认知改性沥青的技术指标和要求

【任务描述】

本任务是认知改性沥青的技术指标及技术要求。

【学习目标】

①熟悉改性沥青的分类。

②熟悉SBS改性沥青的主要技术指标。

③熟悉改性沥青的管理及使用要点。

随着国民经济的快速发展，高等级公路上的交通量增长迅猛，车辆的轴重不断增加，荷载间歇作用时间缩短，交通渠化现象明显，由此造成沥青路面高温出现车辙，低温产生裂缝，抗滑性能很快衰减，沥青路面在较短的时间就出现坑槽、松散、水损坏及局部龟裂等。为了进一步提高沥青材料的路用性能，必须对沥青加以改性，亦即提高沥青的流变性能，改善沥青与集料的黏附性能，提高沥青的耐久性。

1.改性沥青的基础知识

1）改性沥青的定义

改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂，或采用对沥青轻度氧化等措施，使沥青的路用性能得以改善而制成的沥青结合料。

改性剂是指在沥青中加入天然的或人工的有机和无机材料，可熔融、分散在沥青中，改善或提高沥青路面的路用性能的材料。

从广义上来讲，根据不同目的使沥青路用性能得以改善的都称为改性沥青。从狭义上讲，道路改性沥青一般是指其力学性能得以改善，以聚合物作为改性剂的改性沥青，也就是聚合物改性沥青。

2）改性沥青的分类及特性

改性沥青按改性剂不同可分为以下几类。

（1）热塑性橡胶类改性沥青

热塑性橡胶类改性沥青中的改性剂主要是苯乙烯嵌段共聚物，如苯乙烯-聚乙烯(SE)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、丁基-聚乙烯(BS)。其中SBS常用于路面沥青混合料，SIS常用于热熔黏结料，SE/BS常用于有抗氧化、抗高温变形要求的道路。目前使用最多的为SBS改性沥青。

（2）橡胶类改性沥青

橡胶类改性沥青也称为橡胶沥青，其使用最多的是丁苯橡胶(SBR)和氯丁橡胶(CR)。这类改性沥青出现较早、应用比较广泛，尤其是胶乳形式的SBR使用越来越广泛，CR具有极性，常掺入到煤沥青中使用。

SBR改性沥青最大的特点是低温稳定性较好，以5℃的延度作为主要指标，但老化试验后的延度严重降低，主要适宜于寒冷地区。

（3）热塑性树脂类改性沥青

热塑性树脂类改性沥青常用的有聚乙烯(PE)、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯。这类热塑性树脂的共同特点是加热后软化，冷却时变硬，使沥青混合料在常温下黏度增大，高温稳定性提高，但不能提高混合料的弹性，并且加热后容易产生离析现象，再次冷却时产生弥散体。所以，以针入度作为主要指标，没有5℃的延度的要求。

（4）其他改性沥青

①掺天然沥青的改性沥青。将一定的特立尼达湖沥青(TLA)掺入沥青中能提高沥青的高温稳定性、低温抗裂性及耐久性；掺加页岩的沥青耐久性好，具有抗剥离、耐老化、高温抗车辙等特点。特立尼达湖沥青(TLA)的技术指标见表2.28。

表2.28　特立尼达湖沥青质量技术要求

(www.xing528.com)

②炭黑改性沥青。在改性好的SBS改性沥青中加入炭黑，可使改性沥青的黏度增大，回弹性能提高。

③多价金属皂化物改性沥青。多价金属皂化物改性沥青是将由一元酸与多价金属所形成的金属皂溶解在沥青中而形成的改性沥青，可使沥青的塑性增加、脆点降低，明显提高沥青与集料的黏附性，增加混合料的强度，提高沥青路面的柔性和疲劳强度。

④玻纤格栅。将一种自黏结型的玻璃纤维格栅，用专用机械铺于沥青混合料中，可以提高沥青的耐热性、黏结性、高温抗车辙、低温抗裂性，同时还可防止路面的反射裂缝。

2.SBS改性沥青的主要性质指标

SBS改性沥青是目前使用最多的改性沥青。此类改性沥青最大的特点是高温稳定性和低温抗裂性好，且具有良好的弹性恢复性能和抗老化性能，其主要性质指标有针入度、5℃低温延度、软化点、25℃弹性恢复。

