王海榮

江蘇中億通道路新材料有限公司 江蘇 鎮(zhèn)江 212132

聚乙烯-丁二烯-苯乙烯+改性瀝青（SBS+MA）因其優(yōu)越的抗車轍性能和變形恢復(fù)能力，在道路建設(shè)中得到了大力推廣[1]。但該材料在低溫、中溫條件下的性能存在一定局限性，為了打破這道屏障，通過(guò)添加低黏油的方式來(lái)提高改性瀝青的抗開(kāi)裂能力。以此提高低黏油在道路建設(shè)中的使用力度，推動(dòng)道路建設(shè)的發(fā)展。

1 低黏油/SBS復(fù)合改性瀝青的制備

1.1 制備材料的選定

經(jīng)綜合考量，選擇SK瀝青作為此次制備改性瀝青的基質(zhì)瀝青，而在改性劑上，選擇了SBS改性劑，低黏油選擇了廢機(jī)油（FJY）與某品牌的植物基油（ZWJY）。低黏油相關(guān)參數(shù)如表1所示，確定好這些制備材料后，便能制備出所需的改性瀝青。

表1 廢機(jī)油（FJY）與某品牌的植物基油（ZWJY）的相關(guān)參數(shù)

1.2 制備

復(fù)合改性瀝青的制備需要注意的是：一是SBS摻量為4.5%；二是穩(wěn)定劑0.2%；三是根據(jù)PG76-28分級(jí)情況，確定低黏油摻量；四是廢機(jī)油與SBS的結(jié)合記作SBS+FJY，植物基油與SBS的結(jié)合記作SBS+ZWJY。各材料組成情況如表2所示。

表2 復(fù)合改性瀝青各材料組成情況 %

復(fù)合改性瀝青的制備步驟如下：第一，對(duì)SK瀝青進(jìn)行加熱處理，使之溫度達(dá)到178℃，在溫度恒定后，將SBS改性劑與穩(wěn)定劑添加到SK瀝青中進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為30min，攪拌速率為600的r/min，其中，加入穩(wěn)定劑能夠讓改性瀝青在儲(chǔ)存時(shí)的穩(wěn)定性得以提高；第二，結(jié)束攪拌后，將低黏油添加至其中，并借助剪切機(jī)進(jìn)行剪切處理，此時(shí)的剪切溫度為180℃，剪切時(shí)長(zhǎng)為90min，轉(zhuǎn)速為3500r/min；最后，在結(jié)束剪切處理后，借助烘箱進(jìn)行發(fā)育處理，此時(shí)的溫度為175℃，時(shí)間為2h，在烘箱發(fā)育結(jié)束后，便能得到所需的復(fù)合改性瀝青。

2 實(shí)驗(yàn)方法選定

基于《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E20—2011，借助美國(guó)CS325-B型瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱開(kāi)展短期老化和長(zhǎng)期模擬試驗(yàn)，以了解瀝青的老化性能，同時(shí)借助9300型PrentexPAV模擬20h長(zhǎng)期老化作用與40h的特長(zhǎng)期老化作用。其中，瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFO）的使用溫度為（163±0.5）℃。而對(duì)于瀝青的黏彈性性能與性能等級(jí)分級(jí)情況，選擇了動(dòng)態(tài)流動(dòng)剪切試驗(yàn)，使用到的儀器是美國(guó)電流互感器的HR20型動(dòng)態(tài)剪切流變儀；在改性瀝青的變形彈性恢復(fù)情況與抗高溫形變方面，選擇了多應(yīng)力蠕變恢復(fù)實(shí)驗(yàn)[2]（MSCR），使用到的儀器同上。借助該設(shè)備，對(duì)瀝青路面在車輛荷載條件下多的形變情況（包括形變恢復(fù)狀態(tài)）進(jìn)行模擬，當(dāng)應(yīng)力階段進(jìn)入到3.2kPa時(shí)，得到的彈性恢復(fù)率（R）與不可恢復(fù)蠕變量（Jnr）大小便能對(duì)其變形情況進(jìn)行衡量。在疲勞新性能方面，選擇了線性振幅掃描法（LAS）[3]，借助該方法在2.5%與5%應(yīng)變水平條件下，對(duì)瀝青的疲勞壽命（Nf）進(jìn)行檢測(cè)。關(guān)于瀝青結(jié)料的彎曲情況，可借助美國(guó)佳能公司的電子束彎曲梁流變儀彎曲梁流變儀（BBR）進(jìn)行測(cè)試。

