SBS_胶粉复合改性沥青及其混合料短期老化性能研究.pdf

作 者 简 介：刘 洋（），男，江 西 景 德 镇 人，本 科 学 历，助 理 工 程 师，主 要 从 事 公 路 养 护 工 作。胶粉复合改性沥青及其混合料短期老化性能研究刘洋（江 西 省 交 通 投 资 集 团 有 限 责 任 公 司 景 德 镇 管 理 中 心，江 西 上 饶）摘要：文 章 研 究胶 粉 复 合 改 性 沥 青 及 其 混 合 料 短 期 老 化 性 能 状 况，根 据 不 同 环 境 老 化 后 的性 能 试 验 结 果，分 析胶 粉 复 合 改 性 沥 青 性 能 变 化 及 短 期 老 化 条 件 下 混 合 料 路 用 性 能 变 化。试验 结 果 表 明：胶 粉 复 合 改 性 沥 青 随 老 化 时 间 推 移，软 化 点 呈 现 增 大 趋 势，高 温 性 能 得 到 提 高；胶 粉 复 合 改 性 沥 青 混 合 料 动 稳 定 度 随 老 化 时 间 的 增 加 呈 现 先 增 大，后 减 小 的 趋 势，且 温 度 越高 对 胶 粉 沥 青 混 合 料 提 升 越 明 显，但 当 老 化 到 达 一 定 程 度 时，其 高 温 性 能 会 降 低；随 着胶 粉 复合 改 性 沥 青 混 合 料 的 老 化 程 度 增 加，低 温 性 能 及 水 稳 定 性 总 体 表 现 为 下 降 趋 势。关 键 词：胶 粉 复 合 改 性 沥 青；短 期 老 化；沥 青 混 合 料；路 用 性 能前言胶 粉 复 合 改 性 沥 青 作 为 沥 青 改 性 技 术 中较 为 常 见 的 一 种，具 有 良 好 的 黏 结 特 性 和 优 异 的路 用 性 能，同 时 有 着 较 好 的 经 济 和 环 保 效 益，一 直是 行 业 内 关 注 的 热 点，。胶 粉 复 合 改 性 沥青 中 的 胶 粉 颗 粒 会 与 沥 青 发 生 溶 胀 反 应，溶 胀 后的 橡 胶 颗 粒 间 会 生 成 黏 度 较 高 的 半 固 态 的 连 续 相体 系，同 时 沥 青 的 胶 体 结 构 会 逐 渐 向 溶 凝 胶 型 结构 转 变，从 而 改 善 基 质 沥 青 的 高 温 稳 定 性 和 耐 久性；通 过 对 比 沥 青 基 本 指 标 试 验 和 沥 青 老 化试 验，改 性 沥 青 的 短 期 老 化 性 能 要 优 于 基 质沥 青，。在胶 粉 复 合 改 性 沥 青 的 生 产、运 输、拌 和以 及 摊 铺 过 程 中，难 以 避 免 沥 青 长 时 间 处 于 高 温 状态 下，在 热 氧 作 用 下 沥 青 容 易 发 生 短 期 老 化，这 无疑 会 对 沥 青 路 面 的 性 能 和 寿 命 造 成 影 响，我 国 一般 采 用或模 拟 沥 青 的 短 期 老 化，规 范采 用 老 化 温 度 为，在 实 际 工 程 运 输 摊 铺 过 程中，胶 粉 复 合 改 性 沥 青 混 合 料 温 度 要 求 较 高，通 常 在 左 右，这 与 混 合 料 短 期 老 化 试 验的 温 度 相 差 较 大，因 此 有 必 要 研 究 不 同 温 度 下胶 粉 复 合 改 性 沥 青 及 其 混 合 料 老 化 状 况。马 庆 伟 等发 现 沥 青 老 化 后 对 混 合 料 路 用 性能 有 一 定 的 影 响，对 沥 青 混 合 料 的 水 稳 定 性 能 高温 性 能 影 响 较 大。张 永 豪 等通 过 研 究 沥 青 储存 运 输 阶 段 老 化 机 理 及 其 对 混 合 料 路 用 性 能 的 影响，结 果 表 明 储 存 温 度 为时，沥 青 混 合 料 路用 性 能 较 为 稳 定；当 储 存 温 度 为时，其 路 用性 能 变 化 较 为 明 显。翟 金 陵 等结 合 工 程 实 际情 况，调 整 短 期 老 化 试 验 条 件，提 出 适 用 于胶粉 复 合 改 性 沥 青 施 工 过 程 中 的 短 期 老 化 评 价 指标。