改性沥青的弹性恢复值是反映改性沥青在受到外力拉伸后恢复至原状态能力的重要指标，国内外均采用这项指标评价改性沥青弹性能力，其性能的优劣将直接影响混合料的高温、低温、抗疲劳性能与耐久性能。

改性沥青的弹性恢复的测定是将试样按延度的试验方法，将试样拉伸至10 cm后停止，立即在中间将沥青试样剪断，保持试样在水中1 h后测量试件的残留长度X，按式(2.17)计算弹性恢复率D。

式中　D——试样的弹性恢复率，%；

X——试样的残留长度，cm。

3.聚合物改性沥青的技术要求

《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2011)规定了各类聚合物改性沥青的质量要求，见表2.29。当使用表列以外的聚合物及复合改性沥青时可通过试验研究制订相应的技术要求。

表2.29　聚合物改性沥青技术要求

注：①表中135℃运动黏度可采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中的“沥青布氏旋转黏度试验方法(布洛克菲尔德黏度计法)”进行测定。若在不改变改性沥青物理力学性质并符合安全条件的温度下易于泵送和拌和，或经证明适当提高泵送和拌和温度时能保证改性沥青的质量，容易施工，可不要求测定。
②储存稳定性指标适用于工厂生产的成品改性沥青。现场制作的改性沥青对储存稳定性指标可不作要求，但必须在制作后，保持不间断的搅拌或泵送循环，保证使用前没有明显的离析。

在技术要求中，Ⅰ类为SBS类，分为Ⅰ-A型、Ⅰ-B型、Ⅰ-C型、Ⅰ-D型4个等级。同一分类级中A，B，C，D主要是基质沥青标号及改性剂不同，从A到D意味着沥青针入度变小，高温性能好，相反，低温性能差。其中Ⅰ-D型适用于我国大多数高速公路，西北和东北可选Ⅰ-C型，Ⅰ-B型适用于非常寒冷的地区，Ⅰ-A型除特殊情况外很少使用。Ⅱ类为SBR橡胶类聚合物改性沥青。其中Ⅱ-A型适用于寒冷地区，Ⅱ-B型，Ⅱ-C型适用于较热地区。Ⅲ类为热塑性树脂类聚合物改性沥青，适用于较热和炎热地区。通常要求软化点温度比最高月使用温度的最大日空气温度高20℃左右。

①为提高抗永久变形能力，宜使用热塑性橡胶类、热塑性树脂类改性剂。

②为提高抗低温开裂能力，宜使用热塑性橡胶类、橡胶类改性剂。

③为提高抗疲劳开裂能力，宜使用热塑性橡胶类、橡胶类、热塑性树脂类改性剂。

4.改性沥青的使用与管理

①制造改性沥青的基质沥青应与改性剂有良好的配伍性，其质量宜符合A级或B级道路石油沥青的技术要求。供应商在提供改性沥青的质量报告时，应提供基质沥青的质量检验报告或沥青样品。

②改性沥青的剂量以改性剂占沥青总量的百分数计算，胶乳改性沥青的剂量应以扣除水以后的固体物含量计算。

③改性沥青宜在固定式工厂或现场设厂集中制作，也可在拌和场现场边制造边使用，改性沥青的加工温度不宜超过180℃。乳胶类改性剂和制成颗粒的改性剂可直接投入拌和缸中生产改性沥青混合料。

④现场制造的改性沥青宜随配随用，需作短时间保存，或运送到附近的工地时，使用前必须搅拌均匀，在不发生离析的状态下使用。改性沥青制作设备必须设有随机采集样品的取样口，采集的试样宜立即在现场灌模。

⑤工厂制作的成品改性沥青到达施工现场后存储在改性沥青罐中，改性沥青罐中必须加搅拌设备并进行搅拌，使用前改性沥青必须搅拌均匀。在施工过程中应定期取样，检验产品质量，发现离析等质量不符合要求的改性沥青不得使用。