法赛对SBS改性沥青高低温性能的影响

徐 波，邹晓勇，顾一春

（1.河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098；2.金华市公路管理处，浙江 金华 321300）

法赛对SBS改性沥青高低温性能的影响

徐 波1，邹晓勇2，顾一春1

（1.河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098；2.金华市公路管理处，浙江 金华 321300）

为研究法赛（温拌沥青添加剂）对SBS改性沥青高低温性能的影响，采用软化点试验、动态剪切流变试验、延度试验以及弯曲梁流变试验，以测试其高低温性能的变化。试验结果表明：掺加法赛温拌剂后，SBS改性沥青的软化点和破坏温度值提升的最大幅度分别为16.0%和16.2%，使其高温性能得到较大的改善；但同时其延度和弯曲流变性能降低，低温抗裂性能变差。建议法赛温拌剂的合理掺量为3%。

温拌剂；改性沥青；高低温性能

0 引言

在2000年欧洲沥青国际会议上第一次提出温拌沥青混合料（WMA）之后，世界各国开始大力研究、应用温拌沥青混合料，使其得到广泛应用［1］。

美国从2002年开始引入温拌沥青混合料技术。2005年，美国沥青路面协会（NAPA）和联邦公路局（FHWA）联合发起组建了温拌沥青混合料技术研究组。到2007年3月，美国公路联合研究项目（NCHRP）也开始着手研究温拌沥青混合料配合比设计，这项研究目的在于制定出温拌沥青混合料级配设计范围和性能测试规范，从而为温拌沥青混合料的施工进行技术指导。2008年3月，NCHRP已经开始研究温拌沥青混合料的施工性能和气体排放以及路用性能，于2011年9月完成。目前，美国几乎所有的州都在研究温拌沥青混合料，并且德州和加州已经开始把温拌沥青混合料技术纳入他们的规范中［2－3］。

中国从2000年起开始关注温拌领域。在2005年9月中国铺设了第1条基于乳化沥青的温拌沥青混合料路面。随后，上海地区在高速公路上利用Meadwestvaco公司的温拌技术进行了温拌薄层沥青混合料罩面的试验路施工，而后温拌技术逐步开始发展起来。从铺筑路面的外观及检测结果看，温拌混合料施工取得了较好的效果。温拌沥青混合料各项性能指标不但能够达到相同材料、相同级配下的热拌沥青混合料的指标，而且具备减少燃料消耗及沥青烟的排放，降低对环境的污染和对施工人员健康的损害等优势［4－6］。法赛（fasir）是一种近年来较常用的温拌剂，本次主要研究其对SBS改性沥青的高低温性能的影响。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验沥青采用苯乙烯－丁二烯－苯乙烯（SBS）改性沥青。按规范［7］对SBS改性沥青的基本性能指标进行了测试，结果如表1所示。溶解度是指沥青试样在三氯乙烯中的可溶物的含量，表1中的溶解度是指SBS改性沥青在三氯乙烯中质量有99.7%可以溶解。第2个延度是沥青短期老化后的延度。

温拌剂：法赛温拌沥青添加剂是一种新型的沥青温拌剂，通常状态下是白色固体颗粒。在使用过程中可直接加入到热沥青中，只需要经过简单搅拌即可完全溶于热沥青，并且可以有效降低沥青黏度。

1.2 试验方法

1.2.1 软化点试验

软化点是沥青从黏塑状态向黏流状态转变的临界温度，它在实质上反映了沥青的等黏温度。软化点指标可以很好的评价沥青的高温性能，软化点高则其等黏温度也高，即其高温稳定性良好［8］。

表1 SBS改性沥青

1.2.2 动态剪切流变试验

动态剪切流变仪能够有效地研究沥青材料真正的力学响应。高性能沥青路面（Superpave）给出的沥青规范中采用的是G*／sinδ作为评价沥青性能的高温技术指标［9－11］，这种试验方法使得沥青处在动荷载的作用下，表征了沥青的动黏弹性质。采用动态剪切流变仪（DSR）进行温度扫描试验，获得在25～80℃，不同温度T对应的车辙因子G*／sinδ，进而建立车辙因子对数lg（G*／sinδ）－温度T曲线图，并对曲线进行回归分析，得到SBS改性沥青的试样在G*／sinδ＝1 kPa（老化前试样）时的破坏温度值，据此判断SBS改性沥青胶结料试样的高温性能。其中，破坏温度值越大，表明材料的高温性能越好。所以动态剪切流变试验比常规的针入度、软化点、延度等经验指标更能反映荷载、时间和温度变化时沥青流变性质的变化状态［12］。

1.2.3 延度试验

延度反映了沥青胶结料的延伸性能，体现了沥青路面抵抗低温开裂的能力。试验采用LYY-7C型调温调速沥青延伸仪，参考规范要求选择了5℃作为延度试验温度。

1.2.4 弯曲梁流变试验

弯曲梁流变试验对胶结料低温性能的评价主要依靠两个参数：①蠕变劲度S，即胶结料抵抗荷载的能力；②m值，即荷载作用时沥青劲度随时间的变化率。并且规范规定蠕变劲度S不能过大，松弛速率m不能太小。在Surperpave设计体系和沥青结合料路用性能规范中要求的是60 s时的S值和m值［13］。试验采用美国CANNON公司生产的弯曲梁流变仪，选择－12℃、－18℃、－24℃作为试验温度。

