TLA和SBR復(fù)合改性瀝青工作性能試驗(yàn)研究

摘要：文章選用70#重交道路石油瀝青，添加不同比例的TLA和SBR制備復(fù)合改性瀝青，通過調(diào)控?fù)搅勘壤?，進(jìn)行性能試驗(yàn)，探究影響機(jī)制，旨在為耐久性瀝青路面建設(shè)提供參考。試驗(yàn)結(jié)果顯示：TLA和SBR的摻入提高了瀝青的硬度和粘稠性，但TLA過多會(huì)降低瀝青的延度，影響其低溫性能；SBR的加入有效提升了瀝青的低溫延度，改善了瀝青的柔順性；合理控制TLA和SBR摻量，可制備出性能優(yōu)良的復(fù)合改性瀝青。

關(guān)鍵詞：石油瀝青；復(fù)合改性；常規(guī)性能；針入度

中圖分類號(hào)：U414.1" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A" " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.006

文章編號(hào)：1673-4874（2024）11-0018-04

引言

在公路建設(shè)中，瀝青路面因出色的粘彈性、柔韌性和變形能力成為優(yōu)選材料，可提升駕駛舒適度，降低噪音，且施工簡(jiǎn)便、維護(hù)周期短、材料可循環(huán)，實(shí)用價(jià)值高的優(yōu)點(diǎn)。然而，交通流量增加和貨車超載易導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)早期損壞，影響使用壽命和服務(wù)質(zhì)量。行業(yè)內(nèi)嘗試使用SBS、SBR等改性劑來優(yōu)化瀝青性能：邵斐［1］以SK 70#瀝青為基礎(chǔ)材料，制備了不同SBS含量的改性瀝青，并重點(diǎn)研究了SBS改性乳化瀝青在環(huán)保、節(jié)能以及高低溫性能方面的優(yōu)勢(shì)，通過深入的基礎(chǔ)性能分析和流變性能研究，成功優(yōu)化了SBS乳化改性瀝青的生產(chǎn)工藝條件，顯著提升了其儲(chǔ)存性能和施工性能。李藝銘［2］針對(duì)SBR改性瀝青的高溫穩(wěn)定性和抗老化性能進(jìn)行了深入研究，采用物理共混法，將丁苯橡膠（SBR）和熱塑性酚醛樹脂（PF）加入基質(zhì)瀝青中，制備出樹脂橡膠改性瀝青（PSBR），并通過一系列物理性能試驗(yàn)，驗(yàn)證了PSBR及其混合料在高低溫和耐候性能方面的顯著優(yōu)勢(shì)，為瀝青路面的耐久性提升提供了新的思路。李夢(mèng)月［3］同樣運(yùn)用物理共混法，通過向基質(zhì)瀝青中加入丁苯橡膠（SBR）和熱塑性酚醛樹脂（PF）進(jìn)行綜合改性，成功探索出兩種技術(shù)路徑，制備出性能卓越的高模量瀝青，并有效改善了SBR膠乳改性硬質(zhì)瀝青混合料的疲勞性能。這些研究不僅豐富了瀝青改性的技術(shù)手段，也為我國(guó)瀝青路面的建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和啟示，推動(dòng)了道路工程技術(shù)的不斷進(jìn)步。但高摻量易導(dǎo)致瀝青出現(xiàn)離析，會(huì)降低其穩(wěn)定性，且成本高昂、生產(chǎn)難度大。因此，本文創(chuàng)新性地提出采用TLA與SBR進(jìn)行復(fù)合改性，通過調(diào)控其摻量比例，進(jìn)行性能試驗(yàn)，探究影響機(jī)制，旨在為耐久性瀝青路面建設(shè)提供參考。

1試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)原材料

瀝青作為瀝青混合料的重要組成部分，其作用是粘結(jié)瀝青混合料中的粗集料、細(xì)集料和礦粉，其中能夠決定瀝青混合料路用性能好壞的關(guān)鍵在于瀝青的品質(zhì)。本文將70#基質(zhì)瀝青和TLA/SBR改性劑進(jìn)行復(fù)配，其中瀝青和礦料均按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG-F40-2004）要求進(jìn)行了試驗(yàn)檢測(cè)（檢測(cè)結(jié)果如表1所示）。測(cè)試結(jié)果符合要求［4］。

在瀝青混合料中，粗集料主要起到的作用是承載和充當(dāng)骨架的作用。本文選用石灰石作為試驗(yàn)的粗集料，要求選用的粗集料表面粗糙、潔凈、干燥，顆粒形狀棱角分明。將粗集料的粒徑控制在三檔內(nèi)，分別是3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm（檢測(cè)結(jié)果如表2所示）。細(xì)集料在瀝青混合料中主要起到的是填充和加固的作用，添加細(xì)集料能夠提高瀝青混合料的密實(shí)性，提高瀝青混合料的模量。要求選用的細(xì)集料棱角分明，顆粒表面潔凈干燥（檢測(cè)結(jié)果如表3所示）。