李 宁 利 等发 现 橡 胶 粉 颗 粒 在 老 化 过 程 中容 易 继 续 发 生 溶 胀 反 应，建 议 橡 胶 沥 青 短 期 老 化温 度 可 采 用。基 于 短 期 老 化 试 验 条 件 与 实 际 工 程 的 差 异，本文 通 过 研 究 不 同 老 化 状 况 下胶 粉 复 合 改 性 沥青 性 能 变 化 及 不 同 短 期 老 化 条 件 下 混 合 料 路 用 性能 变 化，根 据 其 老 化 后 性 能 变 化 规 律，用 于 指 导 工程 实 践。原 材 料 性 能 指 标 及 配 合 比 设 计 胶 粉 复 合 改 性 沥 青本 研 究 使 用 的胶 粉 复 合 改 性 沥 青 是 某 沥青 厂 提 供 的 成 品 沥 青，主 要 添 加胶 粉、及 少 量 活 化 剂 和 稳 定 剂 制 备 而 成，其 主 要 技 术 指 标由 沥 青 厂 商 和 大 量 室 内 试 验 得 出，具 体 指 标 如 表所 示。表 胶 粉 复 合 改 性 沥 青 技 术 指 标测 试 项 目单 位技 术 要 求测 试 结 果测 试 方 法针 入 度，延 度（，）软 化 点 运 动 粘 度 弹 性 恢 复密 度（）实 测 记 录（，）质 量 损 失 残 留 针 入 度 比延 度（）矿 料本 研 究 选 用 的 粗 集 料 岩 性 为 玄 武 岩，其 棱 角性、耐 磨 和 坚 韧 性 较 好，在 沥 青 混 合 料 中，细 集 料 主 要 填 充 粗 集 料 间 形 成 的 空 隙，细 集 料 和 矿粉 岩 性 均 为 石 灰 岩，依 据 公 路 工 程 集 料 试 验 规程 中 的 试 验 方 法 进 行 主 要 性 能 检 测，检 测 结 果如 表、所 示。表粗 集 料 主 要 性 能 指 标技 术 指 标单 位测 试 结 果技 术 要 求测 试 方 法表 观 相 对 密 度 毛 体 积 相 对 密 度 吸 水 率 针 片 状 颗 粒 含 量 压 碎 值 洛 杉 矶 磨 耗 损 失 磨 光 值（）与 沥 青 的 粘 附 性级坚 固 性表细 集 料 主 要 性 能 指 标技 术 指 标单 位测 试 结 果技 术 要 求测 试 方 法表 观 相 对 密 度 沙 当 量表矿 粉 主 要 性 能 指 标技 术 指 标单 位测 试 结 果技 术 要 求测 试 方 法表 观 密 度 含 水 量 粒 度 范 围 外 观无 团 粒 结 块塑 性 指 数 亲 水 系 数 级 配 设 计本 研 究 采 用 级 配，通 过 马 歇 尔 试 验，最终 确 定 了 混 合 料 的 各 材 料 掺 配 比 例，最 佳油 石 比 为，级 配 设 计 结 果 如 表所 示，级 配 设计 曲 线 如 图所 示。表沥 青 混 合 料 级 配 设 计 结 果筛 孔 尺 寸（）级 配 范 围（）上 限下 限中 值 设 计 级 配试 验 方 案由 于 胶 粉 的 加 入，胶 粉 复 合 改 性 沥 青 在 制备 和 运 输 过 程 中 对 温 度 要 求 更 高。本 研 究 借 鉴 已有 的 研 究 成 果，采 用 不 同 老 化 状 况 即 不 同 温 度（、）和 不 同 时 间（、）进 行短 期 老 化 试 验，分 析 针 入 度、软 化 点、延度 和 黏 度 随 老 化 状 况 的 变 化 情 况；采 用 不 同 温 度（、）和 不 同 时 间（、）进 行 混 合 料 短 期 老 化 试 验，将 制 备 好 的 沥 青 混 合 料放 入 烘 箱，每均 匀 翻 拌 一 次，然 后 成 型 试 件，研究 不 同 老 化 状 况 混 合 料 高 低 温 及 水 稳 定 性 能 试 验。沥 青 试 验针 入 度采 用 不 同 老 化 状 况 即 不 同 温 度（、）和 不 同 时 间（、）进 行短期 老 化 试 验，胶 粉 复 合 改 性 沥 青 针 入 度 变 化 情况 如 下 图所 示。