應(yīng)力吸收層SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青對比研究

摘要 隨著交通流量和車輛荷載的增加以及極端條件的影響，道路瀝青層會出現(xiàn)反射裂縫，降低道路的耐久性及安全性，可以在加鋪層之間布置薄層應(yīng)力吸收層來提高瀝青層的黏度。該文通過試驗(yàn)比較了應(yīng)力吸收層中SBS改性瀝青和橡膠改性瀝青的性能優(yōu)劣，并從試驗(yàn)中得出：同等溫度梯度下橡膠粉改性瀝青的抗拉拔強(qiáng)度優(yōu)于SBS改性瀝青，且橡膠改性瀝青混合料抗水損害性能優(yōu)于SBS改性瀝青，所以在同等條件下可以優(yōu)先選用橡膠改性瀝青作為應(yīng)力吸收層。

關(guān)鍵詞 應(yīng)力吸收層；改性瀝青；拉拔強(qiáng)度；抗水性能

中圖分類號 U414 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）23-0040-03

0 引言

在國家的宏偉藍(lán)圖中，道路建設(shè)是其中要緊的一環(huán)，直接影響國民的生活品質(zhì)和社會發(fā)展的速度。而瀝青材料作為支持經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在道路建設(shè)中起到重要作用。然而，隨著道路交通流量和車輛荷載的增加，以及道路的翻新等，使得傳統(tǒng)的瀝青材料出現(xiàn)反射裂縫等質(zhì)量問題，這不僅影響道路使用壽命，也構(gòu)成潛在的道路安全威脅。因此，為了減少反射裂縫的出現(xiàn)，可以在新鋪瀝青面層與現(xiàn)有水泥混凝土層之間布置薄層應(yīng)力吸收層，以此來提供新鋪瀝青面層與現(xiàn)有水泥混凝土層之間的黏著性能及防水性，同時(shí)保持結(jié)構(gòu)層的完整性[1]。在眾多改性瀝青材料中，SBS改性瀝青和橡膠改性瀝青因其具備獨(dú)特的改性機(jī)理和出色的實(shí)際使用性能，得到了廣泛應(yīng)用。該文將從SBS改性瀝青和橡膠改性瀝青的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀、性能對比等各方面進(jìn)行對比分析，研究成果以期為改性瀝青的選擇提供依據(jù)。

1 SBS改性瀝青研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 SBS改性瀝青的制備與研究

SBS改性瀝青的制備關(guān)鍵在于SBS改性劑的添加與混合。SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物）作為一種熱塑性彈性體，具有獨(dú)特的橡膠彈性和塑料加工性。當(dāng)SBS與瀝青混合時(shí)，它能夠有效地改善瀝青的流變性能和力學(xué)特性。通過控制SBS的添加量和混合工藝，可以制備出性能優(yōu)異的SBS改性瀝青。在較低溫度下，苯乙烯鏈段被凍結(jié)而表現(xiàn)出高彈性狀態(tài)，而隨著溫度的升高，鏈段開始自由運(yùn)動，使整個(gè)聚合物表現(xiàn)為橡膠狀，既柔軟又具有彈性。在高彈性態(tài)和橡膠態(tài)之間的轉(zhuǎn)化溫度被稱為非晶體材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。SBS改性劑根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)可分為星型和線型兩種，如圖1所示[2]。從圖中可以看出，線型SBS改性劑的分子沒有交聯(lián)，呈微觀的帶狀分布；而星型SBS改性劑的分子通過四氯化硅偶聯(lián)形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1.2 SBS改性瀝青的性能

通過添加改性劑可以使SBS改性瀝青的性能優(yōu)勢明顯提升。其中，高低溫性能的改善最為明顯，即SBS改性瀝青可以在高溫下保持穩(wěn)定的黏度和彈性模量；在低溫下具有較好的抗裂性能。此外，SBS改性瀝青具備良好的抗疲勞性能，能夠在經(jīng)受重負(fù)荷交通和頻繁變載的情況下保持較好穩(wěn)定性。SBS改性瀝青良好的抗老化性能使其可以有效抵抗紫外線、氧化和熱氧老化等物化過程的影響。SBS改性瀝青的上述特性使其能夠適應(yīng)不同地區(qū)的氣候條件，并有助于減少路面的破損和維修次數(shù)，降低道路維護(hù)成本，提高道路的使用壽命。

