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岩沥青/SBS复合改性沥青混合料路用性能研究

文章出处:未知 人气: 发表时间:2022-04-22 09:53:36
本文转载于沥青新视界 
 
 
摘要:为提高复合改性沥青的路用性能,在SBS改性沥青中添加一定量的岩沥青,对其样品制品和配比数据进行了分析,发现选用掺量在4%~6%的岩沥青掺入SBS改性沥青中其路用性能最佳。进一步对4%和6%岩沥青掺量的复合改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性进行了分析,试验结果表明:在SBS改性沥青中添加一定量的岩沥青可显著改善沥青混合料的高温稳定性和水稳定性,但一定程度上会损坏混合料的低温稳定性,因此需根据工程实际对其进行合理应用。
 
 
 
关键词:岩沥青;SBS改性沥青;路用性能
 
 
 
引言
 
 
 
岩沥青属于天然沥青,特殊温度压力状态下的岩沥青聚合性能良好、耐用性较好,经简单制备后,就可形成应用于现代建筑及路桥修建的材料。SBS复合改性沥青属于高分子聚合物,相比于岩沥青其稳定性更好、耐久时间更长,结合岩沥青与SBS改性沥青的复合材料软化度和黏度均有显著改善,在高温状态下的稳定指数更好,但要想获得高质量的公路工程原材料,还需对混合料进行性能验证,调节配比情况满足低温性能要求。
 
 
 
1 岩沥青/SBS复合改性沥青配比
 
 
 
1.1 样品制备 
 
 
 
不同地区生产的岩沥青与SBS复合改性沥青的主要技术指标差异较大。以某炼油厂生产的SBS改性沥青为例,其软化点可达到66.1℃、闪点达320℃,弹性恢复状态为83℃,质量变化为0.08%。本研究主要基于这种性能指标状态进行分析,探讨岩沥青/SBS复合改性沥青的具体配比状况。
 
 
 
在170℃的温度下,将 SBS复合改性高黏沥青溶化,分3次均匀加入岩沥青,并在相同温度下将改性剂放入高度转速的离心机中,转速为3000r/min。离心10min 后,再将转速下调为原有转速的30%,转速剪切时间为5min。5min 后将转速调整为800r/min,将改性材料放置在设备中发育1h,观察样品的具体冷却情况,24h后获得改性沥青的研究试验样品。
 
 
 
1.2 数据分析
 
 
 
将岩沥青掺入量分别设置为0%, 2%,4%,加入SBS改性沥青中,对其进行性能检测,结果如表1所示。
 
 
 
 
 
 
从表 1 可看出,岩沥青掺量控制在0%~4% 时,样品针入度下降较为明显,软化点温度提升,延度下降,布式黏度升高,升高幅度较大。当岩沥青掺入量控制在6%~10%时,针入度持续下降且下降幅度超过15%,软化点持续上升,延度下降明显,下降幅度超过15%,布式黏度持续上升,增长量超过12%。
 
 
 
综合来看,掺入岩沥青改性剂后,随着岩沥青掺量的不断增加,沥青抵抗变硬能力增强且温度敏感程度下降,在高温状态下获得更加稳定的表现。在2%~6%比例的岩沥青掺入情况下,针入度、软化点温度、延度和布氏黏度维持在较平衡的状态,可兼顾温度性能、改善沥青结构,获得较好的工程应用效果,但岩沥青掺量持续增加后沥青的布氏黏度会超 4Pa·s,尤其是岩沥青改性剂掺量在8% 以上时,布氏黏度持续增加,甚至超过5Pa·s。这种状态下,改性材料对温度的敏感性大幅度增加、黏度增加,性能下降,不利于工程施工。因此,为获得良好的配比效果,复合改性沥青的配比掺入量应控制在4%~6%之间。
 
 
 
2 岩沥青/SBS复合改性沥青混合料路用性能分析
 
 
 
某段公路工程使用岩沥青/SBS 复合改性沥青混合料进行施工,选择级配C和级配D组的混合料作为研究对象,分别对混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性进行研究,从而确定最终配比,促进复合改性沥青混合料性能提升。
 
 
 
2.1 高温稳定性
 
 
 
