不同温度条件下低黏油/SBS复合改性沥青性能特征分析

王海荣

江苏中亿通道路新材料有限公司 江苏 镇江 212132

聚乙烯-丁二烯-苯乙烯+改性沥青（SBS+MA）因其优越的抗车辙性能和变形恢复能力，在道路建设中得到了大力推广[1]。但该材料在低温、中温条件下的性能存在一定局限性，为了打破这道屏障，通过添加低黏油的方式来提高改性沥青的抗开裂能力。以此提高低黏油在道路建设中的使用力度，推动道路建设的发展。

1 低黏油/SBS复合改性沥青的制备

1.1 制备材料的选定

经综合考量，选择SK沥青作为此次制备改性沥青的基质沥青，而在改性剂上，选择了SBS改性剂，低黏油选择了废机油（FJY）与某品牌的植物基油（ZWJY）。低黏油相关参数如表1所示，确定好这些制备材料后，便能制备出所需的改性沥青。

表1 废机油（FJY）与某品牌的植物基油（ZWJY）的相关参数

1.2 制备

复合改性沥青的制备需要注意的是：一是SBS掺量为4.5%；二是稳定剂0.2%；三是根据PG76-28分级情况，确定低黏油掺量；四是废机油与SBS的结合记作SBS+FJY，植物基油与SBS的结合记作SBS+ZWJY。各材料组成情况如表2所示。

表2 复合改性沥青各材料组成情况 %

复合改性沥青的制备步骤如下：第一，对SK沥青进行加热处理，使之温度达到178℃，在温度恒定后，将SBS改性剂与稳定剂添加到SK沥青中进行搅拌，搅拌时间为30min，搅拌速率为600的r/min，其中，加入稳定剂能够让改性沥青在储存时的稳定性得以提高；第二，结束搅拌后，将低黏油添加至其中，并借助剪切机进行剪切处理，此时的剪切温度为180℃，剪切时长为90min，转速为3500r/min；最后，在结束剪切处理后，借助烘箱进行发育处理，此时的温度为175℃，时间为2h，在烘箱发育结束后，便能得到所需的复合改性沥青。

2 实验方法选定

基于《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20—2011，借助美国CS325-B型沥青旋转薄膜烘箱开展短期老化和长期模拟试验，以了解沥青的老化性能，同时借助9300型PrentexPAV模拟20h长期老化作用与40h的特长期老化作用。其中，沥青旋转薄膜烘箱（RTFO）的使用温度为（163±0.5）℃。而对于沥青的黏弹性性能与性能等级分级情况，选择了动态流动剪切试验，使用到的仪器是美国电流互感器的HR20型动态剪切流变仪；在改性沥青的变形弹性恢复情况与抗高温形变方面，选择了多应力蠕变恢复实验[2]（MSCR），使用到的仪器同上。借助该设备，对沥青路面在车辆荷载条件下多的形变情况（包括形变恢复状态）进行模拟，当应力阶段进入到3.2kPa时，得到的弹性恢复率（R）与不可恢复蠕变量（Jnr）大小便能对其变形情况进行衡量。在疲劳新性能方面，选择了线性振幅扫描法（LAS）[3]，借助该方法在2.5%与5%应变水平条件下，对沥青的疲劳寿命（Nf）进行检测。关于沥青结料的弯曲情况，可借助美国佳能公司的电子束弯曲梁流变仪弯曲梁流变仪（BBR）进行测试。

