我国改性沥青技术要求的特点分析
发布时间：2018-01-13 21:13
摘 要：根据我国的公路改性沥青路面施工技术规范，讨论改性沥青的分类、使用范围、分级和感温性要求，分析改性沥青性能的评价指标，提出改性沥青的使用要求。
关键词：改性沥青 技术要求 特点分析
1 聚合物改性沥青技术要求
各国改性沥青标准都有一些共同特点，即根据聚合物类型的不同分类，将每一类型的聚合物改性沥青分成几个等级，每个等级适用于不同的气候条件。美国AASHTO-AGC-ARTBA改性沥青建议标准中，路用性能只控制有限的几种性质，包括感温性、低温开裂、疲劳开裂、永久变形、老化、均匀性、纯度、安全和工作性等。然而，我国提出的聚合物改性沥青技术要求，对SBS类、SBR类、EVA和PE类改性沥青，指标包括了针入度(25℃，100g，5s)、针入度指数、延度(5℃，5mm/min)、软化点TR&B、运动粘度(135℃)、闪点、溶解度、离析和软化点、弹性恢复(25℃)、粘韧性、韧性、质量损失、针入度比(25℃)等多种性质。
2 改性沥青的分类和使用范围
我国今后相当长的一段时间内，可能使用的聚合物改性沥青主要是SBS、SBR、EVA、PE。因此，将其分成为3类:①I类为SBS类，属于热塑性橡胶类聚合物改性沥青，1-A型和1-B型适用于寒冷地区，1-C型适用于较热地区，1-D型适用于炎热地区及重交通量路段；②II类为SBR类，属于橡胶类聚合物改性沥青，II-A型适用于寒冷地区，II-B和II-C型适用于较热地区；③III类为EVA、PE类，属于聚合物改性沥青，适用于较热地区和炎热地区，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要高20℃。根据沥青改性的目的和要求，可以初步选择如下改性剂:①为提高永久变形能力，宜使用热塑性橡胶类和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和橡胶类改性剂；③为提高疲劳开裂能力，宜使用热塑性橡胶类、橡胶类和热塑性树脂类改性剂；④为提高抗水害能力，宜使用各类抗剥落剂。
3 改性沥青的分级及感温性要求
改性沥青的技术指标以改性沥青的针入度作为分级的主要依据，其性能以改性后沥青感温性的改善程度，即针入度指数PI的变化为关键性评价指标。一般的非改性沥青的PI值基本上不超过-1.0，改性后要求PI大于-1.0。标准中规定了各种改性沥青不同等级的PI值的最低要求[1]。从改善温度敏感性的要求出发，改性后希望在沥青软化点提高的同时，针入度不要降低太多。在国外的标准中，聚合物改性沥青的感温性通常采用不同温度的针入度及粘度表示，但低温针入度与疲劳开裂有关。
4 改性沥青性能的评价指标
从聚合物改性沥青的分类可知，同一类分级中的A、B、C、D主要是基质沥青标号及改性剂剂量的不同，从A到D意味着沥青针入度变小，沥青越硬，高温性能越好，相反低温性能降低。
SBS类改性沥青的最大特点是高温、低温性能都好，并有良好的弹性恢复性能，采用软化点、5℃低温延度、回弹率作为主要指标，适用于在各种气候条件下使用。SBR类改性沥青的最大特点是低温性能得到改善，以5℃低温延度作为主要指标，采用旋转薄膜加热试验(RTFOT)后的低温延度可以反映沥青老化试验的延度严重降低的实际情况，采用软化点试验作为施工控制较为简单，主要适用于在寒冷气候条件下使用。EVA及PE类改性沥青的最大特点是高温性能明显改善，以软化点作为主要指标，主要适用于在炎热气候条件下使用。
聚合物改性沥青通常是由聚合物和沥青结合料液相组成的多相混合系统，存在与产生改性效果的聚合物之间有一定程度的非兼容性问题。如果不相容性过于严重，以致影响到贮存和操作使用，就会导致改性失败。因此，对不是现场制作马上使用的改性沥青，要求进行离析试验以限制离析，或者规定薄膜加热试验后的延度。然而，一种材料适用的离析试验对另一些材料可能并不适合，只是目前尚没有建立评价这种材料的不相容性的测定方法[2]。
聚合物改性沥青的安全要求是由克立夫兰杯闪点最低要求规定的，要求现场所使用的沥青闪点温度不低于规定的低限值。改性沥青的纯度指标，SBS和SBR类聚合物改性沥青规定了改性沥青的最低溶解度要求，但不适用于EVA、PE类改性沥青，因为目前道路工程使用的三氯乙烯溶剂不能溶解PE等改性剂。
