TLA和SBR复合改性沥青工作性能试验研究

摘要：文章选用70#重交道路石油沥青，添加不同比例的TLA和SBR制备复合改性沥青，通过调控掺量比例，进行性能试验，探究影响机制，旨在为耐久性沥青路面建设提供参考。试验结果显示：TLA和SBR的掺入提高了沥青的硬度和粘稠性，但TLA过多会降低沥青的延度，影响其低温性能；SBR的加入有效提升了沥青的低温延度，改善了沥青的柔顺性；合理控制TLA和SBR掺量，可制备出性能优良的复合改性沥青。

关键词：石油沥青；复合改性；常规性能；针入度

中图分类号：U414.1" " 文献标识号：A" " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.006

文章编号：1673-4874（2024）11-0018-04

引言

在公路建设中，沥青路面因出色的粘弹性、柔韧性和变形能力成为优选材料，可提升驾驶舒适度，降低噪音，且施工简便、维护周期短、材料可循环，实用价值高的优点。然而，交通流量增加和货车超载易导致沥青路面出现早期损坏，影响使用寿命和服务质量。行业内尝试使用SBS、SBR等改性剂来优化沥青性能：邵斐［1］以SK 70#沥青为基础材料，制备了不同SBS含量的改性沥青，并重点研究了SBS改性乳化沥青在环保、节能以及高低温性能方面的优势，通过深入的基础性能分析和流变性能研究，成功优化了SBS乳化改性沥青的生产工艺条件，显著提升了其储存性能和施工性能。李艺铭［2］针对SBR改性沥青的高温稳定性和抗老化性能进行了深入研究，采用物理共混法，将丁苯橡胶（SBR）和热塑性酚醛树脂（PF）加入基质沥青中，制备出树脂橡胶改性沥青（PSBR），并通过一系列物理性能试验，验证了PSBR及其混合料在高低温和耐候性能方面的显著优势，为沥青路面的耐久性提升提供了新的思路。李梦月［3］同样运用物理共混法，通过向基质沥青中加入丁苯橡胶（SBR）和热塑性酚醛树脂（PF）进行综合改性，成功探索出两种技术路径，制备出性能卓越的高模量沥青，并有效改善了SBR胶乳改性硬质沥青混合料的疲劳性能。这些研究不仅丰富了沥青改性的技术手段，也为我国沥青路面的建设提供了宝贵的经验和启示，推动了道路工程技术的不断进步。但高掺量易导致沥青出现离析，会降低其稳定性，且成本高昂、生产难度大。因此，本文创新性地提出采用TLA与SBR进行复合改性，通过调控其掺量比例，进行性能试验，探究影响机制，旨在为耐久性沥青路面建设提供参考。

1试验

1.1试验原材料

沥青作为沥青混合料的重要组成部分，其作用是粘结沥青混合料中的粗集料、细集料和矿粉，其中能够决定沥青混合料路用性能好坏的关键在于沥青的品质。本文将70#基质沥青和TLA/SBR改性剂进行复配，其中沥青和矿料均按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG-F40-2004）要求进行了试验检测（检测结果如表1所示）。测试结果符合要求［4］。

在沥青混合料中，粗集料主要起到的作用是承载和充当骨架的作用。本文选用石灰石作为试验的粗集料，要求选用的粗集料表面粗糙、洁净、干燥，颗粒形状棱角分明。将粗集料的粒径控制在三档内，分别是3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm（检测结果如表2所示）。细集料在沥青混合料中主要起到的是填充和加固的作用，添加细集料能够提高沥青混合料的密实性，提高沥青混合料的模量。要求选用的细集料棱角分明，颗粒表面洁净干燥（检测结果如表3所示）。

本次试验所使用的矿粉通常是憎水性石料研磨所得，要求其要保持干燥、洁净的状态，检测结果如表4所示。

本文主要使用TLA和SBR两种改性剂。TLA为黑色固状物，与基质沥青相融不易离析。TLA的沥青质和灰分能改变基质沥青成分，使结构由溶胶型转为凝胶型，灰质提升黏度，增强抗车辙性能。本文采用BS-3690标准，TLA检测结果见表5。

SBR改性剂是一种有机聚合物改性剂，将其加入到基质沥青中后能够吸收油分产生溶胀反应，发育成为网状结构，加强沥青结合料的韧性。SBR改性剂的技术指标如表6所示。

1.2混合料制备

将70#沥青放入160 ℃的烘箱里，将TLA放入180 ℃的烘箱里，待70#沥青和TLA变成流体状态后取出；然后将称量好的SBR倒入液化的70#沥青里，使用搅拌器搅拌15 min使其发育溶胀，搅拌期间要保障70#沥青的温度；随后将称好的TLA倒入搅拌好的改性沥青中，用高速剪切仪以5 000 r/min的速度对改性沥青剪切45 min，剪切完毕后复合改性沥青制备完毕。

2测试结果

将0、2%、3%、4%掺量的SBR和5%、10%、20%、30%掺量的TLA进行组合制成改性沥青，再对复合改性沥青进行针入度、布氏旋转黏度和延度等沥青基本性能试验，以检验出改性沥青的感温性能、热稳定性、塑性和粘滞性等性能。

2.1针入度

沥青的性质随着温度而改变，这指的就是沥青的感温性能。目前我们国内对沥青的感温性能进行评价，通常都是通过测试沥青的针入度指数来获得。根据我国《公路工程沥青以及沥青混合料试验规程》的（T0604-2000）要求进行测试，试验结果如下页表7所示。表7为TLA和SBR掺量对沥青混合料针入度指数的影响：随着温度升高，针入度指数增大，表明沥青变软、黏度降低。同时，随着TLA和SBR掺量的增加，针入度指数均呈下降趋势，说明这两种掺料都能增加沥青的硬度和黏度。比较而言，SBR对针入度指数的影响似乎更为显著。这些数据有助于理解沥青性能并优化其配方。

