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纤维稳定剂对SBS改性沥青砼性能影响的研究

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：石斌廉虎山韩瑞祥

[导读] 摘要：我国高速公路的快速发展和交通量的快速增长促进了优质沥青特别是改性沥青的发展。

        中电建路桥集团有限公司四川成都 610000
        摘要：我国高速公路的快速发展和交通量的快速增长促进了优质沥青特别是改性沥青的发展。SBS改性沥青是近年来在国内外得到广泛应用的改性沥青。由于它能同时提高沥青的高低温性能、疲劳寿命、撕裂强度和硬度，因此在道路沥青中占有很大的份额。但SBS本身的性质决定了它与沥青的相容性较差。与沥青只部分溶解，高温储存容易发生相分离。由于改性沥青的贮存稳定性较差，直接影响其性能，因此一直是道路施工人员关注的焦点。
        关键词：改性沥青；相容性；稳定剂；微观组织；
        研究了稳定剂对SBS改性沥青微观结构和性能的影响。结果表明，改性剂改性沥青的微观结构变化，和改性剂粒子变化从球形分布或互穿网络结构不连接到彼此分散，均匀分布，甚至齐次结构没有明显的相界面与沥青。改善了改性剂与沥青的相容性，提高了SBS改性沥青的软化点，提高了SBS改性沥青的热蓄性能。
        一、沥青和沥青混合物的试验方法
        １.改性沥青贮存稳定性试验。将制备好的改性沥青加热至完全流动状态，注入直径为32mm、高度为160mm的铝管（注入的沥青质量约为50g）中，密封，垂直放置在163℃±0.5℃的烤箱中48h±1h。然后将试管放置在-20℃的冰箱中4小时。冷冻后的铝管被切成三等份，从顶部和底部取样品来评估储存的稳定性。
        2.改性沥青混合料试验。（1）高温车辙试验。公路工程是应用于沥青和沥青混合料测试（jtje20 - 2011）规定的测试方法，对沥青混合料高温车辙试验、浸水马歇尔稳定度试验和低温弯曲试验，在高温车辙试验来评价改性沥青混合料在高温下的性能，动态稳定性评价指标的选择DS，相对变形指标的三角洲。混合料低温试验温度为-10℃±0.5℃，加载速率为50mm•min-1。（2）疲劳试验。本次试验采用澳大利亚IPCGlobal公司生产的BFA四点弯曲疲劳试验机对沥青混合料的疲劳性能进行了测试。测试采用UTM软件操作系统。
        3.疲劳寿命评价方法。采用的疲劳寿命评价方法为SHRP-A303中推荐的疲劳性能评价方法，即50%初始刚度模量降低疲劳寿命方法（Nf50方法，Nf50为初始刚度模量降低50%时的疲劳作用次数）。
        二、不同稳定剂对SBS改性沥青性能的影响
        1.SBS改性沥青贮存稳定性的影响。对不同掺量SBS/OMMT改性沥青、SBS/S改性沥青和SBS/CB改性沥青进行了离析试验。偏析试验的上软化点和下软化点的差值小于2.5℃，说明SBS改性沥青没有进行偏析。不同掺量SBS改性沥青的离析值均大于2.5℃，SBS改性沥青的软化点差与SBS含量之间不存在正相关关系，软化点差从大到小依次为4% SBS5% SBS和3% SBS。因此，选择软化点差最大的4% SBS改性沥青作为试样，分别添加有机蒙脱土、硫和炭黑三种添加剂制备复合改性沥青。三种稳定剂的适当用量可有效降低复合改性沥青的软化点偏析值和SBS改性沥青的偏析值，解决SBS改性沥青的离析问题。其中，当OMMT含量小于4%时，SBS改性沥青的偏析值不能因OMMT的加入而降低，而当OMMT含量大于5%时，SBS改性沥青的偏析值可以满足规范要求。CB含量为4%时可达到贮存稳定性，在4% ~ 6%时对SBS改性沥青的贮存稳定性影响不大。当S含量为2%时，SBS改性沥青的贮存性能是稳定的。随着S含量的不断增加，分离值增大，存储性能变得更加不稳定。根据离析试验结果制备了三种稳定贮存型SBS复合改性沥青：含6% OMMT的SBS/OMMT改性沥青、含5% CB的SBS/CB改性沥青和含2% S的SBS/S改性沥青。
        2.不同稳定剂对SBS基本性能的影响。分别测定了SBS改性沥青、SBS/OMMT复合改性沥青、SBS/S复合改性沥青和SBS/CB复合改性沥青的基本性能。OMMT稳定剂对SBS改性沥青的低温性能有明显的改性作用，低温粘度随掺量的增加而急剧下降。

