应力吸收层SBS改性沥青与橡胶改性沥青对比研究

摘要 随着交通流量和车辆荷载的增加以及极端条件的影响，道路沥青层会出现反射裂缝，降低道路的耐久性及安全性，可以在加铺层之间布置薄层应力吸收层来提高沥青层的黏度。该文通过试验比较了应力吸收层中SBS改性沥青和橡胶改性沥青的性能优劣，并从试验中得出：同等温度梯度下橡胶粉改性沥青的抗拉拔强度优于SBS改性沥青，且橡胶改性沥青混合料抗水损害性能优于SBS改性沥青，所以在同等条件下可以优先选用橡胶改性沥青作为应力吸收层。

关键词 应力吸收层；改性沥青；拉拔强度；抗水性能

中图分类号 U414 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）23-0040-03

0 引言

在国家的宏伟蓝图中，道路建设是其中要紧的一环，直接影响国民的生活品质和社会发展的速度。而沥青材料作为支持经济快速发展的重要基础设施，在道路建设中起到重要作用。然而，随着道路交通流量和车辆荷载的增加，以及道路的翻新等，使得传统的沥青材料出现反射裂缝等质量问题，这不仅影响道路使用寿命，也构成潜在的道路安全威胁。因此，为了减少反射裂缝的出现，可以在新铺沥青面层与现有水泥混凝土层之间布置薄层应力吸收层，以此来提供新铺沥青面层与现有水泥混凝土层之间的黏着性能及防水性，同时保持结构层的完整性[1]。在众多改性沥青材料中，SBS改性沥青和橡胶改性沥青因其具备独特的改性机理和出色的实际使用性能，得到了广泛应用。该文将从SBS改性沥青和橡胶改性沥青的研究及应用现状、性能对比等各方面进行对比分析，研究成果以期为改性沥青的选择提供依据。

1 SBS改性沥青研究与应用现状

1.1 SBS改性沥青的制备与研究

SBS改性沥青的制备关键在于SBS改性剂的添加与混合。SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物）作为一种热塑性弹性体，具有独特的橡胶弹性和塑料加工性。当SBS与沥青混合时，它能够有效地改善沥青的流变性能和力学特性。通过控制SBS的添加量和混合工艺，可以制备出性能优异的SBS改性沥青。在较低温度下，苯乙烯链段被冻结而表现出高弹性状态，而随着温度的升高，链段开始自由运动，使整个聚合物表现为橡胶状，既柔软又具有弹性。在高弹性态和橡胶态之间的转化温度被称为非晶体材料的玻璃化转变温度。SBS改性剂根据其分子结构可分为星型和线型两种，如图1所示[2]。从图中可以看出，线型SBS改性剂的分子没有交联，呈微观的带状分布；而星型SBS改性剂的分子通过四氯化硅偶联形成空间网络结构。

1.2 SBS改性沥青的性能

通过添加改性剂可以使SBS改性沥青的性能优势明显提升。其中，高低温性能的改善最为明显，即SBS改性沥青可以在高温下保持稳定的黏度和弹性模量；在低温下具有较好的抗裂性能。此外，SBS改性沥青具备良好的抗疲劳性能，能够在经受重负荷交通和频繁变载的情况下保持较好稳定性。SBS改性沥青良好的抗老化性能使其可以有效抵抗紫外线、氧化和热氧老化等物化过程的影响。SBS改性沥青的上述特性使其能够适应不同地区的气候条件，并有助于减少路面的破损和维修次数，降低道路维护成本，提高道路的使用寿命。

1.3 SBS改性沥青的应用

SBS改性沥青良好的路用性能是其提高路面平整度、增加抗滑性和改善耐久性的重要基础。目前，SBS改性沥青已经在高速公路、城市道路以及其他路面工程中得到广泛应用。其中，在高速公路建设中，SBS改性沥青常被用于应力吸收层、中间层和表层等路面结构部位；在城市道路建设中，SBS改性沥青被用于人行道、非机动车道和停车场等铺装项目中。随着道路建设技术的不断进步，SBS改性沥青开始在桥梁、隧道和机场等特殊场所的铺装工程中使用，使得应用领域不断拓展。