1.3 SBS改性瀝青的應(yīng)用

SBS改性瀝青良好的路用性能是其提高路面平整度、增加抗滑性和改善耐久性的重要基礎(chǔ)。目前，SBS改性瀝青已經(jīng)在高速公路、城市道路以及其他路面工程中得到廣泛應(yīng)用。其中，在高速公路建設(shè)中，SBS改性瀝青常被用于應(yīng)力吸收層、中間層和表層等路面結(jié)構(gòu)部位；在城市道路建設(shè)中，SBS改性瀝青被用于人行道、非機(jī)動車道和停車場等鋪裝項(xiàng)目中。隨著道路建設(shè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，SBS改性瀝青開始在橋梁、隧道和機(jī)場等特殊場所的鋪裝工程中使用，使得應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。

2 橡膠改性瀝青研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 橡膠改性瀝青的制備

橡膠改性瀝青的制備是將廢舊輪胎制成的橡膠粉作為改性劑，與基質(zhì)瀝青混合，通過加熱、攪拌和剪切等工藝，使橡膠粉均勻分散在瀝青中，從而改善瀝青性能的過程。該過程不僅可以有效利用廢舊輪胎資源、減少環(huán)境污染，還能顯著提升瀝青的耐久性、抗老化性和抗開裂性。制備過程中需嚴(yán)格控制溫度、時(shí)間和添加劑的使用，以確保橡膠改性瀝青的性能達(dá)到最佳狀態(tài)。橡膠改性瀝青在道路建設(shè)和維護(hù)中具有廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用能有效延長道路使用壽命，降低維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的兼顧。

2.2 橡膠改性瀝青的性能特點(diǎn)

橡膠改性瀝青相較于傳統(tǒng)瀝青具有一系列顯著的性能優(yōu)勢。首先，其彈性良好：由于橡膠粉的摻入，有效提升了瀝青的彈性，從而顯著改善了路面的抗變形能力和平整度，確保道路在長期使用中保持平整。其次，抗裂性能突出：橡膠改性瀝青具備出色的低溫抗裂性能，有效減少路面裂縫的產(chǎn)生，提高道路的使用壽命。此外，耐久性優(yōu)異：橡膠改性瀝青能夠長期承受車輛荷載和自然環(huán)境因素的考驗(yàn)，顯著減少路面損壞和維修需求，降低維護(hù)成本。最后，橡膠改性瀝青還具有良好的環(huán)保效益：其制備過程中采用了廢舊輪胎等廢棄物作為原料，實(shí)現(xiàn)了資源的綠色化循環(huán)利用。

2.3 橡膠改性瀝青的應(yīng)用

橡膠改性瀝青在路面工程中的應(yīng)用日益廣泛，其應(yīng)用領(lǐng)域和范圍也在不斷拓展。首先，橡膠改性瀝青憑借其優(yōu)異的低溫抗裂性能，在寒冷地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，橡膠改性瀝青能有效防止冬季路面裂縫的產(chǎn)生，顯著提升了路面的使用壽命。其次，橡膠改性瀝青因其出色的彈性和耐久性，能夠承受重載車輛的頻繁碾壓，顯著減少了路面的破損和維修需求，使得其在重載交通路段中被廣泛應(yīng)用。最后，橡膠改性瀝青在橋梁、隧道、機(jī)場等特殊場所的鋪裝工程中也逐漸展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢。

3 SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青路用性能對比分析

3.1 高溫穩(wěn)定性

對SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青分別從軟化點(diǎn)、針入度、黏度和彈性恢復(fù)四個(gè)方面進(jìn)行對比分析，其分析結(jié)果如表1所示[3]。通過表1可以得出，橡膠改性瀝青的高溫穩(wěn)定性優(yōu)于SBS改性瀝青。

3.2 低溫抗裂性

通過彎曲流變試驗(yàn)評價(jià)SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青在不同低溫下抗裂性能，并利用兩種改性瀝青的勁度模量值來對比分析其低溫抗裂性能，其具體對比分析結(jié)果如圖2所示[4]。通過圖2可以得出，橡膠改性瀝青的低溫抗裂性能明顯優(yōu)于SBS改性瀝青的低溫抗裂性能。

3.3 抗老化能力

為了對比橡膠改性瀝青與SBS改性瀝青的抗老化能力，通過對不同橡膠粉粒徑的橡膠改性瀝青與SBS改性瀝青兩者的針入度比、黏度比、軟化點(diǎn)比等各方面進(jìn)行對比分析，分析數(shù)據(jù)如表2所示[5]。通過數(shù)據(jù)得出，橡膠改性瀝青在抗老化性能方面相較于SBS改性瀝青更具有優(yōu)勢。其主要原因是，橡膠粉改性劑主要取材于廢舊橡膠，特別是那些被淘汰的廢舊輪胎。在輪胎的生產(chǎn)和加工階段，為了增強(qiáng)其耐磨性和抗氧化性，會添加多種特定的改性劑。這些添加的改性劑，在橡膠粉被用于改性瀝青時(shí)，發(fā)揮了重要的輔助功能，即幫助提升瀝青的抗老化能力，而這種輔助功能是SBS改性瀝青所不具備的，使得橡膠粉改性瀝青在抗老化方面展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢[3]。

