SAR沥青改性剂在SMA-13上面层中的应用研究

SAR沥青改性剂在SMA-13上面层中的应用研究

作者：赵希茂 张峰

来源：《科技视界》2012年第23期

0 前言

目前，越来越多的高等级路面使用SMA类型的混合料作为上面层。由于SMA特殊的材料、工艺和性能要求，一般使用改性沥青作为粘结剂，使用强度较高的花岗岩作为集料，较大的油石比还要求添加纤维，另外还需要较高的拌合温度。一系列的苛刻条件使得SMA类型的混合料成本较高和施工工艺难度较大。因此降低SMA路面的施工成本对路面建设大有裨益。 应用在SMA中的改性剂种类很多，诸如SBS、Sasobit、橡胶粉等，虽然已有许多类型的改性沥青应用于工程中，但材料固有的缺点让建设者们不得不考虑成本问题，如SBS路面成本高昂、橡胶改性沥青严重污染环境、Sasobit改性沥青性能较差等。

基于以上问题，本文利用高等级沥青路面SMA-13作为研究载体，对比研究基质沥青和SAR改性沥青对SMA-13性能的影响，对能够降低施工温度的SAR改性剂进行相关探索研究。

1 SAR改性沥青性能分析 1.1 SAR改性机理

SAR沥青改性剂是窄分布的合成饱和碳氢化合物的混合物，是一种长链脂肪烃，工业成品为白色无味的小颗粒，熔点约110℃，不溶于水，可完全熔融于120℃以上的沥青中。SAR改性沥青温度高于SAR熔点温度时，SAR改性剂能降低沥青高温时的粘度，使施工温度降低15℃～30℃；在温度低于熔点时，能在沥青中形成网状的晶格结构， 增加沥青的稠度、软化点、针入度指数等指标，提高沥青的高温特性和在使用温度范围内的抗车辙性能。所以，SAR沥青改性剂的应用，可使沥青混合料能在相对较低的温度下进行拌和及施工，同时保持其不低于热拌沥青混合料使用性能。 1.2 SAR改性沥青性能

基质沥青采用南京金陵石化的70#重交沥青。SAR改性剂掺量为基质沥青质量的4%。 改性工艺：将基质沥青加热至140℃～150℃，加入SAR改性剂搅拌30min～60min，直至其全部熔融于沥青中。

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SAR改性沥青的性能如表1所示。 表1 SAR改性沥青和基质沥青性能 由表1试验数据可知：

（1）高温稳定性提高，SAR改性沥青针入度降低，软化点提高了40℃，提高幅度为82.5%；

（2）SAR与沥青相容性较好； （3）SAR改性沥青的抗老化性能较好。 2 SAR改性沥青混合料路用性能分析 2.1 沥青混合料的组成设计 2.1.1 原材料

基质沥青采用南京金陵石化的70#重交沥青。SAR改性剂掺量为基质沥青质量的4%。集料为级配花岗岩碎石和机制砂；填料为石灰岩矿粉。另外沥青混合料掺加0.4%（沥青质量）的抗剥落剂和0.4%（沥青混合料质量）的木质素纤维。 2.1.2 配合比设计

按照施工技术规范JTG F40-2004规定范围的掺加各档集料，调出SMA-13集料级配，使级配曲线接近规范要求的中值。级配曲线如图1所示。 图1 SMA-13级配曲线

经试验验证，最佳油石比为6.2%。 2.1.3 试件成型

添加SAR改性剂的SMA-13对温度要求较低，所用集料加热温度在160℃左右，把集料、木质素纤维和SAR改性沥青投入拌和锅中搅拌不少于60s，之后加入矿粉拌合不少于90s。按照标准马歇尔试件成型。SAR改性沥青混合料马歇尔试件成型温度控制在130℃～135℃，试件成型采用双面击实50次。SAR改性沥青混合料车辙试件成型温度控制在120℃～1125℃。 2.2 SAR改性沥青混合料性能分析

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根据规范，沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-13的性能评价试验有马歇尔试验、车辙试验、肯塔堡飞散试验、谢伦堡析漏试验、冻融劈裂试验等。

