表面活性类温拌剂对SBS改性沥青高温性能的影响.pdf

表面活性类温拌剂对SBS改性沥青高温性能的影响马霞，赵倩？，王恒恒1（1.山东高速交通建设集团股份有限公司，山东济南2 50 10 1；2.济南市生态保护综合行政执法支队济阳大队，山东济南2 50 0 0 0）摘要：为研究表面活性类温拌剂对SBS改性沥青高温性能的影响，将不同掺量的温拌剂加入SBS改性沥青中，制得温拌沥青。采用动态剪切流变仪（DSR）对温拌沥青进行温度扫描和频率扫描试验，结果表明：表面活性类温拌剂的加入能够减小SBS改性沥青的相位角，增大SBS改性沥青的复数模量G*和车辙因子G*/sinS，提高SBS改性沥青的高温性能。在2 8 58 内，对SBS改性沥青的高温抗车辙能力提升较为显著，58 以后，作用不太明显。此种温拌剂的最佳掺量建议为0.5%。关键词：道路工程；温拌剂；SBS改性沥青；动态剪切；高温性能中图分类号：U414Effect of surface active warm mix onhigh temperature performance ofSBS modified asphaltMA Xia,ZHAO Qian,WANG Hengheng(1.Shandong High-speed Transportation Construction Group Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250101China;2.Jinan ecological protectioncomprehensive administrative law enforcement detachment JiyangAbstract:In order to study the influence of surface activewarm mix agent on high temperature performance ofSBS modified asphalt,warm mix asphalt was preparedby adding different mixtures of warm mix agent intoSBS modified asphalt.The temperature scanning and收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 2作者简介：马霞（19 7 4一），女，山东泰安人，高级工程师。frequency scanning tests of warm mix asphalt were carriedout by dynamic shear rheology instrument(DSR).Theresults show that the addition of surface active warmmix agent can reduce the phase angle of SBS modifiedasphalt,increase the complex modulus G*and rut factorG*/sind of SBS modified asphalt,and improve the hightemperature performance of SBS modified asphalt.Within2858,t h e a n t i-r u t t i n g a b i l i t y o f SBS mo d i f i e d a s p h a l tat high temperature improved significantly,but after 58,the effect was not obvious.The optimal dosage of thisregenerator is recommended to be 0.5%.Key words:road engineering;temperature mixing agent;SBS modified asphalt;dynamic shear;high temperature文献标识码：Aperformance0引言热拌沥青混合料具有良好的路用性能，广泛应用于城市道路及高速公路。