级配C改性沥青添加4%的岩沥青,级配D改性沥青添加6%的岩沥青。相比SBS改性沥青,两种级配类型的复合改性沥青具有不同的性能指标。级配C改性沥青空隙率为4.2%、矿料间歇率为14.9%、饱和度为71%,级配D改性沥青空隙率为4.3%、矿料间歇率为14.9%、饱和度为71.5%。两种沥青只在空隙率上有差异,但都满足正常空隙率2%~ 6%的要求,可应用于工程施工。
 
 
 
高温稳定性能是沥青混合料状态的重要评价指标,在高温状态下,如沥青混合料可保持原有的强度、刚度,就能减少车辙产生。目前,对高温状态下沥青混合料的状态评价主要基于车辙试验,应用动稳定指标来对不同混合料的硬度进行评价。由试验可知,添加4%岩沥青的级配C复合改性沥青混合料,高温稳定测定值平均为6220mm,添加6%岩沥青的级配 D复合改性沥青混合料平均车辙试验值为10425μm,这两种沥青混合料均满足动稳定度大于2400mm的硬性标准。从数据分析结果可看出,添加岩沥青达到6%,混合料的高温性能逐渐提高,如应用于我国南方地区施工,可满足气候条件要求;同时,添加6%岩沥青,可进一步降低混合料的生产成本,市场适应性较好。
 
 
 
2.2 低温抗裂性
 
 
 
低温弯曲度可评价沥青混合料在低温条件下抗变形能力、抗张拉能力,也是沥青混合料的重要性能指标之一。目前,对抗张拉性能、抗弯曲性能进行评价主要是在平均温度低于10℃的冬季严寒地区进行测试。从测试数据来看,级配C 改性沥青挠度为0.59mm,抗弯拉强度为11.36MPa,极限弯拉应变为3140με,弯曲劲度模量为3617MPa。级配D改性沥青挠度为0.58mm,抗弯拉强度为10.50MPa,极限弯拉应变为3062με,弯曲劲度模量为3430 MPa。级配A中SBS改性沥青挠度为0.62mm,抗弯拉强度为10.62MPa,极限弯拉应变为3264με,弯曲劲度模量为3248MPa,添加岩沥青的沥青混合料抗变形能力更好。
 
 
 
从工程实际应用来看,沥青混合料的抗弯拉强度越高,在低温状态下抗变形能力就越强,尤其是低于-15℃的状态下,路面的低温抗裂性能越好,产生的横向裂隙和纵向裂隙数量就越少。同时,沥青混合料低温劲度模量越大,抗变形能力越差,对温度函数的变形就越敏感。从数据结果可看出,添加不同比例的岩沥青后,复合改性沥青混合料极限抗弯拉应力明显变小,弯曲劲度模量显著增加,相对于SBS沥青混合料,这些数据可平均上升或下降 20% 的幅度,说明添加岩沥青后,复合改性沥青混合料的温度敏感性下降,刚度更大,对低温的适应性变差。虽然也可满足工程硬性标准要求,但在低温状态下复合改性沥青混合料容易出现裂缝,造成工程质量下降。
 
 
 
2.3 水稳定性
 
 
 
沥青混合料的水稳定性主要是检测其实际状态下的冻融劈裂效果。根据应力要求,采用螺旋压实成型的圆柱试验对沥青混合料的空隙率进行检验。添加4%掺量岩沥青的级配C复合改性沥青,油石比达4.7%,冻融前强度为1.0MPa,冻融后强度为0.90MPa,冻融劈裂抗拉张强度比为90%。添加6%掺量岩沥青的级配D形成复合改性沥青后,油石比为4.6%,冻融前强度为1.04MPa,冻融后强度为0.88MPa,冻融劈裂抗拉强度为84.6%,两种类型的改性沥青均满足冻融劈裂抗拉强度比大于80% 的技术指标。相对于SBS改性沥青油石比4.7%、冻融前强度0.82MPa、冻融后强度0.68MPa、冻融劈裂抗拉张强度 80.2%,可以看出,添加岩沥青后的复合改性沥青混合料的冻融劈裂抗张拉强度显著上升。因此,添加一定程度的岩沥青混合料可提高改性沥青的水稳定性。
 
 
 
3 结语
 
 
 
综上所述,在SBS改性沥青中添加岩沥青的方法可显著改善沥青混合料的高温稳定性和水稳定性,但一定程度上会损伤混合料的低温稳定性,软化点、闪点、弹性恢复指标都会有所增加。在实际工程应用中,应根据施工环境和施工性能需求调节岩沥青配比。
 
 
 
 
 
参考文献:
 
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