3 不同溫度條件下低黏油/SBS復(fù)合改性瀝青性能特征分析

3.1 低溫條件下的性能特征分析

在低溫條件下，探討低黏油/SBS改性瀝青性能情況可通過(guò)了解其蠕變松弛能力和勁度模量來(lái)進(jìn)一步考量，對(duì)于這些變量的獲取，可借助BBR實(shí)驗(yàn)得到，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 低溫條件下BBR實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從低溫勁度模量結(jié)果可以看出，在-12℃與-18℃條件下，SK瀝青與SBS+MA瀝青的勁度模量基本相同，意味著SBS改性瀝青在此條件下的低溫模量呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，提高了SBS+MA的低溫性能。同時(shí)，隨著FJY與ZWJY的添加，低溫勁度模量受到了一定程度的削減，能夠在一定程度上緩解瀝青材料受到的應(yīng)力情況，減少了因低溫導(dǎo)致的瀝青裂縫問(wèn)題發(fā)生。從蠕變松弛能力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在-12℃與-18℃條件下，SK瀝青的蠕變速率均超過(guò)了SBS+MA的蠕變速率，體現(xiàn)出了良好的內(nèi)應(yīng)力松弛能力，而隨著FJY與ZWJY的添加，能夠進(jìn)一步提高改性瀝青的蠕變速率。在-12℃條件下，SK瀝青的蠕變速率雖然高于SBS+FJY與SBS+FJY的蠕變速率，但是這2種復(fù)合改性瀝青的蠕變速率仍在不斷提升，而隨著溫度調(diào)整至-18℃，SBS+FJY與SBS+FJY的蠕變速率均超過(guò)了SK瀝青。結(jié)合上文的結(jié)果可以得到以下結(jié)論：在復(fù)合改性瀝青中添加低黏油來(lái)提升其低溫性能的原理在于能夠提高瀝青的應(yīng)力松弛能力，削弱其低溫勁度模量。

3.2 中溫條件下的性能特征分析

在中溫條件下，主要是對(duì)改性瀝青的疲勞性能特征進(jìn)行檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方法是LAS，經(jīng)檢驗(yàn)得到的結(jié)果Nf如圖2所示。

圖2 中溫條件下不同應(yīng)變水平的Nf值

可以看出，在2.5%應(yīng)變水平下，SBS+MA的疲勞性能與SK瀝青相比，并未出現(xiàn)較為明顯的上升趨勢(shì)，但是在抗老化性能上優(yōu)于SK瀝青。隨著FJY與ZWJY兩種低黏油的添加，Nf在改性瀝青未老化期間會(huì)得到極大的提升，而隨著老化作用的到來(lái)，Nf也會(huì)呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。在5%應(yīng)變水平下，SK瀝青的疲勞性能優(yōu)于SBS+MA，隨著FJY與ZWJY兩種低黏油的添加，在此大應(yīng)變水平下，改性瀝青的疲勞壽命同樣會(huì)隨之增加，而隨著老化作用的到來(lái)，Nf也會(huì)呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。綜上得到結(jié)論如下：中溫條件下，在不同應(yīng)變水平中添加低黏油均能提高改性瀝青的疲勞性能，而在老化作用的干預(yù)下，疲勞性能會(huì)受到嚴(yán)重的削弱。

3.3 高溫條件下的性能特征分析

在高溫條件下探討改性瀝青性能特征情況，主要是借助MSCR對(duì)其蠕變性能高進(jìn)行檢驗(yàn)，得到的結(jié)果如圖3所示。

圖3 3.2應(yīng)力水平下的Jnr值與R值檢驗(yàn)

從Jnr值的結(jié)果來(lái)看，應(yīng)力在3.2kPa條件下，隨著FJY與ZWJY低黏油的添加會(huì)提高Jnr的作用，其中，改性瀝青抗高溫性能與Jnr值成反比關(guān)系，即Jnr值越高，抗高溫性功能則越差，反之則越優(yōu)。在RTFO條件下，SBS+FJY與SBS+FJY的Jnr不足0.5kPa-1，從美國(guó)州公路及運(yùn)輸協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中查閱可以得知，其抗車轍性能達(dá)到了E級(jí)，擁有極高的高溫抗車轍能力。盡管Jnr值超過(guò)了0.5kPa-1，那也不會(huì)對(duì)抗車轍能力造成多大影響，也能達(dá)到V級(jí)較高的水平。從R值實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，改性瀝青的高溫變形恢復(fù)能力較為突出，在旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱條件下，R值基本超過(guò)了30%，在長(zhǎng)期老化與特長(zhǎng)期老化作用下所展現(xiàn)的結(jié)果亦是如此?？梢?jiàn)，老化作用能夠提高改性瀝青的高溫性能。綜上得到的結(jié)論是：隨著老化程度的增加，Jnr值逐漸降低，R值逐漸增加。

4 結(jié)論

（1）在低溫環(huán)境下，隨著FJY與ZWJY的添加，復(fù)合改性瀝青的勁度模量會(huì)有所降低，內(nèi)應(yīng)力松弛能力會(huì)有所提高；（2）在中溫環(huán)境下，隨著FJY與ZWJY的添加，復(fù)合改性瀝青的抗疲勞裂縫能力有所提高，同時(shí)隨著應(yīng)變水平的增加，Nf會(huì)隨之增大，抑制了此溫度環(huán)境下的復(fù)合改性瀝青的抗疲勞性能；（3）在高溫環(huán)境下，SBS+MA的高溫抗車轍性能最優(yōu)，即使加入了FJY與ZWJY這2種低黏油，復(fù)合改性瀝青的抗車轍水平在此高溫環(huán)境下依舊十分顯著。