4 應(yīng)力吸收層SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青試驗(yàn)對比

應(yīng)力吸收層在水泥混凝土路面與瀝青面層之間的布置位置，具有不可或缺的重要性。其核心作用在于預(yù)防并減緩因行車載荷和溫度變化引發(fā)的水泥混凝土路面裂縫向?yàn)r青面層的進(jìn)一步擴(kuò)展。這層混合料的性能表現(xiàn)，直接決定了路面的整體使用效能和長期耐久性。為了確保在實(shí)際工程中能夠充分利用改性瀝青加鋪層的優(yōu)勢，需要在進(jìn)行大規(guī)模鋪設(shè)之前，首先進(jìn)行一系列的室內(nèi)試驗(yàn)，以深入了解其性能特點(diǎn)。

首先為了論證外界試驗(yàn)溫度對試件抗拉拔性能的影響，試驗(yàn)時(shí)選擇不同的溫度梯度進(jìn)行試件的抗拉拔試驗(yàn)，具體對15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃這七個(gè)溫度條件下的改性瀝青進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，需要控制好每個(gè)溫度梯度的穩(wěn)定性，確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，具體試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。通過圖3可以得出，SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青的拉拔強(qiáng)度與溫度成反比，即隨著溫度的增加拉拔強(qiáng)度逐漸減??；在相同溫度梯度條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，橡膠粉改性瀝青試件的抗拉拔強(qiáng)度比SBS改性瀝青抗拉強(qiáng)度高；SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青的拉拔強(qiáng)度隨著溫度的增加差值逐漸減小，在15℃時(shí)兩者的差值為0.15 MPa，而在45℃時(shí)兩者的差值僅為0.03 MPa。

應(yīng)力吸收層屬于富瀝青砂懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，其空隙率在2%以內(nèi)，因此為了從SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青中選出更適合的材料進(jìn)行鋪設(shè)，對STRATA瀝青、SBS改性瀝青、橡膠改性瀝青和橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青四種改性瀝青進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)，為了試驗(yàn)方便特對這四種改性瀝青進(jìn)行編號，分別為1號（STRATA瀝青）、2號（SBS改性瀝青）、3號（橡膠改性瀝青）和4號（橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青），具體試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。通過圖4可以得出，橡膠改性瀝青的浸水穩(wěn)定度（MS1）和非浸水穩(wěn)定性（MS2）與其他三種相比皆較小，但是由MS1和MS2可以計(jì)算出應(yīng)力吸收層混合料的殘留穩(wěn)定度，并得出橡膠瀝青應(yīng)力吸收層混合料的殘留穩(wěn)定度為88.8%，SBS改性瀝青應(yīng)力吸收層混合料的殘留穩(wěn)定度為95%，橡膠改性瀝青應(yīng)力吸收層混合料的殘留穩(wěn)定度比SBS改性瀝青應(yīng)力吸收層混合料的殘留穩(wěn)定度低6.2%，應(yīng)力吸收層混合料中的瀝青含量較高，這說明橡膠改性瀝青混合料具有良好的抗水損害性能，能夠有效延長道路的使用壽命。

5 結(jié)論

該文對SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青的制備以及性能等多方面介紹，并對SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青的性能進(jìn)行對比得出：

（1）橡膠改性瀝青的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗老化能力皆優(yōu)于SBS改性瀝青。

（2）對應(yīng)力吸收層中的SBS改性瀝青與橡膠改性瀝青的抗拉拔性能分析可以得出，兩種改性瀝青的拉拔強(qiáng)度差值隨著溫度的增加由0.15 MPa減少至0.03 MPa，說明溫度越高兩者的拉拔強(qiáng)度越接近，且橡膠粉改性瀝青的抗拉拔強(qiáng)度優(yōu)于SBS改性瀝青。

（3）橡膠改性瀝青應(yīng)力吸收層混合料的殘留穩(wěn)定度比SBS改性瀝青應(yīng)力吸收層混合料的殘留穩(wěn)定度低6.2%，說明橡膠改性瀝青混合料具有良好的抗水損害性能，能夠有效延長道路的使用壽命。

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