2 试验结果与分析

2.1 软化点

对添加不同掺量法赛温拌剂的SBS改性沥青胶结料进行软化点试验，其测试结果如表2所示。从表2可以看出：掺加2%的法赛温拌剂后，SBS改性沥青的软化点提升较大，增幅达到16.0%。当温拌剂的掺量逐渐增加到3%和4%后，SBS改性沥青的软化点升高不明显，增幅仅为3.2%和2.6%。仅仅从软化点这个指标看，温拌剂的掺入可以改善SBS改性沥青的高温性能。

2.2 破坏温度

对添加不同掺量法赛温拌剂的SBS改性沥青胶结料进行车辙因子G*／sinδ测试，以计算出不同掺量下的SBS改性沥青胶结料的破坏温度，车辙因子测试结果如表3所示。表3中得到了25～80℃的不同的温度T对应的车辙因子G*／sinδ，建立车辙因子对数值lg（G*／sinδ）－温度T曲线图，如图1所示。

表2 SBS改性沥青软化点 ℃

表3 SBS改性沥青车辙因子

图1 SBS改性沥青lg（G*／sinδ）-T关系图

根据回归拟合的公式，计算G*／sinδ＝1 kPa时的温度，即破坏温度。计算结果如表4所示。

表4 SBS改性沥青破坏温度

分析表4可以看出：随着法赛温拌剂掺量的增加，SBS改性沥青的破坏温度值逐渐增大。掺加2%的法赛温拌剂后，SBS改性沥青的破坏温度值提升幅度最大，增幅达到16.2%。随着温拌剂的掺量由3%增加到4%时，其破坏温度值与2%掺量时的区别不大。由此，建议法赛温拌剂的掺量为3%。

表5 SBS改性沥青延度 cm

2.3 延度试验

对添加不同掺量法赛温拌剂的SBS改性沥青胶结料进行延度试验，其测试结果如表5所示。

从表5可以看出：SBS改性沥青的延度随着法赛剂量的增加而增大，但是低于SBS改性沥青的延度。延度指标显示法赛温拌剂的加入对SBS改性沥青延度的影响是不利的。

2.4 弯曲梁流变试验

弯曲梁流变试验选用－12℃、－18℃、－24℃的蠕变劲度S和蠕变速率m作为结合料低温抗裂性能的评价指标。弯曲梁流变试验软件自动记录各温拌橡胶沥青结合料60 s的S和m值，见表6。

表6 试验60 s的S和m值

蠕变劲度S反映材料的低温性能，S值越大，弯曲流变性能越差。蠕变速率m反映材料的松弛能力，m值越大，松弛能力越强，m值大的材料当遇到温度急剧下降时，往往不易开裂，具有较好的低温性能。

由表6可以看出：随着温度的降低，S值明显增大，m值减小，表明SBS改性沥青的低温性能随着温度的降低而显著下降。随着温拌剂剂量的增加，SBS改性沥青的劲度模量也随之增加，这表明随着法赛温拌剂剂量的增加，SBS改性沥青的弯曲流变性能在变差，法赛温拌剂会对SBS改性沥青的低温性能产生不利影响。在－18℃条件下，当法赛温拌剂剂量≥3%时，劲度模量S值才大于未添加温拌剂的SBS改性沥青的劲度模量，说明温拌剂只有达到一定的剂量才会对SBS改性沥青产生不利的影响。

3 结论

（1）通过分析和比较不同法赛掺量下的SBS改性沥青的软化点和破坏温度值，法赛温拌剂可以较为显著地提高其高温性能。

（2）从延度、蠕变劲度模量S值和蠕变曲线斜率m值来看，法赛温拌剂会使SBS改性沥青的低温抗裂性能有所降低，所以法赛温拌剂的掺量不应过多，但此时的低温性能仍能满足规范要求。综合法赛温拌剂对SBS改性沥青高低温性能的改善效果，建议法赛温拌剂的适宜掺量为3%。

［1］ 赵剑强.公路交通与环境保护［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］ Diefenderfer S，Mc G K，Donaldson B.Installation of Warm Mix Asphalt Projects in Virginia［R］.Virginia：Virginia Transportation Research Council，2007.

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［12］ 魏建明，侯岩峰，王国清.基于动态剪切流变试验的沥青高温性能研究［J］.公路与汽运，2007（5）：117－121.

［13］ 栾自胜，雷军旗，屈仆，等.SBS改性沥青低温性能评价方法［J］.武汉理工大学学报，2010（2）：15－18.

U416.217

A

1672－6871（2014）06－0057－04

江苏省科技厅基金项目（BK2011746）

徐 波（1990－），男，江苏宿迁人，硕士生；邹晓勇（1977－），男，浙江金华人，工程师，主要研究方向为路面结构与材料.

2014－03－27