排水式樹脂瀝青混合料OGFC-13的改性試驗

鄭海兵，劉二國，陳建斌，喬弘，張愛勤

1.山東泰山路橋工程公司，山東泰安 271000；2.泰安市公路事業(yè)發(fā)展中心，山東泰安 271000；3.山東交通學(xué)院山東省高校路面結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，山東濟南 250357

0 引言

目前，密級配瀝青混合料在我國城市道路建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，隨著國內(nèi)建設(shè)海綿城市熱潮的推進，排水瀝青路面成為城市道路建設(shè)的重要需求。普通樹脂瀝青膠結(jié)料高、低溫性能較差，不能直接用于加工排水瀝青混合料。錢振動等[1]認為通過高黏改性劑(TAFPACK-super，TPS)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(styrene butadiene styrene block polymer，SBS)復(fù)合改性，可有效提高樹脂瀝青的60 ℃動力黏度、混合料的高低溫穩(wěn)定性及耐久性能。周水文等[2]分別采用改性瀝青和混合料2種方法，優(yōu)化透水瀝青混合料性能，試驗表明改性劑可有效改善透水瀝青混合料的使用性能。我國目前對排水瀝青路面用膠結(jié)料的研究還處于起步階段，還需要深入研究樹脂瀝青膠結(jié)料的選擇、性能、排水瀝青混合料性能優(yōu)化等問題。

本文通過添加SBS改性劑研究改善樹脂瀝青及SBS改性樹脂透水瀝青混合料開級配抗滑磨耗層(open graded friction course，OGFC)-13的性能，并在此基礎(chǔ)上采用專用高黏改性劑A復(fù)合改性，優(yōu)化樹脂瀝青OGFC-13的路用性能，為排水式樹脂瀝青路面的應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料

1.1 樹脂瀝青

目前我國樹脂瀝青多用于生產(chǎn)彩色瀝青混合料，于普通透水瀝青混合料的研究較少，可借鑒彩色樹脂瀝青的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究樹脂瀝青的技術(shù)要求，樹脂瀝青為膠結(jié)料，一般為淺色或深褐色，主要采用石油樹脂與改性劑等化工材料共混改性而成[3-5]。

1.2 SBS改性劑

SBS改性劑作為熱塑性彈性體，兼具塑料與橡膠的雙重特點[6]。SBS改性劑分散到基質(zhì)瀝青中發(fā)生溶脹，經(jīng)高速剪切發(fā)育形成新的膠體結(jié)構(gòu)，瀝青的塑性和延伸性等性能得到很大改善[7-9]。SBS改性劑有星型和線型2種，星型SBS改性劑分子量較大，與瀝青相容性較差，因此本研究選用國產(chǎn)T6301h線型SBS改性劑。

1.3 高黏改性劑A

高黏改性劑以環(huán)氧基類樹脂、熱塑性彈性體為基材，輔以抗剝離和抗老化的復(fù)合改性劑，經(jīng)注塑擠壓形成粒狀材料，可以增強瀝青的黏韌性，采用干投方式在混合料拌和過程中充分研磨分散，可提高排水瀝青混合料的強度、抗飛散能力、水穩(wěn)等多種性能[10]。本研究采用排水瀝青路面用國產(chǎn)高黏改性劑A。

2 樹脂瀝青膠結(jié)料試驗與分析

2.1 樹脂瀝青性能指標(biāo)

研究選用樹脂瀝青成品，檢測其密度、黏結(jié)性、延性、感溫性及老化性能指標(biāo)，試驗結(jié)果見表1。

表1 樹脂瀝青技術(shù)要求及試驗結(jié)果

注：TFOT(thin film oven test)為瀝青薄膜加熱試驗

由表1知，選用材料滿足相應(yīng)指標(biāo)要求，材料的黏度、黏聚力和延度較大，抵抗變形的能力較好，但軟化點處于標(biāo)準(zhǔn)下限，可能造成樹脂瀝青混合料高溫穩(wěn)定性不足。因此，需要對其進行改性研究。

