2022-03-22
 
SBS改性沥青疲劳特性影响因素研究
2022年03月22日   阅读量:107495

摘要:SBS改性沥青疲劳特性会受到多方面因素影响,如基质沥青、改性剂类型,以及改性剂掺量。基于此,结合高速公路工程实例,有针对性地开展了SBS改性沥青疲劳特性影响试验,由此明确了SBS改性沥青疲劳特性影响因素,基质沥青影响因素、改性剂类型影响因素、改性剂掺量影响因素,望能为日后沥青试验工作提供借鉴。


关键词:SBS改性沥青;疲劳特性;损失搅拌模量


0 引言 


本文以某高速公路工程作为研究对象,工程全长26.3km,采用SBS改性沥青混凝土结构作为上下层沥青网sinoasphalt.com。为优化工程设计,本文开展了具有针对性的SBS改性沥青疲劳特性影响试验。


1 SBS改性沥青疲劳特性影响试验


1.1 试验材料

研究采用 5 种基质沥青,包括埃索 70#、昆仑 90#、镇海90#、shell90#、SK90#,PG分级和组分比例如表1所示[1]。

SBS改性沥青疲劳特性影响因素研究 沥青网,sinoasphalt.com

试验选择 5 种 SBS 改性剂,包括 YH791、4303、1320-115、T161B、道改2#,其中YH791和1320-115属于线型改性剂,其余为星型改性剂;添加剂采用无机类稳定剂和增溶剂。


1.2 试验设计

为研究SBS改性沥青疲劳特性影响因素,采用SBS改性剂、基质沥青、SBS改性剂掺量各5种开展试验,试验设计选择3因素5水平正交法,具体试验安排如表2所示。


1.3 制备改性沥青

在SBS改性剂为线性时,制备改性沥青需要首先加热基质沥青至180℃,随后加入增溶剂,本文研究选择高芳烃油作为增溶剂,同时加入SBS改性剂,开展45min的搅拌,速度为5 500rad/ min,随后加入稳定剂并开展5min搅拌,最后在烘箱中进行 120min的溶胀,烘箱温度设置为170℃。在SBS改性剂为星型时,制备改性沥青需要首先加热基质沥青至190℃,随后加入增溶剂和SBS改性剂,开展60min的搅拌,速度为6 500rad/min,随后加入稳定剂并开展5min搅拌,最后在烘箱中进行120min的溶胀,烘箱温度设置为170℃。考虑到路面服务期的后期会发生沥青路面疲劳开裂,此时沥青老化现象较为严重,因此在SBS 改性沥青疲劳特性影响试验过程中,需开展短期老化试验,以此结合改性沥青试样对施工过程中沥青的老化进行模拟,随后开展的压力老化试验需在100℃、2.2MPa条件下进行,以此得到的沥青试样拥有接近使用5年后的沥青路面性能,由此可围绕沥青试样开展疲劳性能测试[2]。

SBS改性沥青疲劳特性影响因素研究 沥青网,sinoasphalt.com


1.4 疲劳性能测试

采用动态搅拌流变仪开展SBS沥青疲劳性能测试,具体型号为 HR-1,由美国 TA 公司生产,以此对 25℃的试件,利用10rad/s的搅拌速率,开展疲劳因子测试。


2 SBS改性沥青疲劳特性影响因素分析


2.1 试验结果

基于上文论述开展针对性的SBS改性沥青疲劳特性影响试验,可得到SBS改性沥青疲劳特性影响试验结果。基于试验结果开展分析可以发现,通过对SBS改性沥青的复数搅拌模量、相位角、疲劳因子开展针对性分析,可发现相关系数最大的为基质沥青,属于最为主要的影响指标,同时改性剂类型对疲劳因子和复数搅拌模量的影响较小,改性剂掺量对疲劳因子和复数搅拌模量的影响最小,由此即可明确SBS改性沥青疲劳特性影响因素。为更深入了解各因素带来的影响,还需进一步开展改性剂类型、基质沥青类型、改性剂掺量对SBS改性沥青疲劳因子影响规律的研究[3]。


2.2 基质沥青影响分析 

图1为基质沥青影响示意图,结合图1进行分析可以发现,改性沥青间疲劳因子会受到不同基质沥青带来的较大影响,影响最大的为埃索70#和SHELL90#,两种基质沥青带来的损失模量最大,影响最小的为 SK90#基质沥青。结合表 1 中的数据可以发现,复数搅拌模量会直接决定疲劳因子值,这是由于复数搅拌模量属于应力与应变的比值,能够实现对材料抵抗变形能力的直观反映。沥青的劲度在相同测试条件下主要受到其组成成分带来的直接影响,在含量越大的沥青质、含量越少的轻质组分影响下,沥青存在越大的劲度模量。基于短期老化及压力老化处理后得到的试样开展沥青疲劳性能测试,芳香分在老化过程中会向胶质、沥青质不断转化。分析基质沥青可以安心,沥青质的含量与改性沥青抵抗搅拌变形能力密切相关,组分间的迁移量也会对改性沥青抵抗搅拌变形能力带来深远影响。基于沥青损失模量开展分析,应选择胶体结构稳定、沥青质含量小的基质沥青用于案例高速公路工程施工,如基质沥青选择SK90#。

