劉永偉 張楠楠 彭仕軍 劉 華 楊光勛

(四川知行路橋股份有限公司，四川 成都 610097)

排水性瀝青路面是20世紀(jì)70年代以來(lái)在發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展起來(lái)的一種多孔性骨架空隙的瀝青路面結(jié)構(gòu)，其主要特征是空隙率較高，一般為15%～25%，能將路面的積水通過(guò)其結(jié)構(gòu)內(nèi)部連通空隙及時(shí)排出，保證路面在雨天仍然具有良好的抗滑性能，起到一定的降噪作用，有效提高行車安全性和舒適性，有效緩解城市內(nèi)澇及熱島效應(yīng)，并具有良好的環(huán)保效益[1-3]。隨著我國(guó)高速公路和海綿城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，排水性瀝青路面得到越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。排水性瀝青路面要求使用的瀝青結(jié)合料不僅要對(duì)集料有高強(qiáng)的粘附性和耐久的包裹力，同時(shí)還要具有較強(qiáng)的抗剝離性、抗老化性等各種高性能，普通的改性瀝青性能很難滿足要求，因此需要使用一種特殊的產(chǎn)品：高粘度改性瀝青。目前，國(guó)外已有開(kāi)發(fā)應(yīng)用較為成熟的高粘瀝青改性劑，但價(jià)格昂貴，普適性不強(qiáng)，與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)部分科研單位開(kāi)發(fā)的高粘瀝青改性劑質(zhì)量參差不齊[4-8]。本文在本項(xiàng)目現(xiàn)有的基礎(chǔ)上改進(jìn)配方，主要針對(duì)工作性能和成本方面通過(guò)試驗(yàn)方法進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)出一種具有良好的施工和易性、超高的絕對(duì)粘度、穩(wěn)定性優(yōu)異的高粘度瀝青改性劑SPSC。

1 SPSC的配方設(shè)計(jì)

SPSC根據(jù)目前業(yè)內(nèi)廣泛采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研發(fā)[9-12]。為了使高粘度瀝青改性劑的改性效果達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)水平，并且在海綿城市排水瀝青路面中具有更優(yōu)良的效果，滿足海綿城市道路建設(shè)的多層次需求及復(fù)雜的交通和路面施工情況，基于以上目標(biāo)本文研發(fā)了SPSC高粘度瀝青改性劑，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 高粘度改性瀝青各項(xiàng)技術(shù)要求

SPSC高粘度瀝青改性劑主要成分包括：

1)熱塑性橡膠：采用市場(chǎng)上較成熟的道改SBS改性劑作為主成分，其是目前研究和實(shí)際應(yīng)用最多的改性劑品牌，粗略計(jì)算目前SBS改性瀝青占全球?yàn)r青需求量60%以上。應(yīng)用廣泛主要是因?yàn)镾BS三嵌段共聚物的特性，從而使改性后的瀝青具有優(yōu)良性能：高溫穩(wěn)定性能、良好拉伸性能、彈性、內(nèi)聚附著性能、混合料的高穩(wěn)定性、耐老化性等。

2)增粘劑：60 ℃動(dòng)力粘度是高粘改性瀝青的主要指標(biāo)，目的要達(dá)到500 000 Pa·s以上。增粘劑的作用正是增加動(dòng)力粘度，動(dòng)力粘度的提高可以帶來(lái)瀝青混合料水穩(wěn)定性及強(qiáng)度的提高。本文采用石油樹(shù)脂以及雙基共聚物作為增粘劑成分。

3)增塑劑：增塑劑的加入能促進(jìn)橡膠塑化成型，增加熱塑性橡膠與瀝青的相容性，以及改善熱熔粘度、熱拌和性，同時(shí)還能降低拌和溫度，凸顯節(jié)能降耗的環(huán)保功能。橡膠加工油為本文所使用的增塑劑成分。

熱塑性橡膠、增粘劑、增塑劑為SPSC的主要成分，根據(jù)設(shè)計(jì)比例首先進(jìn)行混合，高速混合攪拌機(jī)將三者的混合物充分?jǐn)嚢?，?jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)組，最終得到淡黃色小顆粒狀物的改性劑，即為高粘度瀝青改性劑(SPSC)。

2 SPSC高粘度改性瀝青的性能研究

本文選用的基礎(chǔ)瀝青為某品牌改性瀝青(PG76-22)，試驗(yàn)研究改性劑不同摻量時(shí)針入度、延度、軟化點(diǎn)、動(dòng)力粘度等性能指標(biāo)變化，從而得到改性劑摻量水平對(duì)高粘度改性瀝青性能的影響規(guī)律。

2.1 高粘度改性瀝青制備及性能試驗(yàn)方法

制備方法：將中海牌改性瀝青(PG76-22)勻速升溫至175 ℃～185 ℃之間，按照比例分別加入不同摻量的高粘度改性劑(SPSC)，用高速剪切機(jī)以5 000 r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行剪切分散30 min，然后放入烘箱(180 ℃)進(jìn)行恒溫發(fā)育1 h即可。

試驗(yàn)依據(jù)：國(guó)家交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTJ 052—2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程。