2.2 SBS改性樹脂瀝青試驗

研究表明[11-14]，SBS改性劑可以明顯改善瀝青的高溫和低溫性能，與樹脂瀝青有較好的相容性，因此采用SBS改性劑對樹脂瀝青進行改性。為研究SBS改性劑對樹脂瀝青的改性效果及其與樹脂瀝青的最佳質(zhì)量比，在淺色樹脂瀝青膠結(jié)料基礎(chǔ)上，按照SBS改性劑與樹脂瀝青的質(zhì)量比分別為0.03、0.05、0.07、0.09、0.11、0.13、0.15添加改性劑，并測試改性樹脂瀝青的針入度、軟化點、延度以及135 ℃黏度，SBS改性劑質(zhì)量比與各性能的變化曲線如表2所示。

由表2可知：隨著SBS改性劑與樹脂瀝青質(zhì)量比的增加，改性樹脂瀝青的針入度逐漸降低，軟化點不斷提高，延度(5 ℃)與黏度(135 ℃)快速持續(xù)增加。當(dāng)SBS與樹脂瀝青的質(zhì)量比由0.11增加到0.15時，針入度(0.1 mm)由64降低到50,遞減梯度較大。當(dāng)SBS改性劑與樹脂瀝青的質(zhì)量比由0.07增加到0.11時，改性樹脂瀝青的軟化點迅速提高，由57.0 ℃提高到72.5 ℃，此后隨著SBS改性劑與樹脂瀝青的質(zhì)量比的增加，改性樹脂瀝青的軟化點增長幅度變緩。當(dāng)SBS改性劑與樹脂瀝青的質(zhì)量比由0.05增加到0.15時，改性樹脂瀝青的延度(15 ℃)增加了60.4 cm。當(dāng)SBS改性劑與樹脂瀝青的質(zhì)量比不超過0.13時，改性樹脂瀝青黏度(135 ℃)不超過3 Pa·s，有較好的施工和易性；當(dāng)SBS改性劑質(zhì)量比增加至0.15時，黏度(135 ℃)則大于規(guī)范要求的3 Pa·s，施工難度增加?？梢?，加入SBS改性劑明顯改善了樹脂瀝青的黏性、高溫穩(wěn)定性、低溫延展性和抗老化性。

綜合試驗結(jié)果知，SBS改性劑與樹脂瀝青的最佳質(zhì)量比為0.13，且滿足改性樹脂膠結(jié)料的技術(shù)要求，可用于排水瀝青路面。

表2 改性樹脂瀝青的試驗結(jié)果

注：RTFOT(rotated thin film oven test)為瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗

3 排水式樹脂瀝青混合料OGFC-13的改性與性能試驗

3.1 樹脂改性瀝青混合料OGFC-13性能試驗

采用馬歇爾試驗進行配合比設(shè)計，當(dāng)膠結(jié)料為SBS改性劑與樹脂瀝青的質(zhì)量比為0.13的改性樹脂瀝青時，設(shè)計配比為m(10～15 mm碎石)∶m(5～10 mm碎石)∶m(3～5 mm碎石)∶m(機制砂)∶m(填料)=34∶51∶2∶7∶6，最佳油石質(zhì)量比為0.04。通過性能試驗，改性樹脂瀝青OGFC-13混合料的空隙率、析漏損失、穩(wěn)定度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但存在以下問題：1)考慮OGFC對水的敏感性，借鑒文獻[15]對公路透水瀝青混合料的評價標(biāo)準(zhǔn)，該樹脂改性瀝青OGFC-13的殘留穩(wěn)定度和殘留強度比指標(biāo)均較低。由于排水瀝青路面具有大空隙率，更容易遭受水損害，因此該OGFC-13的水穩(wěn)定性還有待改進提高。2)試驗結(jié)果中飛散損失較大，且動穩(wěn)定度較低，表明其高溫抗車轍性能較差。為提高高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，根據(jù)樹脂改性瀝青的試驗結(jié)果，進一步進行復(fù)合改性研究。

