摘要：SBS改性瀝青疲勞特性會受到多方面因素影響，如基質(zhì)瀝青、改性劑類型，以及改性劑摻量。基于此，結(jié)合高速公路工程實(shí)例，有針對性地開展了SBS改性瀝青疲勞特性影響試驗，由此明確了SBS改性瀝青疲勞特性影響因素，基質(zhì)瀝青影響因素、改性劑類型影響因素、改性劑摻量影響因素，望能為日后瀝青試驗工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：SBS改性瀝青；疲勞特性；損失攪拌模量

0 引言 

本文以某高速公路工程作為研究對象，工程全長26.3km，采用SBS改性瀝青混凝土結(jié)構(gòu)作為上下層。為優(yōu)化工程設(shè)計，本文開展了具有針對性的SBS改性瀝青疲勞特性影響試驗。

1 SBS改性瀝青疲勞特性影響試驗

1.1 試驗材料

研究采用 5 種基質(zhì)瀝青，包括埃索 70#、昆侖 90#、鎮(zhèn)海90#、shell90#、SK90#，PG分級和組分比例如表1所示[1]。

試驗選擇 5 種 SBS 改性劑，包括 YH791、4303、1320－115、T161B、道改2#，其中YH791和1320－115屬于線型改性劑，其余為星型改性劑；添加劑采用無機(jī)類穩(wěn)定劑和增溶劑。

1.2 試驗設(shè)計

為研究SBS改性瀝青疲勞特性影響因素，采用SBS改性劑、基質(zhì)瀝青、SBS改性劑摻量各5種開展試驗，試驗設(shè)計選擇3因素5水平正交法，具體試驗安排如表2所示。

1.3 制備改性瀝青

在SBS改性劑為線性時，制備改性瀝青需要首先加熱基質(zhì)瀝青至180℃，隨后加入增溶劑，本文研究選擇高芳烴油作為增溶劑，同時加入SBS改性劑，開展45min的攪拌，速度為5 500rad/ min，隨后加入穩(wěn)定劑并開展5min攪拌，最后在烘箱中進(jìn)行 120min的溶脹，烘箱溫度設(shè)置為170℃。在SBS改性劑為星型時，制備改性瀝青需要首先加熱基質(zhì)瀝青至190℃，隨后加入增溶劑和SBS改性劑，開展60min的攪拌，速度為6 500rad/min，隨后加入穩(wěn)定劑并開展5min攪拌，最后在烘箱中進(jìn)行120min的溶脹，烘箱溫度設(shè)置為170℃。考慮到路面服務(wù)期的后期會發(fā)生瀝青路面疲勞開裂，此時瀝青老化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，因此在SBS 改性瀝青疲勞特性影響試驗過程中，需開展短期老化試驗，以此結(jié)合改性瀝青試樣對施工過程中瀝青的老化進(jìn)行模擬，隨后開展的壓力老化試驗需在100℃、2.2MPa條件下進(jìn)行，以此得到的瀝青試樣擁有接近使用5年后的瀝青路面性能，由此可圍繞瀝青試樣開展疲勞性能測試[2]。

1.4 疲勞性能測試

采用動態(tài)攪拌流變儀開展SBS瀝青疲勞性能測試，具體型號為 HR-1，由美國 TA 公司生產(chǎn)，以此對 25℃的試件，利用10rad/s的攪拌速率，開展疲勞因子測試。

2 SBS改性瀝青疲勞特性影響因素分析

2.1 試驗結(jié)果

基于上文論述開展針對性的SBS改性瀝青疲勞特性影響試驗，可得到SBS改性瀝青疲勞特性影響試驗結(jié)果。基于試驗結(jié)果開展分析可以發(fā)現(xiàn)，通過對SBS改性瀝青的復(fù)數(shù)攪拌模量、相位角、疲勞因子開展針對性分析，可發(fā)現(xiàn)相關(guān)系數(shù)最大的為基質(zhì)瀝青，屬于最為主要的影響指標(biāo)，同時改性劑類型對疲勞因子和復(fù)數(shù)攪拌模量的影響較小，改性劑摻量對疲勞因子和復(fù)數(shù)攪拌模量的影響最小，由此即可明確SBS改性瀝青疲勞特性影響因素。為更深入了解各因素帶來的影響，還需進(jìn)一步開展改性劑類型、基質(zhì)瀝青類型、改性劑摻量對SBS改性瀝青疲勞因子影響規(guī)律的研究[3]。

