浅谈高粘改性沥青在薄层罩面中的应用

谢世威

摘 要：为深入了解高粘改性沥青流变性能及其在成型的薄层罩面混合料中路用性能，本文就嵌段共聚物纳米复合改性剂作为高粘改性剂，并选择了三种不同的掺量制备高粘改性沥青，采用动态剪切流变试验和弯曲蠕变劲度试验对高粘改性沥青的高低温流变性能进行了分析，然后采用高粘改性沥青成型了薄层罩面混合料，对薄层罩面混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性进行了检测;结果表明，利用制备的高粘改性沥青成型的薄层罩面混合料均具有良好的路用性能，且随着掺量越大，其高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性越好，推薦采用12%掺量的高粘改性沥青成型薄层罩面混合料。

关键词：道路工程;高粘改性沥青;薄层罩面;流变性能;路用性能

1 材料与试验方法

1.1 原材料

试验采用壳牌70#基质沥青。高粘改性沥青采用某公司生产的嵌段共聚物纳米复合改性剂掺入到基质沥青中制备，选择外掺法，改性剂掺量分别为8%、10%、12%，制备时先将基质沥青加热至165℃，然后加入相应掺量的高粘改性剂，将沥青升温至175℃，采用剪切机以4 000 r/min的剪切速率剪切50 min，剪切完成后将沥青放入165℃烘箱中发育1 h，本文将改性剂掺量为8%、10%、12%的高粘改性沥青分别命名为NP8、NP10、NP12。

试验粗集料和细集料均采用闪长岩。

1.2 级配设计

薄层罩面混合料选用OGFC-10级配，厚度为20 mm，该类型薄层罩面由于是开级配，因此具有粒径小、碎石多的特点，最佳油石比采用5.5%，目标空隙率为20%。

1.3 试验方法

1.3.1 动态剪切流变试验

动态剪切流变试验（DSR）是美国公路战略研究计划（SHRP）提出的评价沥青高温性能的试验方法。本文选择平行板直径25 mm，间隙1 mm，剪切速率为10 rad/s，采用控制应变模式，应变为10%，试验温度选择58℃、64℃、70℃、76℃、82℃。

1.3.2 弯曲蠕变劲度试验

SHRP计划提出采用弯曲蠕变劲度试验（BBR）来评价沥青的低温性能，采用蠕变劲度S和蠕变速率m作为评价指标，并规定沥青应满足S≤300 MPa，且m≥0.30。本文选择试验温度为-12℃、-18℃和-24℃。

1.3.3 车辙试验

本文采用车辙试验来评价薄层罩面混合料的高温抗车辙能力，试验温度为60℃，轮压为0.70 MPa。

1.3.4 低温弯曲试验

本文采用低温弯曲试验来评价薄层罩面混合料的低温抗裂性能，试验温度为-10℃。

1.3.5 浸水飞散试验

本文采用浸水飞散试验来评价薄层罩面混合料的水稳定性，试验时先将马歇尔试件浸入60℃水浴中48 h，然后在室温下静置24 h，之后将马歇尔试件放入洛杉矶磨耗仪中以30 r/min的转速旋转300转，测量试验前后马歇尔试件的质量损失比，用百分比表示。

2 结果与讨论

2.1 动态剪切流变试验

动态剪切流变试验得到的三种不同掺量高粘改性沥青的复数剪切模量和相位角。温度升高，NP8、NP10、NP12三种高粘改性沥青的复数剪切模量降低，因为复数剪切模量实际上是可以反映沥青的劲度，所以温度升高，使沥青分子间作用力变弱，从而使沥青劲度变小，表现为复数剪切模量随温度的升高而降低。三种高粘改性沥青的相位角随着温度升高逐渐降低，这是因为三种不同掺量的嵌段共聚物纳米复合改性剂当温度升高时活性变大，导致高粘改性沥青的粘弹特性发生变化。SHRP计划采用车辙因子来表示沥青的高温性能，可以看出，随着温度的升高，三种高粘改性沥青的车辙因子均降低，说明温度升高，三种高粘改性沥青的高温抗变形能力均降低;当温度在58℃～70℃时车辙因子下降速率较快，在70℃～82℃时车辙因子下降速率变缓，说明温度对车辙因子的影响存在临界值，温度小于临界值时，车辙因子下降较快，温度大于临界值时，车辙因子下降变缓。相比NP8和NP10两种高粘改性沥青，NP12的车辙因子更大，说明其高温抗变形能力更好。

2.2 弯曲蠕变劲度试验

弯曲蠕变劲度试验得到的蠕变劲度模量S和蠕变速率m，温度降低，高粘改性沥青的蠕变劲度模量升高，蠕变速率降低，说明随着温度降低，高粘改性沥青的低温性能变差;在温度变化过程中，三种高粘改性沥青的蠕变劲度存在NP8>NP10>NP12，蠕变速率存在NP8<NP10<NP12，可以看出，在温度变化过程中，相比NP8和NP10两种高粘改性沥青，NP12高粘改性沥青具有更好的低温性能。

2.3 车辙试验

为了保证行车安全，薄层罩面混合料应该具备良好的高温稳定性，尤其在高温多雨地区，薄层罩面混合料具有良好的高温稳定性可以有效缓解车辙等高温病害的发生。三种高粘改性沥青成型的OGFC-10薄层罩面混合料动稳定度均大于3 000次/mm，且NP12高粘改性沥青的动稳定最大，说明其成型的薄层罩面混合料具有最好的高温稳定性，说明薄

层罩面混合料的高温性能除了受集料颗粒间嵌挤力的影响外还受高粘改性沥青的影响较大。

2.4 低温弯曲试验

高粘改性沥青的低温性能对薄层罩面混合料低温性能具有重要的影响，其贡献率达到90%，本文采用最大弯拉应变和弯曲劲度模量来评价薄层罩面混合料的低温性能，其中最大弯拉应变反映沥青混合料的变形能力，最大弯拉应变越大，表情低温抗裂小越好，弯曲劲度模量反映薄层罩面混合料的强度，模量越小，表示其低温性能越好。随着嵌段共聚物纳米复合改性剂掺量的增加，薄层罩面混合料的最大弯拉应变增大，弯曲劲度模量变小，说明改性剂掺量对薄层罩面混合料的低温性能具有重要影响，掺量越大，薄层罩面混合料的低温性能越好。

2.5 浸水飞散试验

三种高粘改性沥青成型的薄层罩面混合料浸水飞散试验结果可知，三种高粘改性沥青成型的薄层罩面混合料的浸水飞散损失均在20%以内，具有较好的水稳定性;随着嵌段共聚物纳米复合改性剂掺量的增加，薄层罩面混合料的浸水飞散损失降低，说明增加改性剂的掺量，可以有效提升薄层罩面混合料的水稳定性。

3 结论

（1）采用嵌段共聚物纳米复合改性剂制备的高粘改性沥青具有良好的高温流变性能和低温流变性能，改性剂掺量越大，高粘改性沥青的高温流变性能和低温流变性能越好。

（2）采用高粘改性沥青成型OGFC-10薄层罩面混合料，在不同掺量下其均具有较好的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性，且高粘改性剂的掺量越大，薄层罩面混合料表现出更好的路用性能。

（3）利用嵌段共聚物纳米复合改性剂制备高粘改性沥青并成型薄层罩面混合料具有较好的效果，用于路面预防性养护具有重要的意义，建议在已建成道路中推广使用高粘改性沥青及薄层罩面的应用，可以有效提升已建成道路的平整度、抗滑性能并改善行车舒适性等。

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