SBS改性沥青混合料 水稳定性和高温稳定性试验分析

郭亮

SBS改性沥青是在沥青中加入橡胶等改性剂来改善沥青的路用性能，增加沥青的抗车辙、温度稳定性等性能。改性剂掺量会根据不同地区气候特点和车辆特点进行掺加相应的改性剂，以适应道路路用寿命及相关参数要求。本文选取AH-90沥青材料作为研究对象，添加改性剂为丁苯橡胶，通过沥青混合料配合比设计，选取沥青混合料添加一定比例的SBS改性剂-丁苯橡胶的水稳定性、高温稳定性进行研究。研究沥青混合料透水性能通过设置的试验条件为掺量不同的改性剂含量和混合料击实次数不同。

改性剂主要是聚乙烯、丁苯橡胶等材料。沥青混合料通过掺加改性剂改变沥青高温性能以及其他路用性能，以使得沥青混合料寿命得以延长。从一定程度上认为能够改善沥青性能的纤维、聚合物、填料等都可以认为是沥青的改性剂。

目前国外常用的沥青混合料改性剂主要有聚乙烯、苯乙烯丁二烯嵌段共聚物、丁苯橡胶等类型。随着改性沥青研究不断深入，在理论试验和实际应用相结合经验总结基本上能够确定改性剂的种类和掺量对沥青混合料性能有着不同的影响。如：SBS改性剂可以提高沥青混合料的高低温性能，降低沥青的温度敏感性，有效改善沥青的抗老化性能。目前这种改性剂已经成为我国道路工程中主要的改性剂。因为其具有良好的改性作用，因此被广泛使用。

一、配合比设计

本文所采用的沥青混合料为延度好、粘度高、软化点高的AH-90沥青，技术指标均符合规范规定要求；SBS改性沥青混合料所用的改性剂是外观呈白色条状的热塑性丁苯橡胶。沥青与改性剂的融合采用的是湿法工艺：本次选用温度在170℃的条件下，将AH-90沥青分成4份分别与质量为3%、4%、5%、6%的丁苯橡胶改性剂倒入到高速剪切机内进行搅拌，设定转速选用7000r/min～8000r/min，进行搅拌，搅拌时间设定为15～30 min。在上述试验条件下，沥青能达到改性的需求，并形成不同组分的SBS改性沥青。

对上述沥青实验室性能进行测试，当SBS改性剂的量由3%～6%增长时，沥青的低温抗裂性能得到有效提高，同时改性沥青的延度发生显著增长，同时沥青的延度性能也有显著增长。初定改性剂的掺量为4%～6%。

本次选取改性剂掺量在3%～6%的SBS改性沥青混合料，几组试验分别采用不同的改性剂掺量且逐渐增加，试验中主要对沥青物理指标针入度变化、沥青粘度的变化，试验中在改性剂的掺量为5%时，针入度指标变化趋于稳定，针入度减少量逐渐减小，因此本次选取沥青掺量为5%的改性剂作为研究对象。

根据改性沥青掺加改性剂的掺量发现，沥青的软化点随着改性剂掺量增加不断增大，研究发现改性剂丁苯橡胶掺量在3%～4%时，沥青软化点的增长速率相对比较慢；SBS沥青混合料的改性剂丁苯橡胶掺量大于4%时，沥青软化点降低。

通过加入SBS改性剂后三大指标的变化情况最终确定改性剂掺量控制在4%～6%较为合适，最佳改性剂掺量控制在5%较为合理。

二、水稳定性分析

沥青混凝土在施工及使用过程中受温度变化、地方降水等环境因素影响较大，尤其在南方空气潮湿、降雨量较大的地区对沥青混凝土的水稳定性要求较高。本文通过改变沥青改性剂掺量采用浸水马歇尔试验对沥青混合料的水稳定性进行研究，选用残留稳定度进行分析，加入改性剂丁苯橡胶后沥青混合料的残留稳定度应不小于80%。