2.2 基質(zhì)瀝青影響分析

    圖1為基質(zhì)瀝青影響示意圖，結(jié)合圖1進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，改性瀝青間疲勞因子會受到不同基質(zhì)瀝青帶來的較大影響，影響最大的為埃索70#和SHELL90#，兩種基質(zhì)瀝青帶來的損失模量最大，影響最小的為 SK90#基質(zhì)瀝青。結(jié)合表 1 中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，復(fù)數(shù)攪拌模量會直接決定疲勞因子值，這是由于復(fù)數(shù)攪拌模量屬于應(yīng)力與應(yīng)變的比值，能夠?qū)崿F(xiàn)對材料抵抗變形能力的直觀反映。瀝青的勁度在相同測試條件下主要受到其組成成分帶來的直接影響，在含量越大的瀝青質(zhì)、含量越少的輕質(zhì)組分影響下，瀝青存在越大的勁度模量。基于短期老化及壓力老化處理后得到的試樣開展瀝青疲勞性能測試，芳香分在老化過程中會向膠質(zhì)、瀝青質(zhì)不斷轉(zhuǎn)化。分析基質(zhì)瀝青可以安心，瀝青質(zhì)的含量與改性瀝青抵抗攪拌變形能力密切相關(guān)，組分間的遷移量也會對改性瀝青抵抗攪拌變形能力帶來深遠(yuǎn)影響。基于瀝青損失模量開展分析，應(yīng)選擇膠體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、瀝青質(zhì)含量小的基質(zhì)瀝青用于案例高速公路工程施工，如基質(zhì)瀝青選擇SK90#。

2.3 改性劑類型影響分析

圖2為改性劑類型影響示意圖，結(jié)合圖2開展針對性分析可以發(fā)現(xiàn)，在改性劑摻量和基質(zhì)瀝青類型相同情況下，瀝青抵抗疲勞開裂性能會受到不同改性劑帶來的直接影響，除道改2#改性劑，星型改性劑在改性瀝青制備中存在較低的疲勞因子，線性改性劑在改性瀝青制備中存在較高的疲勞因子。圍繞試樣制備過程進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，在熱熔的瀝青中道改2#改性劑很容易出現(xiàn)絮凝和聚合等現(xiàn)象，因此采用該改性劑制備的改性瀝青存在最高的疲勞因子。綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，星型改性劑與基質(zhì)瀝青能夠相容時，相比于線性改性劑，星型改性劑的應(yīng)用可降低改性瀝青疲勞因子。

2.4 改性劑摻量影響分析

圖3為改性劑摻量影響示意圖，結(jié)合圖3開展針對性分析可以發(fā)現(xiàn)，改性劑摻量對改性瀝青疲勞因子帶來的影響較為深遠(yuǎn)，這種影響存在規(guī)律遞減趨勢，改性劑摻量增加會降低改性瀝青疲勞因子。作為丁二烯與苯乙烯的嵌段共聚物，SBS改性劑在常溫下高彈的軟段和高強(qiáng)的硬段共同作用，瀝青的恢復(fù)和變形特性能夠由此改變，瀝青對各種損傷的抵抗能力在改性劑使用后可顯著提高，瀝青抵抗疲勞能力也能隨之提升。圍繞對高分子聚合物疲勞性能造成直接影響的因素進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，承受相同方向外力作用的高分子材料存在分子取向現(xiàn)象，材料抵抗疲勞能力可通過這種取向提升。作為瀝青和聚合物的復(fù)雜混合物，SBS改性瀝青與高分子聚合物規(guī)律較為相似，因此不斷增加的改性劑摻量會導(dǎo)致出現(xiàn)更為明顯的分子取向作用，這種情況下自然會出現(xiàn)降低的改性瀝青疲勞因子，瀝青路面受此影響存在更強(qiáng)的抗疲勞開裂能力。

2.5 相關(guān)討論

結(jié)合上文分析可以發(fā)現(xiàn)，影響改性瀝青疲勞因子的最主要因素為基質(zhì)瀝青，膠體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、擁有較小瀝青質(zhì)含量的基質(zhì)瀝青能夠提升改性瀝青抗疲勞開裂性能；改性瀝青疲勞因子會受到改性劑類型帶來的一定影響，相比于線型改性劑，星型改性劑能夠更好地提升改性瀝青抗疲勞開裂性能；改性瀝青疲勞因子受到的改性劑摻量影響相對較小，改性劑摻量增加能夠不斷提升改性瀝青抗疲勞開裂性能。

3 結(jié)語

綜上所述，多方面因素均會影響 SBS 改性瀝青疲勞特性。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的基質(zhì)瀝青影響分析、改性劑類型影響分析、改性劑摻量影響分析等內(nèi)容，則直觀展示了 SBS 改性瀝青疲勞特性受到的各方面影響因素。因此提升 SBS 改性瀝青的抗疲勞開裂能力，各類新型材料、新型技術(shù)、新型設(shè)備的更新?lián)Q代必須得到重視。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊侶珍，張允寶.老化CR/SBS復(fù)合改性瀝青混合料彎曲疲勞特性試驗研究[J].中外公路，2020（4）：311-318.

[2] 王淋，郭乃勝，溫彥凱.考慮老化影響的巖瀝青復(fù)合改性瀝青流變特性及微觀機(jī)制[J].材料導(dǎo)報，2020（8）：18065-18073.

[3] 常志慧.低生熱復(fù)合改性瀝青流變行為及疲勞特性研究[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2020.