SBS改性沥青混合料低温性能研究

摘要：通过对70#基质沥青及4种不同SBS掺量的改性沥青进行BBR试验，并对5种沥青混合料进行TSRST试验，评价了SBS改性沥青混合料的低温性能。结果表明，与基质沥青的混合料相比SBS沥青混合料开裂时试件内部的温度应力没有明显增长；但是SBS沥青混合料试件的应力增长明显变得很缓慢，开裂温度明显降低，即低温性能得到了改善。

关键词：低温开裂；SBS改性沥青；BBR试验；TSRST试验

中图分类号：U414.03文献标志码：B

Abstract： The low temperature performance of SBS modified asphalt mixture was evaluated by means of BBR test and TSRST test on 70# base asphalt and four types of modified asphalt with different SBS amounts. The results show that comparing with base asphalt， temperature stress within the sample made of SBS modified asphalt does not increase too much when it cracks. Meanwhile， the increasing is very slow while the cracking temperature drops significantly， which means the low temperature performance has been improved.

Key words： low temperature cracking； SBS modified asphalt； BBR test； TSRST test

0引言

沥青是一种温度敏感性材料，在高寒地区容易产生较大的温度应力，导致沥青路面低温缩裂。如果采用高标号的基质沥青，可以在一定程度上降低沥青混合料的开裂温度，但是单纯增大基质沥青标号不能完全解决沥青路面在低温状况下的温度应力破坏，而且会对其高温性能产生影响。为了能彻底有效地解决沥青路面结构在冬季的低温开裂问题，而又不至使路面夏季出现高温车辙，本文从SBS改性沥青技术着手研究其混合料的低温性能[1]。

1研究方案的确定

本文首先在基质沥青中掺入不同比例的轻质油及SBS，研究其低温性能；其次，对SBS沥青混合料低温性能进行研究，确定两者之间的关联性。

常规的沥青检测指标（如针入度、低温延度等）很难评价沥青的低温性能，而BBR试验测得的极限劲度模量S及蠕变速率m可以较好地反映沥青材料的低温抗裂性能。若沥青的劲度模量S太大，则呈现脆性，路面容易开裂破坏，而表征沥青劲度随时间的变化率m值较大；当温度下降使路面产生收缩时，结合料的响应如同劲度减小，导致材料中的拉应力减小，低温开裂的可能性也减小。所以，本次试验先检测沥青的常规指标，再对其进行BBR试验。

SBS沥青混合料低温应力的评测主要是看温度以恒定速率下降时其内部产生的拉应力变化，所以采用TSRST试验系统。沥青混合料在温度逐渐下降、位移受到限制的情况下内部拉应力会越来越大，直到产生断裂破坏。试件内部的应力发生急剧下降时表明试件发生了断裂，当试件内部的应力减小到整个试验过程中产生最大应力的一半时，即认定为试件发生了破坏。因为应力的突然减小表明试件已经发生位移，通过位移变形抵消试件内部产生的应力；而试件两端是固定的，发生位移即说明试件本身因为强度不足产生了开裂，然后通过自身收缩产生位移[23]。

2材料性质及组成

SBS沥青采用较为常见的ESSO70#基质沥青配制而成，其主要指标见表1； SBS沥青混合料的合成级配如表2所示；本次配合比设计取51%为最佳油石比。

通过对PAV老化后的这几种SBS沥青材料进行BBR试验，研究不同SBS沥青对于沥青低温性能的影响，具体试验结果如表5所示。

分析表5可以得到：添加SBS可以有效改善沥青材料的低温抗裂性；当SBS掺量足够高时，沥青胶结料的低温性能会变得相当可观，在-36 ℃以下的气温条件下仍能满足低温使用性能，满足中国极寒地区道路使用要求。

4SBS沥青混合料低温性能评价

4.1SBS沥青混合料开裂温度研究

开裂温度是沥青混合料在低温条件下抗裂性能的重要评价指标，所以本文选用TSRST方法测定SBS沥青混合料的低温开裂温度，TSRST检测结果的可信度较高，且样本变化幅度不大， 具体试验结果如表6所示。

从表6可以看出：在其他条件相同的情况下，提高SBS掺量可以充分改善沥青混合料的低温性能，高SBS掺量的沥青混合料开裂温度可以达到-40 ℃以下，对于中国的极寒地区，冬季路面最低气温在-40 ℃左右，当SBS掺量达到7%的时候基本就可以保障路面的使用性能[810]。

4.2SBS沥青混合料在降温过程中温度应力变化研究

在TSRST试验过程中，确定了SBS沥青材料的低温开裂温度，现在进一步对整个试验过程中试件内部的应力变化状况进行研究。图1反映了不同掺量SBS沥青混合料在TSRST试验过程中试件内部温度应力的变化过程。

从图1混合料试件内部温度应力随温度变化的规律可以发现： 70#基质沥青混合料与不同掺量的SBS沥青混合料在开裂时试件内部的温度应力相差不大，但是 SBS沥青混合料试件的开裂温度降低了很多，即低温性能得到了很大的改善。这说明SBS材料改善了沥青混合料试件低温条件下的韧性，降低了低温状态下沥青混合料试件的模量，而不是增大了混合料试件的抗拉强度。在降温的开始阶段，即温度还较高的时候，试件内部的温度应力增加较缓慢，等降温到达一定程度时，试件内部的温度应力呈线性增加，基质沥青转化点温度在-22 ℃左右，而SBS沥青混合料转化点温度在-36 ℃甚至更低，说明SBS沥青混合料在低温条件下比基质沥青混合料的粘弹性转化点更低。

5结语

（1） SBS材料改善了沥青混合料试件低温条件下的韧性，降低了低温状态下沥青混合料试件的模量，但对沥青混合料的抗拉强度没有明显改善。

（2） 沥青混合料在降温过程中存在弹塑性转化点，即温度下降到一定程度后，沥青混合料可以被视作脆性材料，不同沥青材料的这一转化点不同，SBS沥青混合料转化点的温度要比基质沥青混合料低一些，为-36 ℃左右。

（3） SBS改性沥青混合料在低温状态下有着较低的模量，而且其内部的应力增长很缓慢的，其在低温条件下也有较好的耐疲劳性能。

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