稳定剂会使沥青基质与SBS间形成网状结构，改变沥青的流变特性，使其在不同温度和负荷条件下具有更好的变形能力，但是也阻碍了分子链的运动，使得改性沥青的延度下降。稳定剂掺量的增加使沥青的软化点上升，但上升的幅度不大，稳定剂从0.1wt%增加到0.4wt%，软化点仅增加了约2.2%，因此为稳定剂的加入一方面与沥青形成更强的化学或物理吸附，提高沥青的内聚力。这样可以增加沥青颗粒之间的粘合力和相互作用力，使沥青混合料更加紧密和稳定，但另一方面也限制了内部结构分子间的运动，降低了沥青的低温性能。所以稳定剂的掺量不宜过大。随着稳定剂掺量的增加使得沥青的60℃动力黏度也增大，但仅增加了10%。当稳定剂掺量大于0.3wt%时沥青动力黏度的增幅变大，这是因为随着稳定剂掺量的上升，SBS与沥青之间的交联效果越来越好，使得沥青黏度也随之增大。

相容剂的加入能改善稳定性，当不同类型的沥青或添加剂在混合时，可能会发生相互不相容的情况，导致沥青混合物的稳定性下降。相容剂能够增强不同成分之间的相容性，改善混合物的稳定性和一致性。相容剂的加入对改性沥青新平衡的建立至关重要，研究掺入5wt%、6wt%、7wt%、8wt%的伊朗抽出油来制备高黏改性沥青。试验结果如表5所示。

表5 抽出油掺量对高黏沥青性能的影响

由表5可知，随着抽出油掺量的增加，高黏沥青的延度和针入度都有增大的趋势，当抽出油的掺量为5%时，延度为32cm，抽出油的掺量为8%时，延度为35cm，增加了9.3%；当抽出油的掺量为5%时，针入度为52，抽出油的掺量为8%时，针入度为59，增加了13.4%。但随着抽出油掺量的增加，改性沥青的软化点和动力黏度先增加后减小。原因可能是抽出油中的软组分在提高改性沥青稳定性的同时降低了高温性能[4]，所以在保证SBS与沥青相容性的前提下抽出油含量不宜过高，因此选择抽出油掺量为5wt%进行后续的试验。

2.3 实验室研发的增黏剂掺量对沥青性能的影响

从以上分析可以看出，改性沥青的动力黏度会受到很多因素的影响，SBS改性剂和稳定剂会增加动力黏度，但相容剂会降低动力黏度，因此试验研究加入MFA改善改性沥青60℃的动力黏度。研究在沥青中掺加0wt%、0.5wt%、1wt%、1.5wt%的增黏剂制备高黏改性沥青。通过分析增黏剂掺量对沥青性能的影响，试验结果如表6所示。

表6 增黏剂掺量对高黏沥青性能的影响

从表6可以看出，随着增黏剂（MFA）掺量的不断增大，针入度和软化点都是先增大后减小的过程，但延度随着增黏剂掺量的增加不断增大，软化点和针入度都是在掺量加入1%时开始下降的。增黏剂掺量的增加对动力黏度的影响最大，增黏剂仅增加0.5%，动力黏度就上升了42%。因此在沥青中加入一些的增黏剂可以减少SBS的掺量。

2.4 添加剂掺量对高黏沥青黏韧性的影响

对于用海绵型城市道路在铺设过程中会选择大粒径的材料比较多，沥青表面材料或沥青混合物中的沥青颗粒（尤其是细粒）从表面脱落或散失的倾向。黏韧性可以用SBS改性沥青在25℃下的黏弹性性能反应。SBS改性沥青的韧性比较大有效抵抗外界应力和变形，减少路面的开裂和损伤。对不同SBS掺量的改性沥青和不同增黏剂掺量的改性沥青进行黏韧性试验，结果如表7和表8所示。

表7 不同SBS掺量下沥青的黏韧性和韧性

表8 不同增黏剂掺量下沥青的黏韧性和韧性

由表7和表8所示，随着SBS和增黏剂掺量的不断增大，沥青的黏韧性和韧性都在不断地增大。随着SBS掺量从4%增加到7%时，黏韧性和韧性分别增加了25.4%和41.5%；随着增黏剂掺量从0%增加到1.5%时，黏韧性和韧性分别增加了58%和71%，这说明SBS和增黏剂的加入能改善沥青的黏附力和抗拉伸能力的[5]。增黏剂的加入使得沥青的黏韧性比单纯使用SBS改性剂的效果更好，在增黏剂的作用下沥青主要表现为黏结性。因此，适当加入增黏剂也会改善沥青的黏韧性，单纯加入SBS改善性沥青用量会稍微高一点，在沥青中加入增黏剂代替一部分的SBS也能达到高黏沥青的指标要求，从而降低高黏沥青的制备成本。

通过上述试验考察了添加剂对沥青性能的影响，得到满足透水路面专用沥青技术要求的配合比：5wt%SBS+5wt%抽出油+1%增黏剂+0.2wt%稳定剂，其性质结果如表9所示。

表9 高黏沥青性质

3 结语

本文旨在制备一种新型高黏改性沥青，并使得它在路用性能方面效果良好，全文分析SBS掺量、稳定剂、抽出油和增黏剂掺量对沥青的性能的影响。实验得到结果如下：

1）SBS改性剂和其他添加剂会影响高黏沥青的性能。

2）稳定剂可以防止SBS聚并，但掺量超过一定程度会使沥青延度下降；抽出油使沥青与改性剂更好的溶胀，但掺量过高也会导致沥青软化点下降。因此，稳定剂和抽出油的掺量都不宜过高。

3）通过分析各添加剂对沥青性能的影响，得到了满足海绵型道路高黏沥青的技术配合比为5wt%SBS+5wt%抽出油+1%增黏剂+0.2wt%稳定剂。