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SBS/CB改性沥青的低温粘度受添加量的影响最小，改性效果相对稳定。SBS / S改性沥青的低温粘度显示越来越趋势随着内容的增加的稳定剂S .此外，年代和OMMT可以改善SBS改性沥青的针入度指数，而CB降低SBS改性沥青对环境温度的敏感性，并改善了沥青混合料的耐久性和使用寿命。软化点试验结果表明，当OMMT稳定剂掺量为4%时，改性沥青的软化点提高了6℃，掺量为6%时，软化点温度提高了14℃，表明OMMT显著提高了SBS改性沥青的高温性能。
        三、不同稳定剂的SBS改性沥青混合料配合比设计
        沥青混合料的配合比设计采用马歇尔试验设计法，即通过试拌法确定沥青混合料的矿粉配合比，通过马歇尔试验判断矿粉配合比级配的合理性，确定沥青混合料的最佳油石配比。沥青材料选择：OMMT含量为6%的SBS/OMMT改性沥青，CB含量为5%的SBS/CB改性沥青，S含量为2%的SBS/S改性沥青。级配设计选用多砾石级配sac16。采用马歇尔试验设计法确定了混合料的最佳级配。通过马歇尔系列试验得到了混合物的体积参数、马歇尔稳定性和流动值。三种SBS改性沥青混合料的空隙率与沥青含量呈负相关。当沥青掺量达到6.0%时，三种混合料的孔隙率均降至5%左右。根据马歇尔稳定性和流动值数据，在相同的磨石比条件下，三种稳定剂的加入均能不同程度地提高SBS沥青混合料的稳定性。其中，当沥青的比例是5.2%到6%，SBS / CB的变形和SBS / OMMT复合改性沥青混合料减少24.4%和3.82%，分别与沥青混合料的比例是4.5%和5%，和四种类型的沥青混合料的塑性变形与SBS改性沥青混合料总是/ S低于普通SBS沥青混合料。
        四、SBS复合改性沥青混合料的室内试验
        1.浸水马歇尔试验。对SBS、SBS/OMMT、SBS/S、SBS/CB沥青混合料进行马歇尔浸泡试验，混合水浸泡试验表明：普通SBS改性沥青混合料在浸泡残余物稳定性大于93%，添加OMMT后SBS/OMMT混合料浸泡残余物稳定性达97%以上，表现出优良的抗水破坏能力；SBS/S改性沥青混合料的水浸渣平均稳定性为92%，与普通SBS改性沥青的水浸渣稳定性接近，说明S添加剂对混合料的抗失水性能影响不大。SBS/CB改性沥青混合料的抗水损伤性能下降11%，说明CB添加剂降低了SBS改性沥青的抗水损伤性能。马歇尔的结果稳定、S / OMMT可以有效地提高承载力5.2共同SBS改性沥青混合料的动态稳定性分析相同的平行排列的情况下测试2次，如果任何误差大于20%的第三个实验的进行和完成四组车辙测试（共8小梁），车辙试验，结果显示OMMT / SBS改性沥青混合料的动态稳定的SBS改性沥青混合料的2.1倍，原因是OMMT / SBS复合材料形成带的结构类型、薄板本身会产生某些阻碍沥青分子链的运动效果，因此，其抗高温车辙能力最突出，适合沥青道路建设在炎热高温的地区需求。SBS/CB沥青混合料和SBS/S沥青混合料的高温车辙抗力也是普通SBS沥青混合料的1.5倍左右。结果表明，三种添加剂均能有效提高SBS改性沥青混合料的抗车辙性能。
        3.疲劳试验。基于材料和试验体积的限制，采用两个应变为1000的平行试验检测疲劳性能。总共进行了4组疲劳试验（12个实际试验）。结果表明，三种稳定剂的加入均不同程度地改善了SBS改性沥青的疲劳性能。从疲劳性能观察，四种沥青混合料的疲劳性能从大到小依次为SBS/OMMT、SBS/CB、SBS/S、SBS。经过深入比较，还发现SBS/OMMT沥青混合料的疲劳寿命是2.0×105 ~ 2.7×105倍，比掺量仅为4%（0.9×105 ~ 1.2×105倍）的SBS改性沥青（即不添加稳定剂）的疲劳寿命高出近1倍。SBS/CB复合材料改性的动态稳定性比SBS高0.5倍。SBS/S的疲劳性能与SBS相似。
        总之，对于一定量改性剂含量的改性沥青，添加稳定剂可使改性沥青的软化点提高20℃左右。稳定剂的加入对改性沥青的渗透度影响不大，而W加入的时针渗透度先减小后增大。稳定剂的加入可以改善SBS与沥青的溶解度，提高改性沥青的蓄热性能。
        参考文献：
        [1]郭军，SBS改性沥青流变性质与显微结构的关系.2018．
        [2]黄宏．浅谈纤维稳定剂对SBS改性沥青砼性能影响的研究.2019.