隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，道路交通建設(shè)逐步加快，交通量和汽車軸載不斷增加，加之中國(guó)南北氣候差別較大，使得瀝青路面面臨越來(lái)越嚴(yán)峻的考驗(yàn)，近年來(lái)，車轍、開(kāi)裂、坑槽等路面病害越發(fā)頻繁，與普通重交道路瀝青相比，SBS改性瀝青能有效提高瀝青路面的高低溫性能，增強(qiáng)瀝青路面的高溫抗車轍及低溫抗開(kāi)裂性能，正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

SBS結(jié)構(gòu)是影響改性瀝青性能的重要因素之一，SBS由于聚合物劑量、粒子大小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)類型、分子量大小等因素的差異產(chǎn)生不同的改性效果。目前，在改性劑SBS應(yīng)用中，一般認(rèn)為星型結(jié)構(gòu)的SBS對(duì)瀝青性能的提高幅度較大，但是與基質(zhì)瀝青的相容性較差，導(dǎo)致改性瀝青加工難度較大，線型結(jié)構(gòu)的SBS與基質(zhì)瀝青相容性較好，但是對(duì)瀝青性能提升較小。

國(guó)內(nèi)外對(duì)改性瀝青高低溫性能評(píng)價(jià)方法不同，中國(guó)一般采用常規(guī)指標(biāo)分析評(píng)價(jià)改性瀝青高低溫性能，以軟化點(diǎn)表征改性瀝青的高溫性能，部分學(xué)者運(yùn)用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析方法對(duì)瀝青高溫性能進(jìn)行分析，通過(guò)線性黏彈范圍內(nèi)的頻率掃描試驗(yàn)，構(gòu)建模量主曲線和相位角主曲線，通過(guò)全頻范圍內(nèi)的復(fù)數(shù)模量大小評(píng)價(jià)瀝青的高溫性能。美國(guó)SHRP計(jì)劃中，以車轍因子評(píng)價(jià)瀝青的高溫抗剪切性能，但是車轍因子在評(píng)價(jià)改性瀝青高溫性能方面存在一定的缺陷，后來(lái)提出以多應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)（MSCR）評(píng)價(jià)改性瀝青的高溫性能，有學(xué)者認(rèn)為MSCR試驗(yàn)可以在更高的應(yīng)變范圍內(nèi)，測(cè)量到改性劑的參數(shù)變化，因此可以準(zhǔn)確獲得聚合物改性瀝青的力學(xué)響應(yīng)。MSCR試驗(yàn)中采用平均恢復(fù)率和平均不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃縼?lái)評(píng)價(jià)改性瀝青的黏彈性能和抗永久變形能力，且平均不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃颗c瀝青混合料的抗車轍性能具有較好的關(guān)聯(lián)性。

目前評(píng)價(jià)改性瀝青低溫性能的傳統(tǒng)指標(biāo)主要有低溫延度、弗拉斯脆點(diǎn)、測(cè)力延度等，SHRP計(jì)劃里以低溫彎曲梁流變?cè)囼?yàn)評(píng)價(jià)瀝青低溫性能，以蠕變勁度和蠕變率作為瀝青低溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，蠕變勁度和蠕變率能充分反映瀝青低溫下對(duì)應(yīng)力的累積和松弛性能，與瀝青的實(shí)際路用性能關(guān)聯(lián)性較好。

該文通過(guò)采用不同型號(hào)SBS制備改性瀝青，結(jié)合改性瀝青常規(guī)性能分析和美國(guó)SHRP瀝青性能評(píng)價(jià)方法，考察不同結(jié)構(gòu)SBS對(duì)改性瀝青高低溫性能的影響，為改性瀝青的實(shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

試驗(yàn)部分

原材料

研究選擇中海70＃道路瀝青為基質(zhì)瀝青，選取巴陵石化生產(chǎn)的SBS4303-2和YH796，韓國(guó)產(chǎn)SBS501和505共４種SBS為改性劑，制備改性瀝青。

基質(zhì)瀝青及４種SBS改性劑性能指標(biāo)如表１、２所示。

試驗(yàn)方案

(1) SBS改性瀝青的制備

先將基質(zhì)瀝青置于烘箱加熱至較好的流動(dòng)狀態(tài)，外摻2%的SBS改性劑，在185℃條件下剪切1ｈ，加入一定比例的穩(wěn)定劑，調(diào)整溫度至180℃，發(fā)育一段時(shí)間制備出SBS改性瀝青樣品。