采用基质沥青和SAR改性沥青的SMA-13的沥青混合料试验数据如表2所示。 由表2可知： （1）马歇尔稳定度

马歇尔稳定度和流值试验用于测定高温浸水条件下，沥青混合料试件的破坏荷载和抗变形能力。在我国沥青路面工程中，马歇尔稳定度和流值既是沥青混合料配合比设计主要指标，也是沥青路面施工质量控制的重要试验项目。 表2 两种类型沥青混合料性能比较

SAR改性沥青混合料的马歇尔稳定度为8.95kN，高于基质沥青混合料26%；SAR改性沥青混合料的流值较基质沥青混合料低27%。马歇尔稳定度和流值数据说明SAR改性沥青比基质沥青具有较好的抗变形能力和较高的破坏荷载。 （2）动稳定度

车辙试验是模拟车辆轮胎在路面上滚动形成车辙的试验方法，试验结果直观，与实际公路上沥青路面车辙深度有着较好的相关性。车辙试验的结果动稳定度反映了沥青路面的抗车辙能力，动稳定度越大，沥青混合料的抗车辙能力越强。

SAR改性沥青混合料的动稳定度高于规范要求，比基质沥青混合料的动稳定度提高了45%，抗车辙能力有较大幅度提高。 （3）水稳定性

浸水马歇尔残留稳定度比和冻融劈裂残留强度比是沥青混合料抗水损害性能的重要指标。前者表征经过高温浸水后沥青混合料的稳定性，后者表征经过低温和高温冻融循环之后沥青混合料的抗拉强度比。SAR改性沥青混合料的这两项残留比值较基质沥青均提高3%左右。 （4）空隙率

在同样拌合温度条件下，基质沥青和SAR改性沥青混合料的空隙率均符合规范要求，说明SAR有效降低了SMA-13的拌合温度。

另外，针对SMA类型的沥青混合料，谢伦堡析漏和肯塔堡飞散试验考查富余沥青和集料的粘结性能。试验数据说明SAR改性沥青的这两项性能均符合国家规范。

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3 施工应用范围及注意事项 3.1 应用范围

SAR改性剂同时具有提高沥青混合料抗车辙能力和温拌剂作用，从工程实践来看，SAR改性沥青混合料主要应用范围如下。

3.1.1 对碳排放及有害气体排放限制严格、节能环保要求高的重点区域工程项目，如风景名胜区，城市道路。

3.1.2 对路面高温性能要求高的路段，如处在夏炎热区的道路、重交通量路段等。 3.1.3 封闭区域范围施工对人体危害较大的路面项目，如隧道沥青路面铺装、室内停车场施工。

3.1.4 低温季节以及寒冷地区等需要延长沥青路面施工季节的项目，如高海拔、高严寒地区。

3.1.5 改性沥青高温粘度较大、超薄沥青罩面降温较快等导致压实困难的沥青路面。 3.1.6 沥青路面再生路段，防止回收沥青再次老化的项目。 3.2 施工注意事项

3.2.1 当沥青采用普通道路石油沥青（非聚合物改性沥青）时，其拌合、压实等施工温度可比正常的施工温度低约15℃～25℃。

3.2.2 当沥青采用聚合物改性沥青时，其拌和、压实等施工温度可以比正常的施工温度低约8℃～15℃，比使用聚合物改性沥青时低20℃～45℃。

3.2.3 具体的施工温度还与气温、运距等有关。当气温较低时，则应适当提高施工温度，同时运输过程中采取保温措施。 4 结论

4.1 SAR沥青改性剂能够显著降低沥青混合料的施工温度，降低幅度为15℃～40℃。 4.2 SAR改性沥青与酸性集料具有良好的粘结性，能够有效提高沥青路面的抗水损害性能。

4.3 SAR改性剂能够提高沥青路面的高温稳定性。

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4.4 SAR改性沥青改性工艺简单易行，能够有效节约成本，是环保节约型材料，能够广泛应用于对环保要求条件较高的道路。 【参考文献】

［１］中华人民共和国交通运输部.JTG F40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社，2004.

［２］沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社，2003. ［3］李祝龙,丁小军,赵述曾.沥青混合料应用中的环境保护[J].交通运输工程学报,2004,4(4):1-4．

［4］李宁利,李铁虎,陈华鑫.改性沥青混合料的拌和与压实温度[J].中国公路学报,2007,20(2):40-44．