SBS温拌改性沥青混合料性能研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2023-02-16作者简介：苏军强（1982），男，河北定州人，高级工程师，研究方向为道路与桥梁工程。SBS温拌改性沥青混合料性能研究苏军强（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北 石家庄 050000）摘要：为减少能源消耗，践行绿色低碳发展，对SBS温拌改性沥青混合料性能进行研究，对SBS改性沥青原材料进行检测，在不同温度、不同SBS掺量下分别对改性沥青的针入度、软化点、延度三大指标进行测试；对改性沥青混合料进行车辙试验研究其高温性能。研究结果表明：所选原材料均满足施工要求，当SBS掺量为6%时，改性沥青性能最佳，当搅拌温度在180190时，改性沥青性能优良，SBS温拌改性沥青混合料的高温性能优于基质沥青混合料。该沥青混合料满足施工规范，可用于道路施工。关键词：SBS改性沥青；温拌技术；高温稳定性；平整度中图分类号：U414.01文献标识码：A0 引言沥青混合料因具有优良的路用性能而被广泛应用于高等级公路面层修筑。道路建设过程中存在大量的能源消耗和施工车辆的尾气排放，不符合环保理念。目前我国道路建设常采用热拌再生沥青混合料技术，其摊铺温度过高，能源消耗量大，施工碾压还会产生大量二氧化碳以及其他有害气体1。目前温拌技术已发展得比较成熟，由于其绿色环保、低消耗的特点而备受关注。若采用基质沥青进行温拌再生施工，则基质沥青的缺陷将造成路面高温车辙、低温开裂等病害2。为了解决此类问题，可将SBS加入基质沥青中制成复合改性沥青以解决此问题。本文将从SBS改性沥青的制作工艺、施工工艺及改性沥青混合料的性能入手展开研究，以期为沥青路面施工技术的改进提供一些参考3。1 原材料性能检测制作 SBS改性沥青混合料时，基质沥青、集料及SBS 改性剂的选取与改性沥青性能具有密不可分的关系。1.1 基质沥青根据当地地质、气候和公路使用年限，选用90#沥青作为基质沥青，并对其性能指标进行检测，检测结果符合 公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004），见表1。表1 90#基质沥青的技术性能指标针入度（25,5 s,100 g）/mm软化点/71.059.3608046T0604T0606试验项目检验结果技术要求试验方法延度（10）/cm延度（15）/cm闪点/密度（15）/（g/cm3）溶解度（%）RTFOT后残留物质量变化（%）残留针入度比（25）（%）残留延度（10）/cm残留延度（15）/cm411533291.02499.7-0.2323122920100260实测结果99.5-0.80.861615T0605T0605T0611T0603T0607T0610T0604T0605T0605表1（续）试验项目检验结果技术要求试验方法1.2 集料1）粗集料粗集料在沥青混合料中主要起骨架支撑作用。选取粗集料时，一般采用碱性岩石、大粒径、表面粗糙的颗粒。本文对所选粗集料进行技术性能检测，检测结果符合公路工程集料试验规程（JTG E422005），见表2。表2 粗集料技术性能指标技术指标坚固性（%）压碎值（%）针片状颗粒含量（%）洛杉矶磨耗损失（%）细长扁平颗粒含量（%）0.075 mm颗粒含量（%）吸水率（%）检验结果1173217.20.410.533技术要求121010281512是否合格合格合格合格合格合格合格合格39总653期2023年第23期（8月 中）2）细集料本文沥青混合料的结构为“密实-骨架结构”，细集料作为填充剂，保证沥青混合料的强度。对所采用的细集料进行技术性能检测，检测结果符合公路工程集料试验规程（JTG E422005），见表3。表3 细集料的技术性能指标检测项目棱角性（%）砂当量（%）坚固性（%）表观密度/（g/cm3）含泥量（%）检测结果6882353.411.3要求3060122.53是否合格合格合格合格合格合格1.3 SBS改性剂本文采用线形 SBS 改性剂，与星形 SBS 改性剂相比，其改性性能较弱，但在制作改性沥青时，易加工且易在沥青中分散。所选用的 SBS 的技术性能指标见表4。