2.2 SPSC摻量對(duì)瀝青針入度的影響

針入度是描述瀝青感溫性能最常用的指標(biāo)，針入度越低則瀝青的感溫性越低[7,13]。由圖1可知，高粘度改性瀝青的針入度隨SPSC改性劑的摻量變化成線性變化，隨著SPSC含量增加而逐漸減小，表明改性劑的加入提高了改性瀝青高溫穩(wěn)定性。根據(jù)曲線擬合出此種情況下的線性方程式(1)。

y=-2.466 7x+69.333

(1)

根據(jù)式(1)計(jì)算當(dāng)SPSC摻量在12%以下時(shí)，瀝青樣本的針入度將大于40。根據(jù)表1給出的高粘度改性瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，SPSC含量宜低于12%。

2.3 SPSC摻量對(duì)瀝青低溫延度的影響

瀝青的延度是規(guī)定形狀的試樣在規(guī)定溫度下，以一定速度受拉伸到斷開(kāi)時(shí)的長(zhǎng)度，用來(lái)反映瀝青的塑性，即瀝青在外力作用下發(fā)生變形而不破壞的能力。瀝青的延度與其膠體結(jié)構(gòu)和流變性質(zhì)密切相關(guān)，進(jìn)而影響其低溫抗裂性和耐久性[14，15]。文中試驗(yàn)溫度為5 ℃，可以表征瀝青低溫的延伸性能。由圖2可得，試驗(yàn)瀝青樣本的5 ℃延度在SPSC改性劑的含量增加情況下而逐漸增大，而且呈線性增加，可以得出改性劑能顯著增加瀝青的低溫延伸性能的結(jié)論，擬合線性方程如式(2)。

y=1.904 8x+30.714

(2)

根據(jù)式(2)，當(dāng)添加劑為3%時(shí)，延度達(dá)到35，已經(jīng)滿足高粘度改性瀝青的特征標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 SPSC摻量對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響

瀝青從粘塑狀態(tài)變化為粘流狀態(tài)時(shí)會(huì)有一個(gè)臨界溫度，此溫度被稱為軟化點(diǎn)，它本質(zhì)上體現(xiàn)的是瀝青的粘度。瀝青的敏感度?？捎密浕c(diǎn)的高低來(lái)評(píng)價(jià)，通常認(rèn)為，軟化點(diǎn)高，則瀝青的等粘溫度也高，也就是高溫穩(wěn)定性好[16-18]。據(jù)圖3分析可得，試驗(yàn)瀝青樣本的軟化點(diǎn)在SPSC改性劑的含量增加情況下不斷增加，證明該改性劑對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的提高效果顯著，由此說(shuō)明改性后的樣本瀝青具有優(yōu)秀的高溫性能。軟化點(diǎn)與SPSC改性劑摻量成線性相關(guān)，可以擬合出公式。

y=3.819x+78.524

(3)

根據(jù)式(3)計(jì)算可得，當(dāng)SPSC改性劑的摻量大于3%時(shí)，改性瀝青的軟化點(diǎn)大于90 ℃，滿足高粘度改性瀝青的特征標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 SPSC摻量對(duì)瀝青動(dòng)力粘度的影響

研究表明60 ℃粘度適宜作為表征瀝青的抗變形性能以及粘結(jié)性能關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)[19，20]。瀝青材料的60 ℃絕對(duì)粘度和軟化點(diǎn)指標(biāo)與混合料的動(dòng)穩(wěn)定度顯著相關(guān)，可以有效地表征瀝青混合料的高溫抗車轍性能。瀝青材料的60 ℃絕對(duì)粘度、軟化點(diǎn)與混合料的飛散損失顯著相關(guān)，可以有效地反映瀝青混合料的耐久性。當(dāng)瀝青材料的60 ℃絕對(duì)粘度和軟化點(diǎn)提高時(shí)，可以有效地提高OGFC混合料的抗車轍性能、空隙率保持度和耐久性。

由圖4分析可得，試驗(yàn)樣本瀝青的60 ℃動(dòng)力粘度在SPSC改性劑的含量水平增加情況下迅速增大，可說(shuō)明經(jīng)SPSC改性后的樣本瀝青高溫穩(wěn)定性較好，而且強(qiáng)度較高，產(chǎn)生永久變形概率較小，變化大致屬于線性增加，擬合經(jīng)驗(yàn)公式為：

y=126 933x-349 200

(4)

根據(jù)式(4)計(jì)算，當(dāng)SPSC改性劑的摻量大于9%時(shí)，高粘度改性瀝青的動(dòng)力粘度大于800 000，滿足高粘度改性瀝青的特征標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語(yǔ)

1)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，SPSC添加劑對(duì)瀝青有著很好的改性效果，SPSC摻量對(duì)瀝青針入度、軟化點(diǎn)、低溫延度及60 ℃動(dòng)力粘度等指標(biāo)有著明顯線性變化關(guān)系。

2)經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果分析可得，SPSC摻量比例適宜在6%～10%范圍內(nèi)。

3)經(jīng)SPSC適宜比例改性的高粘度改性瀝青具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能及抗永久變形能力，能滿足高粘瀝青的特殊要求。此外SPSC改性劑本身具有熔點(diǎn)低，易混合，可直投等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍廣泛，利于節(jié)能降耗。