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摘要：沥青混合料是典型的粘弹塑性体,近年来,由于交通量的持续增加,重车比例的增多,使路面上承受着大量荷载的反复作用。在夏季高温季节,沥青混合料的强度和劲度随温度的升高大幅度降低,路面很容易产生永久性变形,大大降低路面的使用性能,影响行使车辆的安全,缩短沥青路面的使用寿命。目前,道路车辙问题已成为当今世界上沥青路面三大破损形式(疲劳、车辙、低温开裂)中最为突出的问题。本文分析了阻燃温拌SBS改性沥青混凝土耐久性试验内容。
关键词：阻燃温拌沥青混凝土；SBS改性； 耐久性试验；
SBS改性沥青是一种技术含量和附加值较高的新型优质筑路材料。其作用主要是通过把聚合物掺入道路沥青中而改善使用性能，从而能在延长路面寿命、降低噪声、提高行车舒适性和安全性等方面有显著提高。
一、SBS的新特性
SBS改性沥青属于混凝土调配的新式混合原材，材料拥有新的特性。详细来看，也就是在原有沥青之中增添一定比例的改性剂，将二者充分搅拌，做好调配。经过初期的调配可获得可用的混合料。SBS混合料具有一定的抗热性以及抗裂属性，同时承受车辙碾压的能力、黏合成效也有所增加。SBS提升了原材初始的弹性，即便内含裂痕也可快速自动闭合。从现有高速公路来看，SBS更适合城区内的主干路径、机场附带的跑道以及各区域高速路的建设。SBS改性沥青建造的路段能够实现长期运转，常态的修护也不必耗费更多资金，耐磨属性较强。然而，SBS应用时间偏晚，且受到多重的内外干扰，路面建造质量并不理想。若要做好施工质量控制，还应不断摸索并归纳新颖技术的要点。
二、阻燃温拌SBS改性沥青混凝土耐久性试验
1.原材料技术性能。一是沥青。沥青采用SBS改性沥青，其性能指标试验测试结果为: 针入度( 25 ℃，100 g，5 s( 0. 1 mm) ) 指数为5. 6 mm，延度( 5 cm/min，5 ℃) 为28 cm，软化点为78. 1 ℃，闪点319 ℃，135 ℃ 黏度为2. 68 Pa•s，密度( 25 ℃ ) 为1. 037 g/cm3，旋转薄膜烘箱老化后残留物质量变化为0. 1%，残留针入度比( 25 ℃) 88%，残留延度( 5 ℃) 63. 55 cm，各项指标均符合规范要求。二是集料与级配。表面层SBS 改性沥青混凝土AC －13 的粗集料为辉绿岩，分为两档规格: 10 ～15 mm，5 ～10 mm。细集料为石灰岩加工所得的石屑，规格为0 ～3 mm。三是阻燃剂。选用的阻燃剂类型为以适当的有机、无机阻燃剂组合后的白色复合型阻燃剂，作用机理为以磷、氮为主要活性组分，不含卤系，也不采用氧化锑为协效剂，将膨胀型阻燃剂添加至沥青后，沥青受热时表面能生成一层均匀的炭层泡沫层，此层隔热、隔氧、抑烟，并能防止沥青的融滴现象，故具有良好的阻燃性能。FRMAXTM 阻燃剂物化性质指标为: 密度为0.8 ～1.8 g/cm3，溶解温度＞130 ℃，有效含量＞85%。其添加量为沥青掺量的7%。四是温拌剂。选用的温拌剂是一种新型有机降粘型沥青温拌剂，降温机理为加入低熔点的聚烯烃类添加剂到沥青或者混合料中，温拌剂熔入沥青中起到润滑作用，降低了沥青的黏度，从而降低沥青混合料拌合温度。温拌剂性能指标测试结果为: 熔点为115 ℃，闪点为286 ℃， 135 ℃粘度( Pa•s) 为5. 47×10－3℃，密度为0. 9 g/cm3。其添加量为沥青掺量的3%。
2.耐久性试验。