但在其拌和、碾压过程中需要较高的温度，不仅消耗大量的能源，还会产生大量粉尘和有毒气体，对环境和人体造成伤害。随着国家对节能环保的重视，对沥青路面施工的环保要求也越来越高。在此背景下，沥青温拌技术得以快速发展【。温拌沥青混合料的施工温度介于热拌混合料和冷拌混合料之间，在保证路用性能的同brigade,Shandong Jinan 25000 China)时又节约了能源，降低了环境的污染2 。目前常见的温拌技术主要有三类：表面活性类、发泡降黏类和有机降黏类 3。贾晓鹏等【4 通过研究降黏型温拌剂RH对基质沥青、橡胶沥青、SBS改性沥青技术指标的影响，发现RH温拌剂能够增强沥青的高温性能，但其对低温性能有不利影响。时敬涛等5 采用动力学手段考察了高黏沥青中掺人Sasobit温拌剂后常规指标和流变指标的变化规律，结果表明，Sasobit能够有效降低高黏沥青在高温条件下的黏度，随着其掺量的增加，高黏沥青的抗车辙能力增强，低温性能被削弱。选用表面活性类温拌剂，通过动态剪-31-马霞，赵倩，王恒恒：表面活性类温拌剂对SBS改性沥青高温性能的影响切流变试验来探究表面活性类温拌剂对SBS改性沥青流变性能的影响，为沥青温拌技术的推广应用提供参考。1试验原材料沥青选用京博生产的成品SBS改性沥青，基本技术指标见表1，所用表面活性类温拌剂为无锡某公司生产，温拌剂为棕色黏稠状液体，具体指标见表2，温拌剂掺量为SBS改性沥青质量的0.3%、0.5%、0.7%。表1SBS改性沥青基本技术指标试验项目试验结果技术要求针入度（2 5，10 0 g，5s)/（0.1mm）51软化点/86延度（5，5cm/min）/c m37135黏度/(Pas)2.2闪点/2700.019质量损失（老化后）/%溶解度（三氯乙烯）/%表2 表面活性类温拌剂基本指标指标试验结果外观液体，无悬浮和沉淀物液体，无悬浮和沉淀物胺值/(mg g)502有效固含量/%99.62制备工艺先将SBS改性沥青放在17 0 烘箱中烘至较好的流动状态，然后将表面活性类温拌剂按照沥青质量的0.3%、0.5%、0.7%分别掺入到沥青中，使用高速剪切机，在17 0，150 0 r/min的条件下剪切30min，即制得所需的温拌SBS改性沥青。3试验方法及结果采用美国TA公司生产的动态剪切流变仪对不同掺量的温拌SBS改性沥青进行温度扫描和频率扫描试验。试验时选用直径为2 5mm的平行板，两板间距为1mm。温度扫描试验设置温度范围为2 8 8 2，每6为一个增量，采用应变控制，应变大小为12%，荷载作用频率为10 rad/s。进行频率扫描试验时，扫描频率设置为0.1 10 0 rad/s，温度为6 4。通过温度扫描试验和频率扫描试验来获得温拌SBS改性沥青的复数模量G*和相位角8。复数模量G*表征沥青材料抵抗剪切变形的能力，G*越大，沥青越不容易发生破坏，高温性能越好。相位角8 是沥-32-青结合料弹性和黏性成分的比例，8 值越小，沥青弹性成分越大，高温性能越好 6-9 。3.1温度扫描将SBS改性沥青和三种温拌SBS改性沥青在10rad/s的条件下进行温度扫描，得到沥青复数模量G*、相位角8 与温度之间的关系，见图1和图2。400+一不掺温拌剂350+掺量0.3%300+掺量0.5%25020015010050406002834404652586470768260温度/20图1沥青复数模量随温度变化关系366r2306564一16399.899.5技术要求40060099.0一掺量 0.7%一62不掺温拌剂61+掺量0.3%60上5958图2 沥青相位角随温度变化关系由图1可以看出，随着温度的升高，不同温拌剂掺量沥青的复数模量G*均成下降趋势，在2 8 58 内下降速度较快，58 以后趋于平缓。温拌剂的加人提高了SBS改性沥青的复数模量G*，但整体变化趋势没有改变。在2 8 时，0.3%、0.5%、0.7%的温拌剂分别使SBS改性沥青的复数模量G*提高了13.9%、49%、2 8.9%。