表4 线性SBS的技术性能指标S/B30/70结构线形分子量101挥发分（%）0.7灰分（%）0.22 SBS改性沥青性能影响因素为了解制备 SBS改性沥青过程中影响其性能的因素，本文通过正交试验，研究SBS掺量、温度及搅拌时间对沥青混合料三大技术性能指标的影响。2.1 搅拌温度对改性沥青性能的影响选取SBS掺量分别为3%、4%、5%、6%的沥青混合料试件，进行三因素四水平正交试验，试验结果见表5、图1。表5 不同温度下改性沥青的三大性能指标试验温度/170180190针入度/（0.1 mm）48.847.244.3延度/cm74.777.176.8软化点/57.358.759.6由表5可知，当搅拌温度为170 时，SBS改性沥青的针入度为 48.8（0.1 mm）、延度为 74.7 cm、软化点为57.3；当搅拌温度为180 时，SBS改性沥青的针入 度 为 47.2（0.1 mm）、延 度 为 77.1 cm、软 化 点 为58.7；当搅拌温度为170 时，SBS改性沥青的针入度为44.3（0.1 mm）、延度为76.8 cm、软化点为59.6。由图1可知，随着搅拌温度升高，SBS改性沥青的针入度下降，延度先上升后下降，软化点一直上升。由此可知，搅拌温度不宜过高，为保证施工质量，搅拌温度宜为180190，该温度下制成的改性沥青性能优良。2.2 SBS掺量对改性沥青性能的影响在170、180、190 温度下对沥青混合料试件进行三因素三水平正交试验，试验结果见表6、图2。表6 不同SBS掺量下改性沥青的三大性能指标35110652SBS掺量（%）针入度/（0.1 mm）延度/cm软化点/温度/（a）SBS掺量对针入度的影响17018019050484644针入度/（0.1 mm）777675延度/cm温度/（b）SBS掺量对延度的影响17018019060595857软化点/温度/（c）SBS掺量对软化点的影响170180190图1 温度对改性沥青性能的影响40交通世界TRANSPOWORLD456484341495766546374表6（续）SBS掺量（%）针入度/（0.1 mm）延度/cm软化点/由表6及图2可知，随着SBS掺量增加，改性沥青的针入度降低，当SBS掺量从3%增加到6%时，改性沥青的针入度下降幅度为19.6%；随着SBS掺量增加，改性沥青的延度先减小再增大，在SBS掺量为3%时延度最大，SBS掺量为4%时延度最低；随着SBS掺量增加，改性沥青的软化点逐渐提高，当掺量为6%时，软化点值最大。综上可知，施工时可选择SBS掺量为6%，此时的沥青混合料综合性能最佳。3 改性沥青混合料的路用性能3.1 高温稳定性高温稳定性是沥青混合料最重要的性能指标之一，表示沥青混合料在高温环境下抵抗车辙变形的能力。通常通过车辙试验检测混合料的高温稳定性，公式如下4：DDS=()t2-t1Nd2-d1（1）式（1）中：DDS为动稳定度，单位次/mm；d1为时间t1的变形量，单位mm；d2为时间t2的变形量，单位mm；C1为修正系数，取1.0；C2为试件系数，取1.0；N为每分钟轮碾次数，取42次/min。本文对SBS改性沥青混合料、基质沥青混合料分别进行车辙试验，并对试验结果进行对比分析。试验结果见表7、图3。表7 车辙试验结果沥青混合料类型基质沥青SBS温拌改性沥青动稳定度/（次/mm）试验11 9054 125试验21 9474 377试验31 9334 231试验结果平均值1 9284 251规范要求10003000由表7及图3可知，通过车辙试验，基质沥青混合料动稳定度分别为 1 905 次/min、1 947 次/min、1 933SBS掺量（%）（a）SBS掺量对针入度的影响2.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.0SBS掺量（%）（b）SBS掺量对延度的影响2.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.0120100806040延度/cm针入度/（0.1 mm）555045403530SBS掺量（%）（c）SBS掺量对软化点的影响2.