3.2 樹脂改性瀝青OGFC-13的復(fù)合改性與性能優(yōu)化

有研究表明[16-20]，使用性能優(yōu)良的膠結(jié)料可以顯著增強排水瀝青混合料各方面的性能。借鑒國內(nèi)排水瀝青路面經(jīng)驗，采用國產(chǎn)高黏改性劑A進行復(fù)合改性，用于提高排水瀝青路面的路用性能。以改性樹脂瀝青作為基質(zhì)瀝青，在此基礎(chǔ)上添加高黏改性劑A，與SBS樹脂瀝青的質(zhì)量比分別為0.05、0.09，按照干拌的方式使高黏改性劑均勻分散于排水瀝青混合料中，形成復(fù)合改性樹脂瀝青OGFC-13。對其進行性能測試，并對比分析改性樹脂瀝青OGFC-13的性能指標(biāo)，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 復(fù)合改性樹脂瀝青OGFC-13試驗結(jié)果

由表3可知，摻加高黏改性劑A使復(fù)合改性樹脂瀝青混合料OGFC-13的路用性能得到明顯改善，特別是顯著提高其抗水損害、抗車轍和抗飛散能力。高黏改性劑A與SBS改性樹脂瀝青的質(zhì)量比為0.05時，復(fù)合改性樹脂OGFC-13的飛散損失為16.8%，比改性樹脂OGFC-13混合料降低了7.3%,滿足排水瀝青路面飛散試驗要求；質(zhì)量比為0.09時，飛散損失降低了80%，抗飛散能力大大提高。

當(dāng)高黏改性劑A與SBS改性樹脂瀝青的質(zhì)量比為0.05時，OGFC-13的動穩(wěn)定度不滿足技術(shù)要求，質(zhì)量比為0.09時動穩(wěn)定度提高了1.27倍，滿足技術(shù)要求。繼續(xù)增加高黏改性劑的質(zhì)量比將進一步提高其抗車轍能力，但高黏改性劑增多，黏度增大，施工困難，成本增加。

與SBS改性樹脂瀝青OGFC-13相比，高黏改性劑A與SBS改性樹脂瀝青的質(zhì)量比為0.05時，復(fù)合改性樹脂瀝青OGFC-13的殘留穩(wěn)定度為85%，殘留強度比為82%，抗水損害能力明顯提高；高黏改性劑A與SBS改性樹脂瀝青的質(zhì)量比為0.09時，殘留穩(wěn)定度和殘留強度比分別提高了12.9%和18.9%，表明該混合料具有優(yōu)良的水穩(wěn)定性。

綜合試驗結(jié)果分析，摻加高黏改性劑A可以明顯改善復(fù)合改性樹脂瀝青OGFC-13的抗水損害、抗車轍和抗飛散能力，且高黏改性劑A與改性樹脂瀝青的質(zhì)量比為0.09時材料性能最佳。

4 結(jié)論

1)當(dāng)SBS與樹脂瀝青的質(zhì)量比為0.13時，改性樹脂瀝青滿足相關(guān)技術(shù)要求，但不能保證其組配改性樹脂瀝青OGFC-13的動穩(wěn)定度滿足要求。

2)摻加國產(chǎn)高黏改性劑A后，復(fù)合改性樹脂瀝青OGFC-13混合料的抗水損害、抗車轍和抗飛散能力明顯改善，且高黏改性劑A與SBS改性樹脂瀝青的質(zhì)量比為0.09時改性效果最佳。

3)與改性樹脂瀝青相比，高黏改性劑A與SBS改性樹脂瀝青的質(zhì)量比為0.09時，復(fù)合改性樹脂瀝青OGFC-13殘留穩(wěn)定度、殘留強度比分別提高了12.9%和18.9%，飛散損失降低了80%，動穩(wěn)定度提高了1.27倍。