2 橡胶改性沥青研究与应用现状

2.1 橡胶改性沥青的制备

橡胶改性沥青的制备是将废旧轮胎制成的橡胶粉作为改性剂，与基质沥青混合，通过加热、搅拌和剪切等工艺，使橡胶粉均匀分散在沥青中，从而改善沥青性能的过程。该过程不仅可以有效利用废旧轮胎资源、减少环境污染，还能显著提升沥青的耐久性、抗老化性和抗开裂性。制备过程中需严格控制温度、时间和添加剂的使用，以确保橡胶改性沥青的性能达到最佳状态。橡胶改性沥青在道路建设和维护中具有广泛应用，其应用能有效延长道路使用寿命，降低维护成本，实现经济效益和环保效益的兼顾。

2.2 橡胶改性沥青的性能特点

橡胶改性沥青相较于传统沥青具有一系列显著的性能优势。首先，其弹性良好：由于橡胶粉的掺入，有效提升了沥青的弹性，从而显著改善了路面的抗变形能力和平整度，确保道路在长期使用中保持平整。其次，抗裂性能突出：橡胶改性沥青具备出色的低温抗裂性能，有效减少路面裂缝的产生，提高道路的使用寿命。此外，耐久性优异：橡胶改性沥青能够长期承受车辆荷载和自然环境因素的考验，显著减少路面损坏和维修需求，降低维护成本。最后，橡胶改性沥青还具有良好的环保效益：其制备过程中采用了废旧轮胎等废弃物作为原料，实现了资源的绿色化循环利用。

2.3 橡胶改性沥青的应用

橡胶改性沥青在路面工程中的应用日益广泛，其应用领域和范围也在不断拓展。首先，橡胶改性沥青凭借其优异的低温抗裂性能，在寒冷地区得到了广泛应用，橡胶改性沥青能有效防止冬季路面裂缝的产生，显著提升了路面的使用寿命。其次，橡胶改性沥青因其出色的弹性和耐久性，能够承受重载车辆的频繁碾压，显著减少了路面的破损和维修需求，使得其在重载交通路段中被广泛应用。最后，橡胶改性沥青在桥梁、隧道、机场等特殊场所的铺装工程中也逐渐展现出其独特的优势。

3 SBS改性沥青与橡胶改性沥青路用性能对比分析

3.1 高温稳定性

对SBS改性沥青与橡胶改性沥青分别从软化点、针入度、黏度和弹性恢复四个方面进行对比分析，其分析结果如表1所示[3]。通过表1可以得出，橡胶改性沥青的高温稳定性优于SBS改性沥青。

3.2 低温抗裂性

通过弯曲流变试验评价SBS改性沥青与橡胶改性沥青在不同低温下抗裂性能，并利用两种改性沥青的劲度模量值来对比分析其低温抗裂性能，其具体对比分析结果如图2所示[4]。通过图2可以得出，橡胶改性沥青的低温抗裂性能明显优于SBS改性沥青的低温抗裂性能。

3.3 抗老化能力

为了对比橡胶改性沥青与SBS改性沥青的抗老化能力，通过对不同橡胶粉粒径的橡胶改性沥青与SBS改性沥青两者的针入度比、黏度比、软化点比等各方面进行对比分析，分析数据如表2所示[5]。通过数据得出，橡胶改性沥青在抗老化性能方面相较于SBS改性沥青更具有优势。其主要原因是，橡胶粉改性剂主要取材于废旧橡胶，特别是那些被淘汰的废旧轮胎。在轮胎的生产和加工阶段，为了增强其耐磨性和抗氧化性，会添加多种特定的改性剂。这些添加的改性剂，在橡胶粉被用于改性沥青时，发挥了重要的辅助功能，即帮助提升沥青的抗老化能力，而这种辅助功能是SBS改性沥青所不具备的，使得橡胶粉改性沥青在抗老化方面展现出独特的优势[3]。