（1）高温稳定性。沥青混合料属于粘弹性材料，在夏季高温条件下，沥青会软化呈流动的状态，从而导致沥青混合料稳定性下降，产生推移、搓板、泛油、拥包、车辙等现象，而车辙的产生会严重影响沥青路面的使用寿命和服务质量。沥青路面的高温稳定性主要是指沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。高温稳定性的问题主要就是表现在车辙，因此采用车辙试验方法，以动稳定度为指标来评价沥青混合料的高温稳定性能。用轮碾仪成型300 mm ×300 mm ×50 mm试样，试验温度为60℃，轮压为0. 7MPa。热拌SBS 改性沥青混凝土动稳定度次数略高于阻燃温拌SBS 改性沥青混凝土的动稳定度次数，但均符合规范中动稳定度＞2800次/mm 的要求。已有研究表明，沥青混凝土的高温稳定性影响影响因素有沥青性质、沥青用量、集料级配和空隙率，其中集料级配和空隙率是主要影响因素。本试验中沥青混凝土的集料级配一致，而且S温拌剂和阻燃剂对沥青混凝土的空隙率没有影响，所以总体上热拌沥青混凝土与阻燃温拌沥青混凝土的抗车辙性能相差不大。
（2）水稳定性。沥青路面水损坏主要包括两种过程: 一是水侵入到沥青中会使沥青的粘附性下降，引起混合料的强度与劲度下降;二是当水进入到沥青薄膜与集料间时，会阻碍沥青跟集料的粘结，因为集料的表面对水的吸附力比对沥青的吸附力要强，所以减少沥青跟集料的接触面，从而使得沥青从集料的表面剥落。因此以沥青混合料的物理力学性能下降的大小来表征沥青混合料的水稳定性。分别采用浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验来评价沥青混凝土的水稳定性。按照规范要求进行试验，试验结果如表1所示，其中RT1为未冻融组试件的劈裂强度值，RT2为冻融组试件的劈裂强度值，TSR =RT2 /RT1为冻融劈裂强度比。从试验结果可以看出，阻燃温拌SBS 改性沥青混凝土的残留稳定度和冻融劈裂强度比均略小于热拌SBS 改性沥青混凝土的，但是相差不大，且都满足规范中规定的残留稳定度≥85%、冻融劈裂强度比≥80%的要求。因此，试验结果说明添加温拌剂和FRMAXTM阻燃剂的沥青混凝土的水稳定性与热拌沥青混凝土的一致，这两种改性剂的掺加不会导致SBS 改性沥青混凝土水稳定性的明显下降。
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（3）低温抗裂性。沥青路面在冬季气温比较低的条件下会产生开裂，为了防止沥青路面的低温开裂，应保证沥青路面具有较高的低温抗弯拉强度与较大的低温弯曲变形能力。采用低温弯曲试验来评价沥青混凝土的低温抗裂性，根据试验规程，采用250mm×30 mm×35mm的小梁试件，温度为－10 ℃，在跨中单点加载速率为50mm/min。沥青混凝土的小梁试件在低温弯曲试验中破坏时弯拉应变越大，劲度模量就越小，道路就越不容易出现低温开裂。阻燃温拌SBS 改性沥青混凝土与热拌SBS改性沥青混凝土的最大弯拉应变均符合规范中规定的≥2600 的要求。但热拌SBS 改性沥青混凝土的弯拉应变略大于阻燃温拌SBS 改性沥青混凝土弯拉应变，说明阻燃温拌SBS 改性沥青混凝土的低温抗裂性略差于热拌SBS 改性沥青混凝土的低温抗裂性，其原因是: 沥青混凝土低温抗裂性能的主要影响因素是沥青的低温劲度，而沥青的黏度与温度敏感性是决定沥青劲度的主要因素。在SBS 改性沥青中掺入3%的温拌剂，然后进行沥青黏度试验，可以看出在高温区温拌剂对原样SBS 改性沥青有一定的降粘作用，而在低温区黏度反而比原样SBS 改性沥青增长，其结果会导致沥青在低温条件下变硬、变脆，从而会使阻燃温拌沥青混凝土的低温性能有所降低。
（4）劈裂疲劳性能。目前室内疲劳试验的方法主要有重复弯曲、直接拉伸、间接拉伸、简单弯曲、重复拉伸、室内轮辙、三轴拉压试验等方法，间接拉伸疲劳试验因其简单、参数能用于预测疲劳寿命而得到更多的应用。其主要原理是对规定尺寸的圆柱体试件在垂直的径向面内重复作用平行的压缩荷载，垂直荷载的方向会产生比较均布的拉伸压力，从而通过重复作用压应力的方式达到试件承受重复拉应力的效果。因此，采用63. 5 mm×100 mm圆柱体劈裂疲劳试验来对沥青混凝土进行疲劳性能研究。针对不同应力水平的敏感度越大，则疲劳曲线越是陡峭，说明了材料的疲劳寿命对应力水平的敏感程度越大。阻燃温拌SBS 改性沥青混凝土抗劈裂疲劳性能弱于普通热拌SBS 改性沥青沥青混凝土的抗劈裂疲劳性，且对应力的敏感度也大于后者。