本次試驗(yàn)所使用的礦粉通常是憎水性石料研磨所得，要求其要保持干燥、潔凈的狀態(tài)，檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

本文主要使用TLA和SBR兩種改性劑。TLA為黑色固狀物，與基質(zhì)瀝青相融不易離析。TLA的瀝青質(zhì)和灰分能改變基質(zhì)瀝青成分，使結(jié)構(gòu)由溶膠型轉(zhuǎn)為凝膠型，灰質(zhì)提升黏度，增強(qiáng)抗車轍性能。本文采用BS-3690標(biāo)準(zhǔn)，TLA檢測(cè)結(jié)果見表5。

SBR改性劑是一種有機(jī)聚合物改性劑，將其加入到基質(zhì)瀝青中后能夠吸收油分產(chǎn)生溶脹反應(yīng)，發(fā)育成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)瀝青結(jié)合料的韌性。SBR改性劑的技術(shù)指標(biāo)如表6所示。

1.2混合料制備

將70#瀝青放入160 ℃的烘箱里，將TLA放入180 ℃的烘箱里，待70#瀝青和TLA變成流體狀態(tài)后取出；然后將稱量好的SBR倒入液化的70#瀝青里，使用攪拌器攪拌15 min使其發(fā)育溶脹，攪拌期間要保障70#瀝青的溫度；隨后將稱好的TLA倒入攪拌好的改性瀝青中，用高速剪切儀以5 000 r/min的速度對(duì)改性瀝青剪切45 min，剪切完畢后復(fù)合改性瀝青制備完畢。

2測(cè)試結(jié)果

將0、2%、3%、4%摻量的SBR和5%、10%、20%、30%摻量的TLA進(jìn)行組合制成改性瀝青，再對(duì)復(fù)合改性瀝青進(jìn)行針入度、布氏旋轉(zhuǎn)黏度和延度等瀝青基本性能試驗(yàn)，以檢驗(yàn)出改性瀝青的感溫性能、熱穩(wěn)定性、塑性和粘滯性等性能。

2.1針入度

瀝青的性質(zhì)隨著溫度而改變，這指的就是瀝青的感溫性能。目前我們國(guó)內(nèi)對(duì)瀝青的感溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，通常都是通過測(cè)試瀝青的針入度指數(shù)來獲得。根據(jù)我國(guó)《公路工程瀝青以及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的（T0604-2000）要求進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如下頁(yè)表7所示。表7為TLA和SBR摻量對(duì)瀝青混合料針入度指數(shù)的影響：隨著溫度升高，針入度指數(shù)增大，表明瀝青變軟、黏度降低。同時(shí)，隨著TLA和SBR摻量的增加，針入度指數(shù)均呈下降趨勢(shì)，說明這兩種摻料都能增加瀝青的硬度和黏度。比較而言，SBR對(duì)針入度指數(shù)的影響似乎更為顯著。這些數(shù)據(jù)有助于理解瀝青性能并優(yōu)化其配方。

為準(zhǔn)確評(píng)估瀝青高溫性能并減少蠟含量干擾，引入當(dāng)量軟化點(diǎn)T800指標(biāo)，通過線性回歸和15 ℃、25 ℃、30 ℃的當(dāng)量軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算系數(shù)A和K，再利用這些系數(shù)，按式（1）計(jì)算得出T800。

T800=1g800-KA=2.903 1-KA（1）

當(dāng)量脆點(diǎn)可以采用式（2）計(jì)算得到。

T1，2=11.2g-KA=0.079 2-KA（2）

試驗(yàn)結(jié)果見表8。由表8可知，添加TLA后，瀝青當(dāng)量軟化點(diǎn)和脆點(diǎn)上升。10%TLA能使瀝青脆點(diǎn)升0.9 ℃，軟化點(diǎn)升5.6 ℃，高溫性能增強(qiáng)，低溫性能影響小。隨TLA摻量增加，脆點(diǎn)和軟化點(diǎn)持續(xù)上升。20%TLA時(shí)，脆點(diǎn)超-10.3 ℃，軟化點(diǎn)升8.1%，高溫性能提升但低溫抗裂性下降。30%TLA時(shí)，脆點(diǎn)再升，軟化點(diǎn)升，進(jìn)一步證實(shí)TLA增加提升高溫性能，但降低低溫抗裂性。因此，為保持瀝青綜合性能，TLA摻量應(yīng)≤30%。加入2%SBR后，瀝青當(dāng)量脆點(diǎn)明顯下降，軟化點(diǎn)上升0.7 ℃，提升了低溫性能而不影響高溫性能。當(dāng)SBR摻量2%與不同摻量的TLA組合時(shí)，TLA摻量越少，對(duì)瀝青當(dāng)量脆點(diǎn)改進(jìn)效果越好。增加SBR至4%并與30%TLA組合，當(dāng)量脆點(diǎn)達(dá)-12.4 ℃，表明SBR摻量對(duì)瀝青低溫抗裂性能改善顯著。