随着温拌剂掺量的增加，SBS改性沥青的复数模量G*呈现出先增大后减小的趋势，这表明温拌剂的掺量并不是越多越好，而是有一个合理的范围。在58 以后，表面活性类温拌剂对SBS改性沥青的复数模量G*影响很小，说明在高温条件下，表面活性类温拌剂对SBS改性沥青的抵抗变形能力作用不明显。由图2 可以看出，随着温度的升高，不同温拌剂掺量沥青的相位角均呈现出下降的趋势。在相同温度下，几种温拌SBS改性沥青的相位角S均小于普通SBS改性沥青。表面活性类温拌剂的加人使SBS改性沥青的复数模量G*大于普通SBS改性沥青，S值小于普通SBS改性沥青，表明表面活性类温拌剂提高了SBS沥青的高+掺量0.5%+掺量0.7%586470温度/7682山东交通科技温流变性能。温拌剂掺量为0.5%时，沥青的G*值最大，值最小。3.2频率扫描将SBS改性沥青和三种温拌SBS改性沥青在64下进行频率扫描，得到沥青复数模量G*和相位角8 随频率变化的关系，见图3和图4。20一一不掺温拌剂389490掺量0.3%*0掺量0.5%12一掺量0.7%1086420.180775&（。）/7065F60一一不掺温拌剂-0-掺量0.3%55-0掺量0.5%掺量0.7%500.1由图3和图4可以看出，SBS改性沥青的复数模量G*随着加载频率的升高而变大，沥青相位角随着频率的升高而减小。在0.110 rad/s内，沥青复数模量G*较小且增长非常缓慢，相位角下降较快。在10 10 0 rad/s内，沥青复数模量G*增长速度较快，相位角逐渐趋于平稳。加载频率表示荷载对沥青的作用时间，频率较小时荷载在沥青上面的作用时间长，产生的剪切变形大，弹性较差。频率较高时荷载对沥青的作用时间短，沥青变形量小，弹性恢复能力较强，复数模量较大10 。加人温拌剂后，SBS改性沥青的复数模量G*变大，相位角8 变小。其中复数模量G*在10 10 0 rad/s内较原样沥青有较明显的增长，在0.1 10 rad/s内变化不大。对比图3和图4中不同掺量的曲线，可以看出当表面活性类温拌剂的掺量为0.5%时，沥青的复数模量G*最大，相位角8最小，高温性能最好。3.3车辙因子在SHRP规范中，采用车辙因子G*/sins作为评价沥青高温抗车辙能力的指标，车辙因子越大，沥青的高温抗车辙能力越强，高温性能越好【。在频2023年第5期率为10 rad/s条件下，几种沥青车辙因子随温度的变化关系见图5。45040035030025020015010050028344046 52 58温度/图5车辙因子随温度的变化关系由图5可以看出，车辙因子G*/sin的变化趋势与复数模量G*的变化趋势大致相同，都是随着温度110频率/(rad s)图3复数模量随频率变化关系0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-01频率/(rad:s-)图4相位角随频率变化关系不掺温拌剂+掺量0.3%+掺量0.5%+掺量0.7%164707682100的升高而降低。随着温度的增加，沥青由弹性状态转变为黏性较大的流动状态，高温抗变形能力减弱。在2 8 58 内，车辙因子的数值下降较快，说明在此温度范围内SBS改性沥青的高温抗车辙能力受温度影响较大，温度超过58 以后，车辙因子G*/sins基本不再变化。表面活性类温拌剂的加人，使得SBS改性沥青的车辙因子在2 8 58 内有较为明显的提0-0-00-0-0-0-0-0-0-0高，其中温拌剂掺量为0.5%时对车辙因子的提升效果最好。在58 以后，不同掺量温拌剂对SBS改性一10100沥青的车辙因子无明显作用。产生这一结果的原因，除了高温下沥青黏性部分较多外，还有可能温拌剂在高温下对沥青的作用受到影响。4结语（1）随着温度的升高，SBS改性沥青的复数模量和车辙因子呈下降趋势，加人温拌剂后，复数模量和车辙因子的值有所升高，说明表面活性类温拌剂的加入能够提高SBS改性沥青的高温性能，当温度超过58 后，不同掺量温拌剂对SBS改性沥青的作用效果相差不大。