3 不同温度条件下低黏油/SBS复合改性沥青性能特征分析

3.1 低温条件下的性能特征分析

在低温条件下，探讨低黏油/SBS改性沥青性能情况可通过了解其蠕变松弛能力和劲度模量来进一步考量，对于这些变量的获取，可借助BBR实验得到，实验结果如图1所示。

图1 低温条件下BBR实验结果

从低温劲度模量结果可以看出，在-12℃与-18℃条件下，SK沥青与SBS+MA沥青的劲度模量基本相同，意味着SBS改性沥青在此条件下的低温模量呈现出明显的增长趋势，提高了SBS+MA的低温性能。同时，随着FJY与ZWJY的添加，低温劲度模量受到了一定程度的削减，能够在一定程度上缓解沥青材料受到的应力情况，减少了因低温导致的沥青裂缝问题发生。从蠕变松弛能力的实验结果可以看出，在-12℃与-18℃条件下，SK沥青的蠕变速率均超过了SBS+MA的蠕变速率，体现出了良好的内应力松弛能力，而随着FJY与ZWJY的添加，能够进一步提高改性沥青的蠕变速率。在-12℃条件下，SK沥青的蠕变速率虽然高于SBS+FJY与SBS+FJY的蠕变速率，但是这2种复合改性沥青的蠕变速率仍在不断提升，而随着温度调整至-18℃，SBS+FJY与SBS+FJY的蠕变速率均超过了SK沥青。结合上文的结果可以得到以下结论：在复合改性沥青中添加低黏油来提升其低温性能的原理在于能够提高沥青的应力松弛能力，削弱其低温劲度模量。

3.2 中温条件下的性能特征分析

在中温条件下，主要是对改性沥青的疲劳性能特征进行检验，实验方法是LAS，经检验得到的结果Nf如图2所示。

图2 中温条件下不同应变水平的Nf值

可以看出，在2.5%应变水平下，SBS+MA的疲劳性能与SK沥青相比，并未出现较为明显的上升趋势，但是在抗老化性能上优于SK沥青。随着FJY与ZWJY两种低黏油的添加，Nf在改性沥青未老化期间会得到极大的提升，而随着老化作用的到来，Nf也会呈现出明显的下降趋势。在5%应变水平下，SK沥青的疲劳性能优于SBS+MA，随着FJY与ZWJY两种低黏油的添加，在此大应变水平下，改性沥青的疲劳寿命同样会随之增加，而随着老化作用的到来，Nf也会呈现出明显的下降趋势。综上得到结论如下：中温条件下，在不同应变水平中添加低黏油均能提高改性沥青的疲劳性能，而在老化作用的干预下，疲劳性能会受到严重的削弱。

3.3 高温条件下的性能特征分析

在高温条件下探讨改性沥青性能特征情况，主要是借助MSCR对其蠕变性能高进行检验，得到的结果如图3所示。

图3 3.2应力水平下的Jnr值与R值检验

从Jnr值的结果来看，应力在3.2kPa条件下，随着FJY与ZWJY低黏油的添加会提高Jnr的作用，其中，改性沥青抗高温性能与Jnr值成反比关系，即Jnr值越高，抗高温性功能则越差，反之则越优。在RTFO条件下，SBS+FJY与SBS+FJY的Jnr不足0.5kPa-1，从美国州公路及运输协会标准中查阅可以得知，其抗车辙性能达到了E级，拥有极高的高温抗车辙能力。尽管Jnr值超过了0.5kPa-1，那也不会对抗车辙能力造成多大影响，也能达到V级较高的水平。从R值实验结果来看，改性沥青的高温变形恢复能力较为突出，在旋转薄膜烘箱条件下，R值基本超过了30%，在长期老化与特长期老化作用下所展现的结果亦是如此。可见，老化作用能够提高改性沥青的高温性能。综上得到的结论是：随着老化程度的增加，Jnr值逐渐降低，R值逐渐增加。

4 结论

（1）在低温环境下，随着FJY与ZWJY的添加，复合改性沥青的劲度模量会有所降低，内应力松弛能力会有所提高；（2）在中温环境下，随着FJY与ZWJY的添加，复合改性沥青的抗疲劳裂缝能力有所提高，同时随着应变水平的增加，Nf会随之增大，抑制了此温度环境下的复合改性沥青的抗疲劳性能；（3）在高温环境下，SBS+MA的高温抗车辙性能最优，即使加入了FJY与ZWJY这2种低黏油，复合改性沥青的抗车辙水平在此高温环境下依旧十分显著。