2.2布氏黏度

瀝青黏度是其流動(dòng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，高黏度瀝青能增強(qiáng)抗摩擦和碾壓能力，延長(zhǎng)使用壽命。如表9顯示，SBR和TLA的添加顯著提升了瀝青黏度。TLA摻量增加，瀝青黏度增長(zhǎng)加快，尤其當(dāng)TLA摻量達(dá)30%時(shí)，黏度激增1 510 cp。這是因?yàn)門LA高瀝青質(zhì)含量增強(qiáng)了瀝青黏度。但過高的黏度會(huì)影響攪拌和壓實(shí)，需控制TLA摻量，并用SBR復(fù)合改性以平緩黏度增長(zhǎng)。與基質(zhì)瀝青相比，改性瀝青黏度提升且符合規(guī)范，恢復(fù)力增強(qiáng)，性能優(yōu)異。合理選擇改性劑和摻量，可制備出優(yōu)質(zhì)的復(fù)合瀝青，滿足道路建設(shè)需求。

2.3延度

瀝青的延度與自身的低溫抗裂性能有著密切的關(guān)系［5］。延度的試驗(yàn)結(jié)果如表10所示。從表10試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)瀝青中TLA的摻量為5%時(shí)，瀝青的延度會(huì)有所下降。如果瀝青中只摻入30%的TLA時(shí)，瀝青僅有5 cm的延度，瀝青如處于低溫環(huán)境下會(huì)很容易發(fā)生脆斷，因此瀝青的延度太小會(huì)不滿足施工規(guī)范要求。這就說明瀝青中TLA的摻量會(huì)嚴(yán)重影響自身的低溫性能，因此結(jié)合工程實(shí)際施工的規(guī)范，TLA的摻量應(yīng)≤30%。但在試驗(yàn)中，當(dāng)向?yàn)r青摻入了SBR后，瀝青的延度得到了顯著的提升，并且隨著瀝青中SBR摻量的增加，瀝青的延度也在不斷增加。在摻入了3%的SBR和5%的TLA后，復(fù)合改性瀝青的5 ℃延度已經(jīng)超過了基質(zhì)瀝青。當(dāng)TLA的摻量＜20%時(shí)，SBR的低溫延度提升會(huì)比較明顯，但是當(dāng)TLA的摻量＞20%后，SBR的低溫延度提升效果將會(huì)逐漸下降，這就需要相應(yīng)提升SBR的含量來充分混溶TLA。

3結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)70#重交道路石油瀝青添加不同比例的TLA和SBR作為改性劑，制備了TLA/SBR復(fù)合改性瀝青，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試和分析。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，得出以下結(jié)論：

（1）瀝青硬度增加：加入不同摻量的TLA和SBR后，瀝青的針入度顯著降低，表明瀝青的硬度有所增加。特別是TLA對(duì)瀝青的影響更為顯著，當(dāng)TLA摻量＞30%時(shí)，需要相應(yīng)增加SBR的摻量以促進(jìn)其混溶。

（2）瀝青粘稠性增強(qiáng)：隨著TLA摻量的增加，瀝青的黏度逐漸增大，表明瀝青的粘稠性增強(qiáng)。然而，在加入SBR后，黏度增長(zhǎng)的趨勢(shì)變得較為平緩，這可能是由于SBR的加入改善了瀝青的流動(dòng)性。

（3）低溫性能影響：加入TLA后，瀝青的延度顯著下降，可能對(duì)瀝青的低溫性能產(chǎn)生不利影響［6］。特別是在TLA摻量＞30%時(shí)，瀝青的低溫性能會(huì)顯著下降。然而，通過加入SBR，瀝青的低溫延度得到了提升，有效改善了瀝青結(jié)構(gòu)在低溫下的柔順性。

綜上所述，通過合理控制TLA和SBR的摻量，可以制備出具有優(yōu)良性能的復(fù)合改性瀝青，這對(duì)于公路建設(shè)來說具有重要意義，能夠提供更可靠的材料基礎(chǔ)。建議在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)具體需求和條件，合理選擇TLA和SBR的摻量，以達(dá)到最佳的改性效果。同時(shí)，還需要進(jìn)一步研究瀝青復(fù)合改性的機(jī)理和性能變化規(guī)律，為公路建設(shè)提供更全面的材料選擇和技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

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［3］李夢(mèng)月.基于硬質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青分別制備的高模量瀝青性能研究［D］.濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2022.

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作者簡(jiǎn)介：黃佩佩（1988—），工程師，主要從事道路工程項(xiàng)目施工質(zhì)量和材料檢測(cè)研究工作。

收稿日期：2024-05-16