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不同复合改性沥青混合料路用性能的对比研究
[2019/11/7]

 

显元SBR沥青改性剂

为探究不同复合改性沥青混合料路用性能的差异性,采取 SBS、SBR、橡胶粉等 3 种改性剂进行两两复合,通过 AC - 13,AC - 16,AC - 20 等 3 种级配进行沥青混合料的配制。最终选用 4% SBS /3% SBR、4% SBS /15% 橡胶粉、3% SBR /15% 橡胶粉3 种复合改性沥青混合料及AC - 13,AC - 16,AC - 20 等3 种级配的沥青混合料作为研究对象,通过高温车辙、冻融劈裂、低温小梁弯曲等试验对 3 种不同复合改性沥青混合料的高温稳定性、低温稳定性及水稳定性进行试验对比研究。研究结果表明,在 3 种复合改性沥青混合料的性能方面,4% SBS /3% SBR 沥青混合料的各项性能最佳,4% SBS /15% 橡胶粉沥青混料次之,3% SBR /15% 橡胶粉沥青混合料最差。在 3 种级配沥青混合料的高温稳定性方面,级配为 AC - 20 的沥青混合料最佳,AC - 16 沥青混合料次之,AC - 13 沥青混合料最差。在 3 种级配沥青混合料的低温稳定性及水稳定性方面,级配为 AC - 13 的沥青混合料最佳,AC - 16 沥青混合料次之, AC - 20 沥青混合料最差。试验研究结果在沥青路面设计与施工中,可为沥青混合料的选择应用提供参考依据。

 
实验材料与试验方案
实验材料:
改性剂采用 SBS、SBR、橡胶粉,其中 SBS 改性剂型号为星型 LG501,SBR 改性剂型号为 1502,橡胶粉目数为 80 目。其性能指标如表 1 ~ 3 所示。试验用基质沥青为盘锦 90# 沥青,其物理性质如表 4 所示。
沥青混合料配合比设计沥青混合料配合比设计:
试验用沥青混合料为 AC - 13,AC - 16,AC - 20这 3 种级配,集料级配组成如表 5 所示,最佳沥青用量分别为 5. 6% ,5. 3% ,4. 9% , 矿粉占集料比重分别为 5% ,4% ,2% 。采用击实法制作高度为63. 5 mm,101. 6 mm 的马歇尔试件和轮碾法制作300 mm × 300 mm × 50 mm 的车辙板试件。在制作混合料时,改性沥青按照规范要求设置的搅拌和压实温度比基质沥青混合料高 10 ~ 20 ℃ 。
实验方案:
首先采用 25 ℃ 针入度、5 ℃ 延度、软化点、135 ℃ 旋转黏度等试验对 4% SBS /3% SBR、4% SBS /15% 橡胶粉、3% SBR /15% 橡胶粉 3 种复合改性沥青的性能进行分析。然后对 3 种不同复合改性沥青混合料进行高温车辙、冻融劈裂、低温弯曲等沥青混 合料试验。通过对试验结果的综合分析,得出最佳 的复合改性沥青混合料。沥青及沥青混合料的各项 试验依照 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》( JTG E20—2011)  执行。
不同复合改性沥青的性能分析
3 种复合改性沥青的性能试验结果如表 6 所示。
从表 6 的针入度指标可知,3 种复合改性沥青② < ③ < ①。针入度代表沥青的黏稠性及软硬程度,②与③分别在 SBS 与 SBR 基础上加入橡胶粉,而橡胶粉有利于沥青黏稠,所以其黏稠性方面要好于①。SBR 为丁苯橡胶,在 SBR 中加入橡胶粉相当于两种橡胶改性剂材料共同作用,导致少量聚团现象,所以②针入度最小。

从表 6 的延度指标可知,3 种复合改性沥青① >③ > ②。5 ℃ 延度代表着沥青的弹性并且在一定程度上表征了沥青的低温稳定性。SBS 与 SBR 两种改性剂都具有改善低温性能的能力,所以当 SBS 与 SBR复合改性时,其沥青低温稳定性最佳。SBR 与橡胶粉复合改性时,两种橡胶类改性剂不易溶解导致弹性不佳,所以其延度要小于 SBS 与橡胶粉复合改性的沥青。

从表 6 的软化点指标可知,3 种复合改性沥青③ > ① > ②。软化点在一定程度表征了沥青的高温稳定性,SBS 与橡胶粉均有改善高温稳定性的作用, 而 SBR 在高温性能方面表现不佳。