1.改性剂含量影响

改性剂是通过将混合料中沥青无法进行填充稳定的空隙采用改性剂改变沥青混合料的粘结性能，使得混合料密实性增加，从而避免水进入沥青混合料中破坏其结构形式，以达到稳定和增加寿命的目的。本次选用常规的浸水马歇尔试验时，将改性剂含量作为可变量，研究同一种改性剂由于掺量不同对沥青性能影响，以便确定最合适的改性剂掺配比例，试验中改性剂含量由4%到6%，最终残留稳定度受改性剂掺量影响曲线结果如图1所示。

由图1可得：通过残留稳定度指标变化值说明SBS 改性剂对沥青混合料水稳定性有提高作用，当SBS改性剂超过5%后，水稳定性提高的并不明显，说明过量的改性剂既使成本增加，又对材料性能无显著影响。

图1 残留稳定度变化曲线

2.击实次数的影响

SBS 改性剂会与沥青进行充分的融合，混合料在进行击实时大部分会存在于填料的缝隙之间。这种情况下要进行充分的击实，否则骨架会变松散，使水进入沥青内。本节选取SBS 改性剂为5%的沥青混合料分别进行50次和75次的击实，本试验采用浸水马歇尔试验测定指标值，残留稳定度见表1所示。

表1 试验数据

由表1可知：采用击实次数为50次时，不同级配的残留稳定度值均小于80%，分别为76.5%、75.1%、73.8%。采用击实次数为75次时，各个级配的沥青混合料残留稳定度均出现明显增大，均大于规定值。根据试验结果证明SBS改性沥青混凝土在改性剂掺量不变的情况下，压实次数与沥青混合料的水稳定性密切相关。

三、高温稳定性分析

1.温度的影响

本节在进行沥青混合料温度影响时，选取试验温度分别为60℃、65℃、70℃。在5%最佳沥青用量的情况下进行车辙试验。其结果见表2所示。

表2 试验数据

通过表2可以看出随着温度的升高，在60℃～70℃范围内，减小速率越来越大，SBS改性沥青混合料的动稳定度指标逐渐减小。

车辙深度随着温度的升高逐渐增加，温度越高车辙深度的增加速率越来越大。沥青高温稳定性除材料外主要受温度的影响。车辙深度随温度影响变化趋势和变形量的变化趋势一致，且较为相近，相对变形也随着温度的升高逐渐增加。通过以上指标分析可知：SBS改性剂-丁苯橡胶能在一定程度上改善沥青混合料的高温稳定性，温度对沥青混合料的高温稳定性影响程度较大。

2.碾压次数的影响

本次研究沥青混合料动稳定度受SBS改性沥青混合料试件碾压次数的影响。碾压次数分别控制在12次、24次、36次。选取改性剂掺量在5%时沥青混凝土试件成型，采用碾压压强为0.7MPa。试验结果见表3所示。

表3 试验数据

由表3实验数据可以看出动稳定度随着碾压次数的增加逐渐增长，碾压次数从12次到24次时动稳定度增长速率较快，碾压次数从24次到36次时，增长速率相对平缓。

碾压12 次时，轮压荷载主要作用是压密试件，此时的变形量主要来自轮载作用。24次时车辙深度增加，增加的深度同样来自压密变形，而原始存在的变形主要发生剪切流动变形。

四、结语

根据上述实验分析总结如下：

（1）通过残留稳定度试验表明SBS改性剂-丁苯橡胶对沥青混合料水稳定性有提高作用，改性剂掺量控制在5%～6%时SBS沥青混合料的性能最好。

（2）SBS改性剂-丁苯橡胶能够有效改善沥青混合料的高温稳定性，沥青混凝土的动稳定度受温度影响较大。

（3）SBS改性沥青混合料在进行碾压时，试件的破坏顺序是沥青混合料试件先出现压密变形然后出现剪切变形，最后因粘聚力的减小产生车辙破坏。