(2) SBS改性瀝青性能分析

改性瀝青常規(guī)性能指標(biāo)及低溫性能指標(biāo)根據(jù)JTGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行分析，高溫性能采用頻率掃描試驗(yàn)和ASTMD7405-10ａ多應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)分析。

多應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)是美國(guó)聯(lián)邦公路局在瀝青重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)基礎(chǔ)上，擴(kuò)大了應(yīng)力范圍，選取0.1和3.2KPa兩個(gè)應(yīng)力水平，對(duì)旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)殘留物進(jìn)行加載試驗(yàn)，試驗(yàn)首先采用0.1KPa的剪切應(yīng)力，加載1s，卸載9s，重復(fù)10個(gè)周期，緊接著采用3.2KPa的剪切應(yīng)力重復(fù)上述步驟。整個(gè)試驗(yàn)共20個(gè)周期，耗時(shí)200s。采用恢復(fù)百分率Ｒ以及平均不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃浚剩睿騺?lái)評(píng)價(jià)改性瀝青的高溫流變性能。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖１。

由于中國(guó)夏季路面瀝青高溫能達(dá)到60℃左右，因此頻率掃描試驗(yàn)及多應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)選擇的試驗(yàn)溫度為60℃，頻率掃描試驗(yàn)應(yīng)變?cè)O(shè)定為10%，頻率范圍設(shè)定為0.1～100rad/s，將少量瀝青樣品放在直徑為25mm的兩平行板間，調(diào)整平行板間距為1000μｍ，用熱刮刀刮去擠出的瀝青，恒溫10min后進(jìn)行試驗(yàn)。

結(jié)果與討論

SBS改性瀝青常規(guī)性能指標(biāo)分析

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表３。由表３可以看出：以SBS4303-2制備的改性瀝青軟化點(diǎn)更高，說(shuō)明其高溫性能好，其他３種SBS制備的改性瀝青軟化點(diǎn)相差不大，以SBS4303-2制備的改性瀝青60℃動(dòng)力黏度更大，也進(jìn)一步證明了其良好的高溫性能，但是SBS4303-2制備的改性瀝青離析更大，說(shuō)明其貯存穩(wěn)定性能差，５℃延度指標(biāo)方面，ＹＨ796改性瀝青＞ＬＧ505改性瀝青＞ＬＧ501改性瀝青＞4303-2改性瀝青，５℃延度指標(biāo)可以作為評(píng)價(jià)改性瀝青低溫性能的常規(guī)指標(biāo)，由此可以推出，４種改性瀝青低溫抗開(kāi)裂性能大小順序如下：ＹＨ796改性瀝青＞ＬＧ505改性瀝青＞ＬＧ501改性瀝青＞4303-2改性瀝青，脆點(diǎn)指標(biāo)方面，４種改性瀝青差別不大。進(jìn)行動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)分析４種改性瀝青的流變性能，其高溫等級(jí)均達(dá)到了64℃。

頻率掃描試驗(yàn)

60℃下的頻率掃描結(jié)果見(jiàn)圖２。由圖２可以看出：基質(zhì)瀝青和４種SBS改性瀝青的儲(chǔ)存模量在低頻區(qū)和高頻區(qū)均相差較大，SBS4303-2改性瀝青儲(chǔ)存模量更高，儲(chǔ)存模量表示交變應(yīng)力作用下材料存儲(chǔ)并可以釋放的能量，是瀝青彈性性能的表征，４種改性瀝青的儲(chǔ)存模量在低頻區(qū)和高頻區(qū)均明顯大于基質(zhì)瀝青，這是由于SBS的摻入提升了瀝青彈性，在低頻區(qū)，SBS4303-2改性瀝青儲(chǔ)存模量出現(xiàn)了平臺(tái)區(qū)，這是多相聚合物體系黏彈松弛行為，是由于體系內(nèi)形成了松弛應(yīng)力的骨架，說(shuō)明SBS4303-2在瀝青中相互交聯(lián)，形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基質(zhì)瀝青的儲(chǔ)存模量在低頻區(qū)出現(xiàn)了散點(diǎn)，這是由于試驗(yàn)溫度較高，且頻率較低，導(dǎo)致基質(zhì)瀝青在該區(qū)域內(nèi)處于黏流態(tài)，彈性性能較差。損失模量反映的是瀝青變形過(guò)程中內(nèi)部摩擦以熱的形式散失的能量，是瀝青黏性的表征，４種SBS改性瀝青損失模量在低頻區(qū)和高頻區(qū)均高于基質(zhì)瀝青，說(shuō)明SBS的加入也同時(shí)提升了瀝青的黏性，瀝青的黏彈性能均得到了顯著提升。

改性瀝青多應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)