为准确评估沥青高温性能并减少蜡含量干扰，引入当量软化点T800指标，通过线性回归和15 ℃、25 ℃、30 ℃的当量软化点数据，计算系数A和K，再利用这些系数，按式（1）计算得出T800。

T800=1g800-KA=2.903 1-KA（1）

当量脆点可以采用式（2）计算得到。

T1，2=11.2g-KA=0.079 2-KA（2）

试验结果见表8。由表8可知，添加TLA后，沥青当量软化点和脆点上升。10%TLA能使沥青脆点升0.9 ℃，软化点升5.6 ℃，高温性能增强，低温性能影响小。随TLA掺量增加，脆点和软化点持续上升。20%TLA时，脆点超-10.3 ℃，软化点升8.1%，高温性能提升但低温抗裂性下降。30%TLA时，脆点再升，软化点升，进一步证实TLA增加提升高温性能，但降低低温抗裂性。因此，为保持沥青综合性能，TLA掺量应≤30%。加入2%SBR后，沥青当量脆点明显下降，软化点上升0.7 ℃，提升了低温性能而不影响高温性能。当SBR掺量2%与不同掺量的TLA组合时，TLA掺量越少，对沥青当量脆点改进效果越好。增加SBR至4%并与30%TLA组合，当量脆点达-12.4 ℃，表明SBR掺量对沥青低温抗裂性能改善显著。

2.2布氏黏度

沥青黏度是其流动性能的关键指标，高黏度沥青能增强抗摩擦和碾压能力，延长使用寿命。如表9显示，SBR和TLA的添加显著提升了沥青黏度。TLA掺量增加，沥青黏度增长加快，尤其当TLA掺量达30%时，黏度激增1 510 cp。这是因为TLA高沥青质含量增强了沥青黏度。但过高的黏度会影响搅拌和压实，需控制TLA掺量，并用SBR复合改性以平缓黏度增长。与基质沥青相比，改性沥青黏度提升且符合规范，恢复力增强，性能优异。合理选择改性剂和掺量，可制备出优质的复合沥青，满足道路建设需求。

2.3延度

沥青的延度与自身的低温抗裂性能有着密切的关系［5］。延度的试验结果如表10所示。从表10试验结果可以看出，当沥青中TLA的掺量为5%时，沥青的延度会有所下降。如果沥青中只掺入30%的TLA时，沥青仅有5 cm的延度，沥青如处于低温环境下会很容易发生脆断，因此沥青的延度太小会不满足施工规范要求。这就说明沥青中TLA的掺量会严重影响自身的低温性能，因此结合工程实际施工的规范，TLA的掺量应≤30%。但在试验中，当向沥青掺入了SBR后，沥青的延度得到了显著的提升，并且随着沥青中SBR掺量的增加，沥青的延度也在不断增加。在掺入了3%的SBR和5%的TLA后，复合改性沥青的5 ℃延度已经超过了基质沥青。当TLA的掺量＜20%时，SBR的低温延度提升会比较明显，但是当TLA的掺量＞20%后，SBR的低温延度提升效果将会逐渐下降，这就需要相应提升SBR的含量来充分混溶TLA。

3结语

本文通过对70#重交道路石油沥青添加不同比例的TLA和SBR作为改性剂，制备了TLA/SBR复合改性沥青，并对其性能进行测试和分析。根据试验结果，得出以下结论：

（1）沥青硬度增加：加入不同掺量的TLA和SBR后，沥青的针入度显著降低，表明沥青的硬度有所增加。特别是TLA对沥青的影响更为显著，当TLA掺量＞30%时，需要相应增加SBR的掺量以促进其混溶。

（2）沥青粘稠性增强：随着TLA掺量的增加，沥青的黏度逐渐增大，表明沥青的粘稠性增强。然而，在加入SBR后，黏度增长的趋势变得较为平缓，这可能是由于SBR的加入改善了沥青的流动性。

（3）低温性能影响：加入TLA后，沥青的延度显著下降，可能对沥青的低温性能产生不利影响［6］。特别是在TLA掺量＞30%时，沥青的低温性能会显著下降。然而，通过加入SBR，沥青的低温延度得到了提升，有效改善了沥青结构在低温下的柔顺性。

综上所述，通过合理控制TLA和SBR的掺量，可以制备出具有优良性能的复合改性沥青，这对于公路建设来说具有重要意义，能够提供更可靠的材料基础。建议在实际应用中，根据具体需求和条件，合理选择TLA和SBR的掺量，以达到最佳的改性效果。同时，还需要进一步研究沥青复合改性的机理和性能变化规律，为公路建设提供更全面的材料选择和技术支持。

参考文献：

［1］邵斐.SBS改性乳化沥青的制备工艺研究［D］.上海：华东理工大学，2021.

［2］李艺铭.树脂橡胶改性沥青及其混合料耐候性的研究［D］.哈尔滨：东北林业大学，2021.

［3］李梦月.基于硬质沥青与SBS改性沥青分别制备的高模量沥青性能研究［D］.济南：山东建筑大学，2022.

［4］姜添镪.微胶囊型自愈合沥青制备与性能研究［D］.重庆：重庆交通大学，2023.

［5］魏巧.生物柴油-塑料裂解蜡复合温拌沥青及其混合料性能研究［D］.重庆：重庆交通大学，2020.

［6］王思恬.青川岩沥青/SBR复合改性沥青及其混合料的路用性能研究［D］.重庆：重庆交通大学，2019.

作者简介：黄佩佩（1988—），工程师，主要从事道路工程项目施工质量和材料检测研究工作。

收稿日期：2024-05-16