基于对改性沥青工艺对沥青混合料性能影响的探讨论文_石路

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摘要:改性沥青由于其良好的高、低温性能及较低的温度敏感性,广泛应用于高等级公路沥青路面施工中。改性沥青作为结合料在热拌沥青混合料中经过两次高温老化作用:改性过程以及拌合过程,改性过程中的改性工艺对沥青结合料性能影响显著。拌合过程中由于高温集料的研磨作用,一方面提高了改性剂分子与沥青结合,另一方面加速沥青老化。本文通过调节改性工艺获得不同性能改性沥青进行沥青混合料性能试验,由混合料耐高温、低温和水稳定性能选择合适的改性工艺。合理利用拌合过程中集料的高温研磨作用,对降低改性过程中能耗,节约能源有积极的作用。

关键词:改性工艺;沥青混合料;剪切时间;剪切温度

引言

由于改性沥青具有优良的技术指标,国内外工程建设普遍采用改性沥青作为路面结合料以提高道路使用性能及寿命。很多研究报告指出改性温度、剪切时间、养育时间等改性工艺对改性沥青的技术性能影响最深。改性工艺直接影响沥青技术性能,但是否影响沥青混合料的使用性能还不能确言。混合料拌合摊铺碾压成道路的过程中,沥青结合料经历高温、集料研磨、振动碾压等过程,均有利于改性剂与沥青相容。目前在改变剪切温度、剪切时间状况下,探讨一下沥青混合料的使用性能情况。

1 原材料及试验方法

原材料采用A 级90# 盘锦基质沥青,星型SBS改性剂4303,集料取自某碎石厂。原材料检验均符合JTG F40 - 2004《公路沥青路面施工技术规范》要求,基质沥青性能指标见表1。

工艺一:分别将沥青加热至160℃、180℃、200℃,加入SBS 改性剂剪切30min;

工艺二:将沥青加热至180℃,加入改性剂后剪切15、30、60min。

通过两种工艺得到五种SBS 改性沥青,分别记作m160 ~ 30、m180 ~ 30、m200 ~ 30、m180 ~ 15 和m180 ~60。利用此五种改性沥青以及基质沥青作为结合料制作沥青混合料试件并进行混合料性能试验。

2 结果与分析

2.1 改性沥青性能指标经过两种工艺改性后得到五种性能指标迥异的改性沥青,其指标见表2。

根据试验数据可知,随着剪切温度的提高,沥青与改性剂之间相容性逐渐提高,改性剂吸收沥青中的轻质油份发生溶胀作用,具体表现在5℃延度和软化点持续提高。由于在200℃ 高温下沥青老化作用加速,延度在180℃ ~ 200℃区间的增幅小于160℃ ~180℃区间;而软化点在180℃ ~ 200℃ 区间的增幅大于160℃ ~ 180℃区间。随着剪切时间的延长,沥青与改性剂之间有充裕的时间进行化学反应,而非单纯物理作用下的分散机理,但是沥青老化状况也在加剧。5℃延度和软化点持续提高,延度在30 ~ 60m 区间的增幅小于15 ~ 30m 区间,针入度在30 ~ 60m 区间降低加速。

2.2 剪切温度对混合料性能影响

采用m160 ~ 30、m180 ~ 30、m200 ~ 30 三种改性沥青以及基质沥青作为结合料,采取相同的工程级配进行沥青混合料性能试验。本文分别进行了混合料的耐高温、低温以及水稳性能试验,数据见表3。

基质沥青改性后性能得到大幅改善,以之作为结合料的沥青混合料水稳定性能也大幅提高。以改性沥青为结合料的混合料稳定度、浸水稳定度、残留稳定度比、劈裂强度比等均大于同等条件下以基质沥青为结合料的混合料。随着改性工艺中剪切温度的提高,在160℃ ~ 180℃区间混合料水稳定性能稳步提高,这是由于剪切温度的提高加快沥青分子间热运动,提高改性剂分子溶胀作用,沥青延度等改善明显,提高混合料的水稳定性;180℃ ~200℃区间沥青老化严重,虽然改性剂分子能够很好融入沥青中,但经历混合料拌合的二次加热,其性能指标有所降低。在160℃ ~ 180℃区间混合料稳定度、劈裂强度比等变化不大,说明经过混合料拌合的二次加热作用能够继续维持沥青改性过程。较之基质沥青混合料,改性沥青混合料的耐高温和低温性能增幅十分明显。这是由于改性剂分子均匀分散并与沥青清油质相容,改善了沥青性能。但随着剪切温度的提高和混合料二次加热作用,混合料耐高温和低温性能降低。沥青混合料动稳定度下降平缓,说明提高剪切温度对沥青混合料耐高温性能影响较小;但在抗低温性能方面,最大弯拉应变在180℃ ~ 200℃ 区间下降幅度远远大于160℃ ~ 180℃区间上升幅度,说明沥青改性过程中,沥青老化对沥青混合料的耐低温性能影响显著。

2.3 剪切时间对混合料性能影响

采用m180 ~ 15、m180 ~ 30、m180 ~ 60 三种改性沥青以及基质沥青作为结合料进行了混合料的耐高温、低温以及水稳性能试验,数据见表4。

在相同剪切温度下,随着剪切时间的延长,改性剂与沥青间由物理融合逐步转向化学融合,沥青性能缓慢增强并趋向稳定状态。但由于高温对沥青的老化影响,沥青性能会随着剪切时间的延长而降低,其行为在初期并不明显,后期呈主导作用。对沥青混合料而言,由于存在混合料高温拌合二次老化作用,随着剪切时间的延长,稳定度先增大后减小。在15 ~ 30m 内稳定度提升幅度并不明显,反而在30 ~60m 时稳定度降低19. 4%,下降幅度迅速;浸水后稳定度在30 ~ 60m 时降低23.0%,这说明两次高温老化作用对沥青性能影响明显。马歇尔试件冻融前劈裂强度在15 ~ 30m 和30 ~ 60m 时分别升高和降低了23. 4% 和33. 6%,冻融后则为25. 3% 和40. 4%,同样说明剪切时间过长对沥青以及沥青混合料性能造成不良影响。剪切时间的延长,对沥青混合料耐低温性能影响显著。由图5 得知,在15 ~ 30m 区间内,小梁试件最大弯拉应变平稳上升,也说明改性剂分子与沥青分子正在进行化学反应;在30 ~ 60m 时最大弯拉应变骤然降低,其下降幅度明显。这说明沥青变硬变脆,老化严重,耐低温性能低。沥青混合料动稳定度在15 ~ 60m 区间内先增大后减小,波动幅度不明显。这说明剪切时间对沥青混合料的耐高温性能影响较低。

3 结论

(1)改性工艺对改性沥青性能影响显著,进而影响沥青混合料的使用性能。(2)对沥青改性时,剪切温度和剪切时间对以其作为结合料的沥青混合料水稳定性能和耐低温性能影响较大。对SBS 改性剂而言,剪切温度选择在160℃ ~ 180℃、剪切时间控制在15 ~ 30m 较好。(3)对沥青改性时,剪切温度和剪切时间对以其作为结合料的沥青混合料耐高温性能影响较小。

参考文献:

[1]付海英. 加工工艺对改性沥青的性能影响[J]. 交通科技,2005,201(2):97 - 100.

[2]王涛. 剪切工艺条件对SBS 改性沥青性质的影响[J]. 石油炼制与化工,2009,40(1):26- 29.

[3]陈华鑫. SBS 改性沥青路用性能与机理研究[D]. 西安:长安大学,2006.31

论文作者:石路

论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期

论文发表时间:2018/6/19

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