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.0软化点/80706050图2 SBS掺量对改性沥青性能的影响5 0004 0003 0002 0001 0000动稳定度/（次/min）基质沥青SBS温拌改性沥青图3 SBS温拌改性沥青混合料及基质沥青混合料车辙试验结果对照图41总653期2023年第23期（8月 中）次/min，平均动稳定度为1 928次/min；SBS温拌改性沥青混合料稳定度分别为 4 125 次/min、4 377 次/min、4 231次/min，平均动稳定度为4 251次/min。由此可看出，SBS温拌改性沥青混合料满足施工规范且高温性能优于基质沥青混合料，可用于道路建设。3.2 平整度路面行车舒适性评价指标为路面平整度。采用SBS改性沥青混合料进行试验路段施工，然后采用3 m直尺法进行检测，并根据公式将试验路段3 m直尺测量值转换为国际平整度指数（IRI）值。试验路段国际平整度指数检测结果如表8所示，转换公式见式（2）。IIRI=0.3803X-0.4537（2）式（2）中：IIRI为国际平整度指数，单位mm；X为3 m直尺测量值，单位mm。表8 试验路段IRI指数试验路段路段1路段2路段3检测次数13 m直尺测量值/mm1.652.312.73国际平整度指数/（m/km）0.170.420.45检测次数23 m直尺测量值/mm2.032.553.24国际平整度指数/（m/km）0.320.520.78检测次数33 m直尺测量值/mm1.872.962.37国际平整度指数/（m/km）0.260.670.45由表 7 可知，路段 1 的国际平整度指数平均值为0.25 m/km；路段2的国际平整度指数平均值为0.54 m/km；路段 3 的国际平整度指数平均值为 0.56 m/km。根据公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004），国际平整度指数应当小于2 m/km，因此这3条试验路段平整度均满足规范要求，说明SBS温拌改性沥青混合料满足道路施工规范要求。4 结论本文对SBS温拌改性沥青的性能进行了研究，基于试验结果，得出以下结论：1）对SBS温拌改性沥青混合沥青、粗细集料、SBS改性剂等原材料进行性能检测，结果表明所选用原材料均可用于道路施工。2）通过研究SBS掺量对改性沥青三大技术性能指标的影响，得出随着SBS掺量增加，改性沥青的针入度降低、延度先降低后增加、软化点一直上升，当SBS掺量为6%时，改性沥青性能最佳。3）通过研究搅拌温度对改性沥青三大指标的影响发现，随着搅拌温度升高，SBS温拌改性沥青针入度下降，延度先上升后下降，软化点一直上升，当搅拌温度在180190 时，改性沥青的性能最佳。4）通过对改性沥青混合料路用性能的研究，得出SBS改性沥青混合料的高温性能优于基质沥青混合料，且路面平整度符合规范要求。参考文献：1 罗航宇.SBS改性沥青及透水混合料性能研究D.长春：长春工程学院，2021.2 李斌斌.温拌橡胶沥青玛蹄脂碎石路面关键控制技术研究D.兰州：兰州交通大学，2019.3 王玉杰.再生SBS改性沥青混合料配合比设计及路用性能研究D.重庆：重庆交通大学，2017.4 王利.公路工程温拌沥青混凝土路面施工技术应用研究J.交通世界，2019（Z2）：80-81.（上接第38页）配试件的抗裂性能最好。S0型级配采用的是我国现行技术规程要求的中值级配，其低温劈裂强度较其他级配有显著提升，因此能够在强紫外光、年均气温较低的地区发挥作用。3）对于年均气温低、紫外光照射强度大、车辆荷载大及年极端低温天气多的地区，可在其上面层、中面层沥青混合料的级配设计中优先采用S0型级配设计方案。参考文献：1 叶树鹏.基于SCB的老化沥青混合料低温抗裂性能研究D.淮南：安徽理工大学，2022.2 童申家，高东远，王乾，等.沥青类型对紫外光老化沥青混合料高低温性能研究J.公路工程，2017，42（2）：63-66.3 吴孝敏.沥青混合料老化机理及再生技术应用D.重庆：重庆交通大学，2013.4 郭韦韦，张祖棠.高寒地区光老化对沥青混合料低温性能影响J.重庆交通大学学报（自然科学版），2012，31（1）：51-53，58.5 张保立.沥青与沥青混合料光热老化路用性能研究D.重庆：重庆交通大学，2010.42