从表 6 的黏度指标可知,3 种复合改性沥青③ >② > ①。黏度可以体现施工中的沥青混合料实用性, 一般黏度越大,对于混合料的黏结性越强,但是② 与③黏度均大于 3 Pa·s,其黏度过大在实际拌和中将导致混合料和易性降低,而①黏度适中,在实际施工中的沥青混合料和易性最佳。
不同复合改性沥青混合料路用性能对比分析
高温稳定性:
采用 60 ℃ 车辙试验的动稳定度作为试验指标对不同复合改性沥青混合料的高温稳定性进行对比研究,试验结果如图 1 所示。
从图1 可知,在动稳定度方面,4% SBS/3% SBR >4% SBS /15% 橡胶粉 > 4% SBR /15% 橡胶粉,动稳定度代表了高温稳定性,动稳定度越好说明沥青混合料高温稳定性越佳。所以在高温稳定性方面,4%SBS /3% SBR 沥青混合料最佳,4% SBS /15% 橡胶粉沥青混合料次之,4% SBR /15% 橡胶粉沥青混合料最差,同时说明高温抗变形能力 4% SBS /3% SBR > 4%SBS /15% 橡胶粉 > 4% SBR /15% 橡胶粉。沥青混合料的黏结程度对高温稳定性起到重要的作用,SBS /SBR 复合改性沥青的黏结性要大于SBS / 胶粉及SBR / 胶粉的黏结性。对于 SBS / 胶粉及 SBR / 胶粉来说,SBS 改性剂的高温稳定性好于 SBR 改性剂,同时较大颗粒的橡胶附着到集料上所产生的空隙较大,所以导致黏结性较低。而 SBR 为丁苯橡胶,在 SBR 的基础上加入橡胶粉相当于两种橡胶类改性剂共同作用,所以其高温稳定性最差。

动稳定度的对比结果为: AC - 20 > AC - 16 > AC -13,这说明级配为 AC - 20 的沥青混合料高温稳定性最佳,AC - 16 沥青混合料次之,AC - 13 沥青混合料最差。这是由于级配越大的沥青混合料其集料颗粒越大,在高温情况下抵抗外力变形的能力越强,所以在高温抗变形能力方面 AC - 20 > AC - 16 > AC - 13。
低温稳定性
通过小梁弯曲试验对不同复合改性沥青混合料的低温稳定性进行对比研究,试验结果如图 2 所示。
从图2 可知,在弯曲应变方面,4% SBS/3% SBR >4% SBS /15% 橡胶粉 > 4% SBR /15% 橡胶粉。所以在低温稳定性方面,4% SBS /3% SBR 沥青混合料最佳,4% SBS /15% 橡胶粉沥青混合料次之,4% SBR /15%橡胶粉沥青混合料最差。弯拉应变代表沥青混合料的低温变形能力,弯拉应变越大低温柔性越好,其应力松弛能力也越强。SBR 具有改善低温稳定性的能力,而 SBS 与 SBR 可以很好地兼容在一起,有利于发挥其低温特性。而 SBR 与橡胶粉两种橡胶类改性剂在沥青中兼容性不好,SBR 其低温性能发挥不出来,所以沥青混合料低温性能最差。

弯曲应变的对比结果为: AC - 13 > AC - 16 > AC - 20, 这说明级配为 AC - 13 的沥青混合料低温稳定性最佳,AC - 16 沥青混合料次之,AC - 20 沥青混合料最差。这是由于级配小的沥青混合料细集料相对较 多,同时在油石比方面 AC - 13 > AC - 16 > AC - 20, 所以在低温情况下,级配低的沥青混合料应力松弛 能力强,即弯曲应变大。所以在低温稳定性方面, AC - 13 > AC - 16 > AC - 20。
水稳定性:
通过冻融劈裂试验对不同复合改性沥青混合料的水稳定性进行对比研究,试验结果如图 3 所示。
从图 3 可知,冻融循环后,3 种复合改性沥青的劈裂强度皆有不同程度的下降,在 TSR 值方面 4% SBS /3% SBR > 4% SBS /15% 橡胶粉 > 4% SBR /15% 橡胶粉,这说明 4% SBS /3% SBR 沥青混合料抵抗水侵蚀的能力最佳,4% SBS /15% 橡胶粉沥青混合料次之,4% SBR /15% 橡胶粉沥青混合料最差。这是由于SBS / SBR 复合改性沥青的延度最佳,在冻融循环过程中,其 4% SBS /3% SBR 混合料不易在冻融过程中而产生裂缝。同理,4% SBR /15% 橡胶粉改性沥青的延度过低,在冻融循环过程中, 其混合料易产生裂缝。

TSR 值的对比结果为: AC - 13 > AC - 16 > AC -20,这说明级配为 AC - 13 的沥青混合料水稳定性最佳,AC - 16 沥青混合料次之,AC - 20 沥青混合料最差。这是由于水稳定性与混合料细集料有关,当细集料比例大时其抵抗水损害的能力越强,所以级配越小其水稳定性越好。
 
 
 
(文章来源于网络)
 
 
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