3.阻燃温拌SBS 改性沥青混凝土的高温稳定性和水稳定性与普通热拌SBS 改性沥青混凝土的一致，但是其低温抗裂性能有一定程度的降低，这主要与温拌剂的影响有关。阻燃温拌SBS 改性沥青混凝土的抗劈裂疲劳性能弱于普通热拌SBS改性沥青混凝土
三、施工中的注意事项
1．改性沥青样品的运输与储存。为了确保设计的混凝土各项指标达到实施效果，除了从原材料来源控制外，还需从施工过程的质量控制方法上从严把关。
（1）改性沥青样品运输的控制。SBS 沥青在生产工厂装车温度必须保持在160℃以上，运到混凝土拌合场的温度不应低于140℃,运输车辆须在24小时内运到指定地点，并及时把沥青泵送到沥青储存罐中。
（2）改性沥青样品的储存控制。SBS 沥青的储存温度应保持在150℃左右，若温度低于所要求的储存温度，会导致SBS 沥青的粘度过大，从而使沥青罐的油管路堵塞。沥青热拌厂应尽量少储存SBS 沥青，做到随进随用，用时多存，不用时少存，存贮不得超过24h。当天的施工任务完成时，应尽量用完罐中的沥青，或者给沥青罐加满沥青，或把剩余的少量沥青抽到其它储存罐内，以减少沥青与空气接触的表面积，从而防止沥青老化。为保证SBS 改性沥青的均匀性，应在贮存罐顶部安装搅拌器，搅拌器宜每3 小时搅拌一次，搅拌时间每次20 分钟。
2.沥青混合料拌合、运输的控制。为保证沥青混合料的质量更稳定，沥青用量更准确，沥青混合料宜采用间隙式拌和机拌和。拌和必须均匀，只有SBS沥青改性剂完全分散在沥青中，才能充分发挥其效能，混合料应做到拌和后均匀一致，无细料和粗料分离及花白、结成团块的现象。由于SBS 改性沥青混合料的施工温度要求较高，拌合温度控制在160℃,运输车必须加盖篷布或其它保温材料，防止结合料表面结硬，为确保摊铺连续以及平整度大小符合技术规范要求，必须保证摊铺机前至少两辆车等待卸料，决不能出现摊铺机等车的现象。
3.沥青混凝土摊铺的控制。SBS 沥青混合料在摊铺时应尽量连续不断的施工，以减少摊铺机和压路机的停顿，应尽量减少橫缝，提高其面层平整度。为提高路面的平整度，表面层宜采用摊铺前后保持相同高差的雪橇式摊铺厚度控制方式。由于SBS 沥青粘度较大，粘附力强，部分摊铺机的后雪橇是胶 轮式结构，胶轮易粘附混凝土细颗粒，影响平整度，所以摊铺机后雪橇是胶轮式结构的必须改成钢滑靴式结构。摊铺速度应控制在2m/m，做到缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，禁止随意变换速度或中途停顿。
4.沥青混合料碾压的控制。对于密级配型混合料，其适宜的碾压温度范围是130℃－150℃，其最终碾压温度不低于110℃。SBS 沥青混合料的压实工艺按照 “紧跟、慢压、高频、低幅”的八字方针进行碾压，压路机必须紧跟摊铺机的后面，只有在高温条件下碾压才能取得更好的效果，压实速度控制在4－5km/h。碾压速度均衡，倒退时关闭振动，方向要逐渐地改变，不许拧着弯行走，对每一道碾压起点或终点可稍微扭弯碾压，消除碾压接头轮迹。决不允许在新铺沥青混凝土上转向、调头、左右移动位置。
由于沥青路面较水泥路面具有更为优良的综合路用性能，所以沥青路面在隧道中的应用将越来越广泛。但是在进行热拌沥青混凝土施工时，由于热拌沥青的施工温度比较高，在施工过程中会产生许多烟尘，所以为了降低能源消耗和废气粉尘的排放，保证环境质量和施工人员的身体健康，对阻燃温拌沥青混合料进行了高温、低温、水损害等试验，证明了其路用性能与普通热拌沥青混合料相比没有显著降低等，本文分析了阻燃温拌SBS改性沥青混凝土耐久性试验内容，为阻燃温拌沥青混凝土技术的推广提供依据。
参考文献
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论文作者:马丽
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/11
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