SBS改性沥青疲劳特性影响因素研究 沥青网,sinoasphalt.com

2.3 改性剂类型影响分析

图2为改性剂类型影响示意图,结合图2开展针对性分析可以发现,在改性剂掺量和基质沥青类型相同情况下,沥青抵抗疲劳开裂性能会受到不同改性剂带来的直接影响,除道改2#改性剂,星型改性剂在改性沥青制备中存在较低的疲劳因子,线性改性剂在改性沥青制备中存在较高的疲劳因子。围绕试样制备过程进行观察可以发现,在热熔的沥青中道改2#改性剂很容易出现絮凝和聚合等现象,因此采用该改性剂制备的改性沥青存在最高的疲劳因子。综合分析可以发现,星型改性剂与基质沥青能够相容时,相比于线性改性剂,星型改性剂的应用可降低改性沥青疲劳因子。

SBS改性沥青疲劳特性影响因素研究 沥青网,sinoasphalt.com


2.4 改性剂掺量影响分析

图3为改性剂掺量影响示意图,结合图3开展针对性分析可以发现,改性剂掺量对改性沥青疲劳因子带来的影响较为深远,这种影响存在规律递减趋势,改性剂掺量增加会降低改性沥青疲劳因子。作为丁二烯与苯乙烯的嵌段共聚物,SBS改性剂在常温下高弹的软段和高强的硬段共同作用,沥青的恢复和变形特性能够由此改变,沥青对各种损伤的抵抗能力在改性剂使用后可显著提高,沥青抵抗疲劳能力也能随之提升。围绕对高分子聚合物疲劳性能造成直接影响的因素进行分析可以发现,承受相同方向外力作用的高分子材料存在分子取向现象,材料抵抗疲劳能力可通过这种取向提升。作为沥青和聚合物的复杂混合物,SBS改性沥青与高分子聚合物规律较为相似,因此不断增加的改性剂掺量会导致出现更为明显的分子取向作用,这种情况下自然会出现降低的改性沥青疲劳因子,沥青路面受此影响存在更强的抗疲劳开裂能力。

SBS改性沥青疲劳特性影响因素研究 沥青网,sinoasphalt.com


2.5 相关讨论

结合上文分析可以发现,影响改性沥青疲劳因子的最主要因素为基质沥青,胶体结构稳定、拥有较小沥青质含量的基质沥青能够提升改性沥青抗疲劳开裂性能;改性沥青疲劳因子会受到改性剂类型带来的一定影响,相比于线型改性剂,星型改性剂能够更好地提升改性沥青抗疲劳开裂性能;改性沥青疲劳因子受到的改性剂掺量影响相对较小,改性剂掺量增加能够不断提升改性沥青抗疲劳开裂性能。


3 结语

综上所述,多方面因素均会影响 SBS 改性沥青疲劳特性。在此基础上,本文涉及的基质沥青影响分析、改性剂类型影响分析、改性剂掺量影响分析等内容,则直观展示了 SBS 改性沥青疲劳特性受到的各方面影响因素。因此提升 SBS 改性沥青的抗疲劳开裂能力,各类新型材料、新型技术、新型设备的更新换代必须得到重视。


参考文献:

[1] 杨侣珍,张允宝.老化CR/SBS复合改性沥青混合料弯曲疲劳特性试验研究[J].中外公路,2020(4):311-318.

[2] 王淋,郭乃胜,温彦凯.考虑老化影响的岩沥青复合改性沥青流变特性及微观机制[J].材料导报,2020(8):18065-18073.

[3] 常志慧.低生热复合改性沥青流变行为及疲劳特性研究[D].济南:山东建筑大学,2020.


免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国沥青网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。邮箱:23341571@qq.com,客服QQ:23341571


主办单位:深圳海川信息科技有限公司    合作单位:广东省沥青混凝土供应链协会 | 全国混凝土标准化技术委员会沥青混凝土分技术委员会

沥青综合群:112171208 |    沥青销售群:74217223      站长信箱:23341571@qq.com  | 业务QQ: 23341571   

沥青网   版权声明 |  免责声明 |  粤ICP备18041746号-15 | 沥青网——沥青行业门户!