4 应力吸收层SBS改性沥青与橡胶改性沥青试验对比

应力吸收层在水泥混凝土路面与沥青面层之间的布置位置，具有不可或缺的重要性。其核心作用在于预防并减缓因行车载荷和温度变化引发的水泥混凝土路面裂缝向沥青面层的进一步扩展。这层混合料的性能表现，直接决定了路面的整体使用效能和长期耐久性。为了确保在实际工程中能够充分利用改性沥青加铺层的优势，需要在进行大规模铺设之前，首先进行一系列的室内试验，以深入了解其性能特点。

首先为了论证外界试验温度对试件抗拉拔性能的影响，试验时选择不同的温度梯度进行试件的抗拉拔试验，具体对15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃这七个温度条件下的改性沥青进行试验。在试验过程中，需要控制好每个温度梯度的稳定性，确保试验的准确性，具体试验结果如图3所示。通过图3可以得出，SBS改性沥青与橡胶改性沥青的拉拔强度与温度成反比，即随着温度的增加拉拔强度逐渐减小；在相同温度梯度条件下的试验数据显示，橡胶粉改性沥青试件的抗拉拔强度比SBS改性沥青抗拉强度高；SBS改性沥青与橡胶改性沥青的拉拔强度随着温度的增加差值逐渐减小，在15℃时两者的差值为0.15 MPa，而在45℃时两者的差值仅为0.03 MPa。

应力吸收层属于富沥青砂悬浮密实结构，其空隙率在2%以内，因此为了从SBS改性沥青与橡胶改性沥青中选出更适合的材料进行铺设，对STRATA沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青和橡胶粉/SBS复合改性沥青四种改性沥青进行浸水马歇尔试验，为了试验方便特对这四种改性沥青进行编号，分别为1号（STRATA沥青）、2号（SBS改性沥青）、3号（橡胶改性沥青）和4号（橡胶粉/SBS复合改性沥青），具体试验结果如图4所示。通过图4可以得出，橡胶改性沥青的浸水稳定度（MS1）和非浸水稳定性（MS2）与其他三种相比皆较小，但是由MS1和MS2可以计算出应力吸收层混合料的残留稳定度，并得出橡胶沥青应力吸收层混合料的残留稳定度为88.8%，SBS改性沥青应力吸收层混合料的残留稳定度为95%，橡胶改性沥青应力吸收层混合料的残留稳定度比SBS改性沥青应力吸收层混合料的残留稳定度低6.2%，应力吸收层混合料中的沥青含量较高，这说明橡胶改性沥青混合料具有良好的抗水损害性能，能够有效延长道路的使用寿命。

5 结论

该文对SBS改性沥青与橡胶改性沥青的制备以及性能等多方面介绍，并对SBS改性沥青与橡胶改性沥青的性能进行对比得出：

（1）橡胶改性沥青的高温稳定性、低温抗裂性和抗老化能力皆优于SBS改性沥青。

（2）对应力吸收层中的SBS改性沥青与橡胶改性沥青的抗拉拔性能分析可以得出，两种改性沥青的拉拔强度差值随着温度的增加由0.15 MPa减少至0.03 MPa，说明温度越高两者的拉拔强度越接近，且橡胶粉改性沥青的抗拉拔强度优于SBS改性沥青。

（3）橡胶改性沥青应力吸收层混合料的残留稳定度比SBS改性沥青应力吸收层混合料的残留稳定度低6.2%，说明橡胶改性沥青混合料具有良好的抗水损害性能，能够有效延长道路的使用寿命。

参考文献

[1]陈正聪，林睿，何艺，等.石墨烯/SBS复合改性沥青混合料性能研究[J].中国塑料， 2024（4）：54-59.

[2]李秀君，彭天平，但新华.基于分子动力学聚合物改性沥青黏附性能研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版）， 2024（4）：548-554.

[3]杨三强，李鹏飞，刘璐，等.复合式应力吸收层的性能和动态响应研究[J].中外公路， 2023（5）：27-32.

[4]宋光辉.高黏改性沥青的低温性能及黏附特性研究[J]. 公路， 2024（1）：302-310.

[5]谢国梁.橡胶粉/SBS复合改性沥青应力吸收层技术研究[D].西安：长安大学， 2020.