圖３為0.1KPa應(yīng)力作用下，中海70＃道路瀝青和４種SBS改性瀝青在MSCR試驗(yàn)１個(gè)周期內(nèi)蠕變恢復(fù)情況。

由圖３可以看出：在同樣的加載條件下，基質(zhì)瀝青產(chǎn)生的應(yīng)變明顯大于SBS改性瀝青，４種改性瀝青在應(yīng)力加載1s時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變大小順序?yàn)椋篠BS505改性瀝青＞SBS796改性瀝青＞SBS501改性瀝青＞SBS4303-2改性瀝青。在蠕變恢復(fù)階段，基質(zhì)瀝青僅在蠕變恢復(fù)開(kāi)始，有很小部分的變形恢復(fù)，之后變形恢復(fù)基本保持不變，４種改性瀝青在蠕變恢復(fù)階段的變形恢復(fù)明顯優(yōu)于基質(zhì)瀝青，變形恢復(fù)大小順序?yàn)椋篠BS4303-2改性瀝青＞SBS796改性瀝青＞SBS501改性瀝青＞SBS505改性瀝青。

根據(jù)多應(yīng)力重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到中海70＃道路瀝青與４種SBS改性瀝青在0.1KPa應(yīng)力以及3.2KPa應(yīng)力作用下的平均恢復(fù)率及平均不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃浚鐖D４和表４所示。

由圖４和表４可以看出：

①在0.1和3.2KPa應(yīng)力作用下，４種改性瀝青的平均恢復(fù)率均明顯高于基質(zhì)瀝青，這是由于SBS改性劑具有橡膠的高彈性和抗疲勞性能，能有效改善瀝青黏彈性能，增強(qiáng)瀝青抗剪切能力；

②0.1KPa剪切應(yīng)力作用下，４種改性瀝青平均恢復(fù)率大小順序?yàn)椋篠BS4303-2改性瀝青＞SBS505改性瀝青＞SBS501改性瀝青＞SBS796改性瀝青；

③3.2KPa剪切應(yīng)力作用下，４種改性瀝青平均恢復(fù)率大小順序?yàn)椋篠BS4303-2改性瀝青＞SBS796改性瀝青＞SBS505改性瀝青＞SBS501改性瀝青；

④在0.1和3.2KPa兩個(gè)應(yīng)力作用下，基質(zhì)瀝青平均不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃烤鶠楦?，SBS4303-2改性瀝青平均不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃烤切〉?，可?jiàn)SBS4303-2改性瀝青高溫性能明顯優(yōu)于其他３種SBS改性瀝青。

改性瀝青低溫彎曲梁流變?cè)囼?yàn)

根據(jù)中國(guó)大部分地區(qū)對(duì)道路瀝青低溫等級(jí)的要求，分別在-12和-18℃對(duì)中海70＃道路瀝青和４種SBS改性瀝青進(jìn)行彎曲梁蠕變勁度試驗(yàn)。

可以得出：在-12℃下，中海70＃道路瀝青的蠕變勁度模量更大，說(shuō)明在該溫度下其低溫性能差，４種SBS改性瀝青蠕變勁度均較基質(zhì)瀝青有所下降，說(shuō)明SBS改性劑的加入提高了瀝青低溫性能，增強(qiáng)了其低溫抗開(kāi)裂性能，SBS796、SBS505和SBS501這３種線型SBS改性劑制備的改性瀝青勁度模量小于SBS4303-2制備的改性瀝青，說(shuō)明在該溫度下，這３種改性瀝青低溫性能較優(yōu)，根據(jù)勁度模量數(shù)值，４種改性瀝青低溫性能優(yōu)劣順序?yàn)椋篠BS796改性瀝青＞SBS505改性瀝青＞SBS501改性瀝青＞SBS4303-2改性瀝青，這是由于SBS屬于苯乙烯－丁二烯嵌段共聚物，苯乙烯屬于硬段，有較強(qiáng)的剛性，丁二烯屬于軟段，有較好的黏彈性，丁二烯段比例高，SBS性質(zhì)傾向于橡膠方面的韌性和彈性，更能加強(qiáng)改性瀝青的低溫性能。在-18℃下，中海70＃道路瀝青、SBS505改性瀝青以及SBS501改性瀝青勁度模量相差不大，說(shuō)明在該溫度下，2%摻量的改性劑未能起到提升瀝青低溫性能作用。

結(jié)論

（1）對(duì)中海70＃道路瀝青及４種改性瀝青進(jìn)行了常規(guī)性能指標(biāo)的分析，SBS改性劑能提高瀝青的高低溫性能，星型改性劑在提升瀝青高溫性能方面效果更佳，但是與改性瀝青的相容性差，４種改性劑對(duì)瀝青脆點(diǎn)的影響相差不大。

