湖沥青改性沥青作用机理及混合料性能研究

[摘 要]随着高速公路网的形成和国家经济的飞速发展，道路交通量与日俱增，且超限超载车的比例增加较快，沥青路面的松散、坑槽、开裂和车辙等病害日趋严重。特立尼达湖沥青（Trinidad Lake Asphalt，简称湖沥青）中含有地沥青和灰分，由于独特的优异性质，已经得到广泛的应用。但对地沥青和灰分的作用，特别是灰分的特殊作用还没有得到充分认识，且针对湖沥青在中国南方地区的应用还没有建立相应沥青和混合料的评价指标和标准。为此，文章研究了湖沥青改性沥青机理以及灰分对湖沥青改性沥青性能的影响。

[关键词]湖沥青；沥青混合料；改性机理；掺加工艺

中图分类号：U41

1.聚合物改性沥青改性机理

目前常用的改性沥青大部分是聚合物改性沥青，对聚合物改性沥青的微观结构研究表明，其改性机理主要包括相容改性、溶胀网络改性、胶体结构变化改性和增强作用改性。

1.1相容改性

由于沥青与聚合物在相对分子量、化学结构上的差异，属于热力学相容性差的体系，体系中不同组分相界面上的相互作用，使沥青的性能得到改善。聚合物在沥青中溶胀和分散是一个动态平衡过程。好的相容性是改性沥青的首要条件，也是降低沥青材料温度敏感性的先决条件。

1.2溶胀网络改性

对 SBS 改性沥青的研究表明，存在于沥青中改进剂 SBS 的丁二烯段（PB）被轻组分所溶胀，聚苯乙烯段（PS）保持不变，随着 SBS 含量的增加，改性体系会发生相反转，从以沥青为连续相转变为以聚合物为连续相。由于嵌段弹性体中聚苯乙烯内聚能密度较大，故其两端分别与其他的聚苯乙烯聚集在一起，形成球状物（即微区）作为物理交联点分散在聚合物连续相中。网格之间强烈的相互作用限制了沥青质点之间的位移和沥青胶体的流动，提高了沥青的内聚力和柔韧性，沥青的弹性和粘度大幅提高。

1.3胶体结构变化改性

聚合物的加入能吸附沥青中的某些组分，沥青中与改进剂结构相似的轻组分（主要是油蜡）经过渗透、扩散进入聚合物网络，是聚合物溶胀，从而有效地降低游离蜡含量，组分的变化使得高蜡含量的沥青从溶胶结构转变为溶-凝胶结构，感温性能显著提高，沥青的其他性能也得到改善。

1.4增强作用改性

聚合物粒子在改性沥青体系中起着增强的作用：聚合物粒子体积小，数量多，在低温时它们与基质沥青的模量不同，可产生高度的应力集中，诱发大量的银纹和剪切带，银纹和剪切带的产生和发展会消耗大量的能量，因此可以提高沥青的抗冲击强度和可塑性；而较大的聚合物粒子能防止单个银纹的生长和断裂，使其不至于很快发展为破坏性裂纹，从而改善沥青的低温柔韧性，从这种意义上说聚合物是沥青的增韧剂。

2.灰分对湖沥青改性沥青混合料级配的影响

2.1试验方案

试验方案的设计主要考虑以下几个方面的因素：

（1） 湖沥青的掺加工艺。湖沥青的掺加工艺、掺量对湖沥青改性沥青混合料性能的影响最大，其次是级配。其中，湖沥青的掺加工艺对沥青混合料试验结果的稳定性影响最为显著，即采用传统的湿法工艺的试验结果变异系数大，基本不能满足试验规程允许的偏差范围，因此，在该部分的研究中采用干法工艺掺加湖沥青。

（2） 级配确定。级配是影响湖沥青改性沥青混合料的重要因素之一，本部分选择三个级配中差异较大的两个级配，即级配 2、级配3。

（3） 沥青选择。基质沥青选择 SK70基质沥青。

（4） 湖沥青掺量。根据工程实践中湖沥青的常用掺量约为33%的经验，在该部分主要考虑 25%、33%两个湖沥青掺量。

（5） 灰分考虑情况。在混合料中对灰分主要考虑两种情况，一是作为外加剂不考虑其对级配的影响，一是考虑其对混合料级配的影响。

（6） 沥青混合料性能。考虑到我国南方地区的具体条件，该部分主要对湖沥青改性沥青混合料车辙试验的动稳定度以及冻融劈裂试验的残留强度比进行试验分析。

3.结语

综合以上车辙试验结果的分析，在同时考虑高温性能与水稳定性能的条件下，在湖沥青改性沥青混合料的设计中应将湖沥青中的灰分作为外加剂考虑，不考虑其对沥青混合料级配的影响。

参考文献

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[2] 查旭东，王玮，徐进.灰分沉淀离析对湖沥青改性沥青性能的影响[J].长沙理工大学学报（自然科学版）， 20096（2）： 1-6.