（2）随着温度的升高，SBS改性沥青的相位角呈下降趋势，加人温拌剂后，相位角有所上升，说明表面活性类温拌剂的加人能够增强SBS改性沥青的变形恢复能力。（3）随着加载频率的升高，SBS改性沥青的复数模量呈上升趋势，相位角呈下降趋势。（4）随着表面活性类温拌剂掺量的增加，SBS改性沥青的高温性能呈现先增强后减弱的趋势，最佳掺量建议为0.5%。参考文献：1黄维蓉,杨玉柱，杨东来，等.降黏型与表面改性型温拌剂对沥青混合料性能的影响J.公路与汽运,2 0 2 0（6）：57-60.【2 杨文杰.基于表面活性技术的沥青温拌剂性能及应用-33-马霞，赵倩，王恒恒：表面活性类温拌剂对SBS改性沥青高温性能的影响研究 D.大连：大连理工大学,2 0 19.【3何永泰，李炜，雷俊安，等.不同温拌剂对沥青及混合料性能的影响研究J公路,2 0 2 0,6 5（9）：59-6 4.4贾晓鹏，陈桥，张艳君.RH温拌剂对不同种类沥青性能的影响J.公路交通科技（应用技术版）,2 0 2 0,16(11):58-60.5时敬涛，范维玉，赵品晖，等.Sasobit温拌剂对高黏沥青流变性能的影响J中国石油大学学报（自然科学版）,2 0 2 0,44（6）:141-148.6杨侣珍.温拌剂Sasobit对SBR改性沥青短期老化后性能的影响J中外公路,2 0 2 0,40（2）：2 8 5-2 8 9.7 田正旺.温拌剂对SBS改性沥青黏度及黏流特性影响研究J】.筑路机械与施工机械化2 0 2 0,37（1）：42-45,50.【8 季节，董阳，杨跃琴，等.不同温拌剂对橡胶沥青性能的影响J】.中国石油大学学报（自然科学版）,2 0 2 0,44(6):133-140.9王岚，李冀，桂婉妹.表面活性剂对温拌胶粉改性沥青高低温性能的影响J.材料导报，2 0 19,33（6）：9 8 6-9 9 0.10 王逸庶，毛云峰.掺入温拌剂后SBS改性沥青混合料路用性能分析J.中国公路,2 0 19（11）：148-149.11袁飞云，徐加秋，阳恩慧.温拌剂种类及掺量对沥青性能的影响研究J】.中外公路,2 0 18,38（5）:17 3-17 7.（上接第12 页）3结语（1）干法胶粉掺量的增加使混合料的比表面积增大，需要的沥青用量较其他混合料高，形成较厚的弹性沥青膜有利于延长疲劳开裂寿命。2 0%掺量的干法胶粉LSPM25可以达到SBS-LSPM25的疲劳寿命次数，且要高于MAC-LSPM25的疲劳寿命次数。（2）随着损伤演化的进行，LSPM的劲度模量不断地发生衰减，但是对比劲度模量变化量并不能很好地直观反应混合料疲劳寿命，基于劲度模量的LSPM疲劳分析有待于进一步研究。（3）半对数疲劳方程对分析疲劳试验数据有较好的适用性。试验参数b、k 分别表征疲劳寿命次数和疲劳寿命次数衰减速率。LSPM的疲劳寿命随干法胶粉掺量的增加而得到延长，并且可以减缓LSPM疲劳寿命的衰减速率。参考文献：【1 赵棚龙.干拌直投式橡塑复合改性沥青混合料路用性能及机理研究D.西安：长安大学,2 0 2 1.2 庄传仪，叶亚丽，王莉，等.废旧橡胶粉干法微表处混合料微观形貌结构表征J】.公路,2 0 2 0,6 5（4）：32 0-32 4.3高岳峰，符东绪，成永宁，等.干法胶粉沥青大粒径沥青混合料动态模量试验研究J.石油沥青，2 0 2 2,36（1）:15-19,24.【4任瑞波，耿立涛，陈蒙蒙，等.橡塑沥青混合料疲劳性能测试及预估模型研究J山东建筑大学学报,2 0 16,31(6):583-587.5冯小伟，支鹏飞.基于马歇尔试验的AR-SMA-13橡胶沥青混合料线膨胀性能研究J】.公路交通科技，2 0 16,33(3):31-36.【6 吴志勇，张肖宁，游宏，等.基于应变控制的沥青混合料疲劳寿命预测J.华南理工大学学报（自然科学版），2 0 14(2):139-144.7 冯卫东，菅永明，龚华勇.沥青混合料弯曲疲劳性能演化规律的宏细观试验表征J.铁道科学与工程学报,2 0 2 2,19(10):2984-2994.【8 房辰泽，郭乃胜，孙雅珍，等.基于劲度模量分析的橡胶沥青混合料疲劳寿命研究J1.工程力学,2 0 2 0,37（4):19 6-204.-34-