（2）采用頻率掃描試驗(yàn)對(duì)中海70＃道路瀝青及４種改性瀝青高溫流變性能進(jìn)行了分析發(fā)現(xiàn)，SBS改性劑能明顯提高瀝青的儲(chǔ)存模量和損失模量，提升瀝青黏彈性能，SBS4303-2改性劑效果更好。

（3）采用多應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)評(píng)價(jià)中海７０＃道路瀝青及４種改性瀝青高溫性能發(fā)現(xiàn)，SBS4303-2改性瀝青平均恢復(fù)率更大，平均不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃啃。f(shuō)明4303-2改性瀝青抵抗變形能力強(qiáng)，SBS501、SBS505和SBS796，３種改性瀝青平均恢復(fù)率及平均不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃肯嗖畈淮?，說(shuō)明SBS改性劑的空間結(jié)構(gòu)和分子量是影響改性瀝青高溫抗變形性能的主要因素，SBS嵌段比對(duì)改性瀝青高溫性能影響較小。

（4）采用低溫彎曲梁流變?cè)囼?yàn)評(píng)價(jià)改性瀝青的低溫性能，在-12℃條件下，瀝青蠕變勁度減小，表明該溫度下SBS改性劑能夠提升瀝青低溫性能-18℃條件下，SBS改性劑效果不明顯。星型SBS改性劑在提高瀝青低溫性能方面效果較差，線型SBS改性劑能有效提升瀝青低溫性能，且丁二烯／苯乙烯嵌段比越高，越有利于提升瀝青的低溫性能。

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全文完 作者簡(jiǎn)介：劉大路，男，碩士研究生?文章轉(zhuǎn)載于“瀝青路面”公眾號(hào)

我司部分文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，未能與原作者取得聯(lián)系，如涉及版權(quán)問(wèn)題請(qǐng)與我們聯(lián)系，我們會(huì)及時(shí)處理

Matest-Pavetest的BBR是一種熱電型低溫瀝青彎曲梁流變儀，用于測(cè)試瀝青膠結(jié)料在室溫到-40℃（±0.03℃）的彎曲蠕變?cè)囼?yàn)。 荷載由微型 伺服控制作動(dòng)器施加，可施加+25N的負(fù)載，加載頻率可以從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)25Hz，無(wú)需配置空壓機(jī)供應(yīng)壓縮空氣。瀝青彎曲梁流變儀通過(guò)伺服控制，不需要頻繁校準(zhǔn)以及重復(fù)調(diào)節(jié)空氣軸承的壓力。只需輸入所需的荷載數(shù)值，伺服控制的作動(dòng)器就會(huì)以難以置信的精度施加并保持所設(shè)定的荷載。 使用安裝在機(jī)器正面的溫度控制器可以非常準(zhǔn)確地控制溫度。用戶可以使用控制器或通過(guò)軟件設(shè)置浴溫。瀝青彎曲梁流變儀系統(tǒng)的核心是Matest-Pavetest的控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（CDAS2）和（TestLab）軟件。

常規(guī)應(yīng)用

?瀝青膠結(jié)料的彎曲蠕變?cè)囼?yàn)

?受荷載作用下的裂縫密封低溫特性

?滿足ASTM D6648、 AASHTO T313和SHRP瀝青試驗(yàn)規(guī) 范的瀝青膠結(jié)料低溫?fù)锨渥儨y(cè)試

產(chǎn)品特點(diǎn)

▍瀝青彎曲梁流變儀通過(guò)伺服控制的設(shè)計(jì)不需要經(jīng)常進(jìn)行標(biāo)定和反復(fù) 調(diào)整空氣軸承的壓力

▍加載頻率從靜態(tài)到動(dòng)態(tài) 25Hz

▍不需要配套空壓機(jī)提供壓縮空氣

▍采用外置式固態(tài) Peltier 帕爾貼系統(tǒng)直接熱電制冷 （無(wú)氟）

▍設(shè)計(jì)了單獨(dú)的空氣 - 水熱交換器

▍集成的單獨(dú)式浴槽，使用乙醇作為浴槽介質(zhì)進(jìn)行冷卻

▍通過(guò)軟件控制設(shè)定和監(jiān)測(cè)水浴溫度

▍全自動(dòng)荷載閉環(huán)控制，無(wú)需每次開(kāi)機(jī)手動(dòng)調(diào)整滿點(diǎn)/零點(diǎn)等旋鈕

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