5 老化试验的标准试验方法
我国通常使用的老化试验是采用薄膜加热试验(TFOT)，对改性沥青最好采用RTFOT。因为:①我国一般采用现场生产、现场使用的改性沥青。改性沥青制作后必须保持搅拌状态直至使用，一旦停止搅拌，就不可避免地会产生离析。因此，对针入度、软化点、延度试验，没有办法保持搅拌状态，试样冷却过程中必然会离析，此结果并不能完全反映实际情况；②采用TFOT，某些改性沥青的试样会在表面产生“结皮”，使老化条件降低，妨碍老化的进行；③采用RTFOT，使其在实验过程中始终保持旋转和搅拌状态，将比较接近老化的实际情况，则技术上对所有改性沥青都要求在人工老化条件后仍保留较小的稠度指标的变化率(残留针入度)和延度、弹性恢复等其他参数；④有时侯，采用RTFOT试验的改性沥青会从玻璃瓶中流出来，使测定质量损失，此时可采用TFOT。
6 粘度要求
改性沥青的60℃粘度特别能说明改性沥青在高温稳定性方面的效果。然而，随着改性剂剂量的增加，粘度增加很大，测定方法上有困难。作为标准试验方法，ASTM规定仍然采用毛细管粘度计。由于粘度大，毛细管的型号要求有所不同(常用400号)，我国尚缺乏这方面的测定数据且暂时未提出标准要求值。在国外的改性沥青标准中，通常都对改性沥青设置高温粘度的界限，该界限一般是根据材料的泵送性规定的。例如为使目前常规使用的泵能有效地操作，美国AASHTO的标准要求135℃粘度最高不超过2000mm2s[2]；美国SHARP规范要求不超过3Pa·s，实际上是对改性沥青混合料工作性的要求。
7 改性沥青的使用要求
7.1 聚合物改性沥青试验的技术要求
(1)根据当地的气候条件和交通条件，选择适当的基质沥青。希望提高低温性能的路段，基质沥青的标号为针入度大一个等级(软一些)的沥青；希望提高高温性能的路段，基质沥青的标号为当地同类公路使用的沥青。
(2)根据改性目的和经济条件，除特殊情况外，在改性剂的合理使用范围内选择一个初试剂量:①SBS改性沥青，剂量为3%～6%，通常用3%～4%，要求高时采用5%～6%；②SBR改性沥青，其剂量为3%～5%，通常采用3%～4%，要求高时采用5%；③EVE或PE改性沥青，其剂量为4%～6%，通常采用4%～5%，要求高时采用6%。
(3)按改性沥青的加工工艺，采用适宜的方法制作改性沥青样品，测定改性沥青的15℃、25℃、30℃针入度，计算PI；根据25℃针入度确定哪一个等级。如针入度88的基质沥青采用4%SBS改性后，针入度为66，则属于I-C级。
(4)根据各类改性沥青的关键性指标，如SBR改性沥青的软化点、低温延度和回弹率，试验其各项性能，对照聚合物改性沥青技术要求的指标[1]，评定其是否合格。如果达不到要求的指标，或指标过高，可以适当调整改性剂剂量。也可以从开始试验就实施几个不同剂量的改性沥青，从中选择一个适宜的剂量。
(5)聚合物改性沥青技术要求规定的其他指标，必须检验其是否符合各自的技术要求。从工程实践可知，某一指标，如软化点和延度，对同一类改性剂来说，指标的高低有很大的价值，可通过改性前后指标的变化评价改性效果。但与不同类型改性剂的比较，不能完全根据该指标的高低来判断改性效果的好坏，还要根据改性沥青混合料的指标进行综合评定才能作出结论。
7.2 改性沥青混合料高温稳定性技术要求
规范对改性沥青混合料提出了相应的技术要求:用于高速公路、一级公路或特重交通路段，为了提高高温抗车辙能力，制作的改性沥青混合料应该符合表1规定的车辙试验动稳定度的要求，同时低温性能指标不得低于基质沥青混合料的低温性能指标[1]。
7.3 改性沥青混合料低温稳定性技术要求
对寒冷地区的高速公路、一级公路制作的改性沥青混合料应该符合表2规定的弯曲试验破坏应变的要求[1]。
7.4 改性沥青混合料的水稳定性技术要求
改性沥青混合料的水稳定性应符合下列要求，否则必须采取抗剥离措施:①48h浸水马歇尔试验的残留稳定度不小于80%；②冻融循环疲劳试验强度比不小于80%。
8 结语
从上述分析和沥青路面工程实践可知，聚合物改性沥青技术要求是在我国改性沥青实践经验和实验研究的基础上提出的，制定时主要参考了ASTM标准，既吸取了国外标准的长处，又采用了我国经过努力可以实现的指标和试验方法。因此，对采用聚合物改性沥青的沥青路面工程的设计、施工和管理具有指导意义。
