基于混合料高低温性能的胶粉复合改性沥青方式对比研究

中图分类号：U414 文献标志码：A

引言

苯乙烯 - 丁二烯嵌段共聚物（SBS）、胶粉、PPA 等聚合物通常用于对沥青路面的改性，以提升其使用性能。其中，SBS 有助于改善沥青及其混合料的抗车辙性能。与 SBS 改性沥青相比，橡胶沥青相不仅可以提高沥青路面的抗水侵害能力，延长道路使用寿命，且成本较低，而且橡胶沥青还存在稳定性差、粘度较高等主要技术问题，使其更广泛的应用受到限制。PPA 的加入显著提升了沥青的高温稳定性和抗车辙能力，使其在高温环境下表现出色，但也存在改性后的沥青低温性能相对较差等问题。如此可见，单一聚合物改性的方式，已经不能完全解决高等级路面的技术性能要求。

胶粉 /SBS 复合的改性沥青具有改善橡胶改性沥青和 SBS 改性沥青的优势，既可提高沥青服役性能，也有利于降低 SBS 沥青的高昂成本。 Gong^[1] 等发现，尽管胶粉 /SBS 复合改性可提高沥青性能，但在长期储存中，仍可能出现胶粉与沥青相分离、离析等现象。随着橡胶沥青研究的深入，部分研究学者开始尝试采用一些活化手段对胶粉进行预处理，以提高胶粉与沥青的相容性等问题。王永宁等采用双螺杆挤出法来对橡胶粉活化，弥补了橡胶沥青储存稳定性差、掺量低等问题。然而活化胶粉 /SBS 改性沥青仍存在水稳性不佳的问题。既往研究证明，PPA 有利于促进聚合物改性沥青的热储存稳定性和相容性。张争奇等制备了橡胶 -PPA 高聚物复合改性高模量沥青，发现橡胶 -PPA 高模量沥青具有优秀的低温性能和抗疲劳性能，且橡胶 -PPA 复合改性沥青的改性过程为化学改性。

综上所述，对于PPA/SBS/ 胶粉等三种聚合物共同改性的沥青混合料的高低温性能尚未得到系统性的研究。因此，本文选用 PPA、胶粉、SBS 及其复掺料作为改性剂，制备五种改性沥青混合料。通过车辙试验及低温弯曲试验，对五种不同复合改性沥青混合料进行高低温性能的对比分析。

1. 原材料及改性沥青制备

1.1 原材料

（1）PPA

工业级 115% 的多聚磷酸作为制的原材料（上海阿拉丁公司），主要性能见表1。

表1 多聚磷酸技术指标Tab.2 Polyphosphoric acid technical indicators

（2）SBS 改性剂

SBS 改性剂为甘肃省交通规划勘察设计院提供的线型 1301 型产品，该 SBS改性剂的具体技术指标参数如表2 所示。

表 2 1301 型 SBS 技术指标Tab.3 SBS 1301 Technical specification

1.2 改性沥青的制备

将基质沥青置于 135°C 的烘箱中使其处于熔融状态，将沥青制备罐置于保温套中，将温度调成 170^∘C 并加入相容剂，调整搅拌机至 1000r/min ，加入 SBS改性沥青，升温至 190^cC 后加入活化胶粉并搅拌 30min ，再以 5000r/min 的转速高速剪切 60min_⨀ 。最后，将 PPA 和稳定剂缓慢地加入搅拌机中，以 1000r/ min 的转速搅拌 3h，制成 ACR/SBS-P 改性沥青。同上述制备方法，制备出 CR/SBS-P 改性沥青。

2. 胶粉改性沥青混合料的高低温性能

2.1 混合料配合比设计

采用 SMA-13 型沥青混合料级配，根据规范 [2] 中的要求，以 6.0% 作为油石比中值，按 0.3% 的间隔梯度拟定了5 组油石比参数，具体为 5.4% 、 .5.7% 、 6.0% 、6.3% 与 6.6% 。随后，依据这几组不同的油石比分别制备马歇尔试件，并对各试件的物理力学性能指标进行逐一测试，并整理相关测试结果：依据规范 [2] 计算可得， OAC₁=6.125% 、 OAC₂=6.450% ，据此确定 ACR/SBS-P 的最佳油石比为6.3% 。采用相同试验与计算方法，进一步得出 SBS 改性沥青、ACR/SBS、CR/SBS-P、CR/SBS 的最佳油石比，分别为 6.0% 、 6.2% 、 6.8% 、 6.6% 。

2.2 胶粉改性沥青混合料的高温性能

对五种改性沥青混合料进行车辙试验，所有混合料的动稳定度均符合规范要求。稳定度由高到低依次为：CR/SBS-P > CR/SBS > ACR/SBS-P > ACR/SBS > SBS。与未活化胶粉相比，活化处理使 CR/SBS-P 动稳定度下降 6.19% ，说明活化过程在一定程度上削弱了抗车辙性能。而 PPA 的加入提升了 ACR/SBS 与 CR/ SBS 的车辙因子，分别增加 5.0% 和 2.8% 。总体而言，复合改性混合料的高温性能均优于单一SBS 改性混合料。

2.3 胶粉改性沥青混合料低温性能

对五种改性沥青混合料进行低温小梁弯曲试验：PPA 的掺入显著提高了沥青混合料的抗弯拉强度，ACR/SBS-P 和 CR/SBS-P 较未添加 PPA 的对应混合料分别提升 11.0% 和 10.5% ，表明其抵抗温度应力的能力增强。ACR 类混合料的抗弯拉强度低于 CR 类，主要因 CR 改性沥青粘度高，所需油石比更大，沥青膜更厚，自由沥青含量增多，在低温下黏聚力增强，从而改善了抗弯拉性能。CR/SBS-P 混合料的最大弯拉应变最高，低温抗变形能力最优。弯曲劲度模量排序为： CR/SBS-P>SBS>CR/SBS>ACR/SBS-P>ACR/SBSY_f， 加 PPA 使 ACR/SBS-P 和 CR/SBS-P 的模量分别降低 1.6% 和 11.9% ，显示 PPA 有效提升了低温抗裂性。提高油石比也进一步改善了 CR 类混合料的低温性能。综上，CR/SBS-P 混合料的低温性能最优，优于传统SBS 改性沥青。

结论

ACR/SBS-P、ACR/SBS、CR/SBS-P、CR/SBS 复合改性沥青混合料抗车辙性能分别比SBS 改性沥青混合料高 17.7% 、 12.1% 、 25.5% 、 22.1%. 。

与 ACR/SBS 相比，ACR/SBS-P 沥青混合料低温抗裂性有所改善，但 ACR/SBS-P 沥青混合料低温性能不如CR/SBS-P 改性沥青混合料。

参考文献：

[1]YAFENG G， YUNZE P， FAYANG L， et al. Analysis of the Influence of SBS Content and Structure on the Performance of SBS/CR Composite Modified Asphalt[J]. Advances in Materials Science and Engineering，2021，2021.

[2] 橡胶沥青路面技术标准 ：CJJ/T 273-2019[S]. 2019.