AC-13上限AC-13下限级配中值设计及配10090807060504030201000.0750.150.30.61.182.364.759.513.216筛孔尺寸（mm）通过率（%）图沥 青 混 合 料 设 计 级 配 与 级 配 区 间 对 比 图老化温度163（）老化温度173（）老化温度183（）65605550454035036912针入度（0.1mm）老化时间（h）图不 同 老 化 状 况胶 粉 复 合 改 性 沥 青 针 入 度 由 图可 知，不 同 老 化 状 况胶 粉 复 合 改 性沥 青 针 入 度 随 老 化 时 间 增 加 而 减 小，这 是 由 于 高 温使 得 胶 粉 沥 青 中 的 部 分 轻 质 组 分 向 分 子 量 较 大 的胶 质 和 沥 青 质 转 化 导 致 的；随 着 老 化 温 度 的 升 高，针 入 度 逐 渐 减 小，温 度 加 剧 了 胶 粉 颗 粒 吸 附 溶 胀 作用，同 时 高 温 状 态 下 也 使 得 基 质 沥 青 的 老 化 加 剧，导 致 沥 青 硬 质 化。与 原 样 沥 青 相 比，老 化 时 间 越 长且 老 化 温 度 越 高，沥 青 发 生 老 化 越 严 重。软 化 点软 化 点 可 以 反 映 沥 青 的 高 温 性 能，胶 粉 复合 改 性 沥 青 软 化 点 随 老 化 状 况 变 化 情 况 如 图所 示。老化温度163（）老化温度173（）老化温度183（）8078767472706866036912软化点（）老化时间（h）图不 同 老 化 状 况胶 粉 复 合 改 性 沥 青 软 化 点 变 化由 图可 知，不 同 老 化 状 况胶 粉 复 合 改 性沥 青 软 化 点 随 老 化 时 间 增 加 而 增 大。这 与 少 量的 加 入 有 关，胶 粉 颗 粒 溶 胀 后 吸 附 于形 成 的 三维 空 间 网 状 结 构 中，具 有 较 好 的 整 体 性，在 软 化 点测 试 中，能 更 好 地 阻 碍 钢 球 的 下 落，从 而 提 高胶 粉 复 合 改 性 沥 青 的 高 温 性 能；与 原 样 沥 青 相 比，老 化 温 度 为时，软 化 点 的 增 长 率 最 高；由 于 沥青 质 组 分 的 增 多 和 胶 粉 颗 粒 中 炭 黑 的 作 用，可 减 缓胶 粉 复 合 改 性 沥 青 的 老 化，且胶 粉 复 合 改性 沥 青 的 高 温 性 能 仍 会 提 高。延 度沥 青 低 温 延 度 可 以 反 映 沥 青 的 低 温 性 能，本 研 究延 度 试 验 温 度 为，拉 伸 速，胶 粉 复合 改 性 沥 青 延 度 随 老 化 状 况 变 化 情 况 如 图所 示。老化温度163（）老化温度173（）老化温度183（）1716151413121110036912延度（cm）老化时间（h）图不 同 老 化 状 况胶 粉 复 合 改 性 沥 青 延 度 变 化由 图可 知，不 同 老 化 状 况胶 粉 复 合 改 性沥 青 延 度 随 老 化 时 间 增 加 而 减 小，当 老 化 时 间 为左 右 时，胶 粉 复 合 改 性 沥 青 延 度 变 化 不 大，在之 后，胶 粉 复 合 改 性 沥 青 低 温 性 能 逐 步 衰减，这 是 胶 粉 颗 粒 和 基 质 沥 青 低 温 性 能 衰 减 协 同 作用 导 致 的。与 原 样 沥 青 相 比，老 化 温 度对 于胶 粉 复 合 改 性 沥 青 的 低 温 性 能 影 响 较 大，建 议现 场 运 输 摊 铺 过 程 中 温 度 控 制 在以 下，避 免温 度 过 高 导 致 沥 青 低 温 性 能 衰 减。短 期 老 化 后 混 合 料 路 用 性 能高 温 性 能将 拌 和 的 沥 青 混 合 料 经 过 对 应 温 度 和 一 定 时 间的 老 化 后，通 过 轮 碾 机 对 装 填 好 的 车 辙 板 进