摘要：文章為研究丁苯橡膠（SBR）摻量對改性乳化瀝青高溫性能的影響，對不同SBR摻量的改性乳化瀝青進行軟化點、針入度、高溫剪切流變與車轍變形試驗，分析其高溫性能影響趨勢，并通過灰色關聯(lián)法分析改性乳化瀝青的針入度、軟化點、高溫流變性能與抗車轍性能的關系。結果表明：SBR的摻入能有效提高改性乳化瀝青的高溫性能，隨著SBR摻量的增加，改性乳化瀝青軟化點、復數(shù)剪切模量、車轍因子與臨界溫度呈上升趨勢，說明SBR摻量的增加可以有效提高改性乳化瀝青高溫抗車轍能力，降低其高溫敏感性；改性乳化瀝青混合料的抗車轍能力隨著SBR摻量的增加而提高；通過灰色關聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)可采用改性乳化瀝青的針入度與相位角（58 ℃）表征其抗車轍能力。

關鍵詞：SBR改性乳化瀝青；高溫剪切流變試驗；車轍變形試驗；灰色關聯(lián)法

中圖分類號：U414.1A210694

0 引言

微表處是一種國內現(xiàn)階段常用的瀝青路面養(yǎng)護技術，相較稀漿封層技術與薄層罩面技術，微表處施工時只需將混合料拌和均勻后攤鋪，不需要利用機器對其進行壓實，施工效率高并且可以在夜間施工；且微表處采用的乳化瀝青在常溫環(huán)境下便可進行拌和與攤鋪，降低了瀝青在加熱過程中的能源消耗，符合我國雙碳戰(zhàn)略政策。國內外現(xiàn)階段對微表處研究成果頗豐，Jada A等［1］通過微電泳和光散射，發(fā)現(xiàn)SBS的含量可顯著改變軟化瀝青表面的顯著電位，使得乳液更均勻，改變其微觀結構。徐劍等［2］為了提高微表處混合料的高溫性能，分析不同添加劑類型與摻量對微表處高溫性能的影響。季節(jié)等［3］通過濕輪磨耗試驗和負荷輪粘附砂試驗進行試驗，發(fā)現(xiàn)經過微表處處理后的各項路用性能均符合規(guī)范要求。

綜合國內外研究現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，針對微表處用的改性乳化瀝青高溫性能研究較少，并且大多數(shù)學者對于微表處用改性乳化瀝青的高溫性能進行評價時未考慮不同溫度對其性能的影響。因此如何更為合理地評價微表處用改性乳化瀝青的高溫性能，是保證微表處施工效果的關鍵技術點之一。針對目前研究不足的情況，本文采用針入度、軟化點、動態(tài)剪切流變試驗對不同SBR摻量的微表處用改性乳化瀝青進行高溫性能評價，并利用灰色關聯(lián)法對其進行分析，得到不同SBR摻量對改性乳化瀝青高溫性能的影響規(guī)律，提出符合實際使用情況的評價指標。

1 原材料

1.1 瀝青

本文采用的A90#基質瀝青，主要性能指標見表1。

1.2 改性劑

SBR改性劑是微表處混合料最常用的改性劑，能增大乳化瀝青黏度，提高微表處和混合料的高低溫性能。本文選用SBR主要技術指標如表2所示。

1.3 乳化劑

本文選用陽離子慢裂快凝型乳化劑，主要性能指標如表3所示。

1.4 集料

本文3～10 mm粒徑的粗集料選用玄武巖，細集料選用石灰?guī)r，其主要性能指標見表4。

1.5 試驗級配

微表處用礦料級配范圍如圖1所示。

1.6 乳化改性瀝青制備

將乳化劑加入到熱瀝青中，制成乳化瀝青，然后分別摻入2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%的SBR，最終制得改性乳化瀝青。

2 試驗方案

2.1 軟化點與針入度試驗

參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）中的針入度試驗（T0604-2011）與瀝青軟化點試驗（T 0606-2011），對5種不同摻量的改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物進行試驗。

2.2 高溫剪切流變試驗

參考瀝青流變性質試驗（T 0628-2011），對5種不同摻量的改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物進行溫度掃描，試驗溫度范圍為58 ℃～85 ℃，角頻率為10 rad/s。試驗如下：（1）復數(shù)剪切模量G*表征瀝青抵抗變形的能力大??；（2）相位角δ表征瀝青的粘彈性比例；（3）車轍因子G*/sinδ表示瀝青抵抗永久變形能力；（4）TG*/sinδ為臨界溫度，通過溫度與車轍因子進行擬合，得到車轍因子達到1.0 kPa時所對應的溫度，用以確定瀝青的高溫性能等級，其值越高，高溫性能越好［4］；（5）溫度敏感性GTS是對復數(shù)模量G*與試驗溫度進行線性回歸，計算公式如式（1）所示，GTS的絕對值越大，表示瀝青的溫度穩(wěn)定性越差［5］。

lglgG*=GTSlgT+C（1）

2.3 車轍變形試驗

參照稀漿混合料車轍變形試驗（T 0756-2011），對5種不同摻量的改性乳化瀝青制得的標準試件進行試驗，負荷為56.7 kg，碾壓頻率為44次/min，碾壓總次數(shù)為1 000次。以車轍深度作為評價標準，車轍深度越大，混合料的高溫穩(wěn)定性和抗車轍能力越弱。

3 試驗結果與分析

3.1 軟化點與針入度試驗

對不同摻量改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物進行針入度與軟化點測試，試驗結果如圖2所示。

由圖2可知，改性乳化瀝青殘留物的針入度隨SBR的摻量增加而降低，軟化點則提高。隨著SBR摻量的增加，改性乳化瀝青的針入度分別降低了6.06%、2.40%、2.30%、4.09%、2.62%，而軟化點則分別增加16.74%、3.17%、5.78%、6.31%、4.49%。當SBR摻量從0提升至2.0%時，針入度與軟化點的變化幅度最大，表明SBR的摻入，顯著提高了乳化瀝青的高溫性能。這主要是由于SBR的溶脹反應增加了瀝青分子的運動阻力，并形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡結構，能夠有效抵抗高溫變形。

3.2 高溫剪切流變試驗

對不同SBR摻量的改性乳化瀝青殘留物進行高溫剪切流變試驗，結果如下：

（1）如圖3所示，不同SBR摻量的改性乳化瀝青均隨著溫度升高而復數(shù)模量G*下降，且呈現(xiàn)聚攏趨勢，SBR的摻量越高，在相同溫度下的復數(shù)模量G*越大。這說明摻入的SBR有效改善改性乳化瀝青的高溫性能，主要是SBR的摻入及溶脹作用增加了瀝青分子的運動阻力。隨著摻量的不斷增加，復數(shù)模量突然增加，主要是因為SBR在瀝青結構中形成的網(wǎng)絡結構提高了其高溫性能。

（2）隨著溫度提高，相位角δ不斷提高，且變化趨緩，但在同一溫度下，相位角隨著SBR摻量的增加而降低。如圖4所示，瀝青的彈性主要由膠質組分決定，黏性主要是由蠟含量決定。蠟在低溫環(huán)境下為固態(tài)，但隨著溫度的升高會轉變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，導致瀝青的黏性成分增大，溫度越高越接近于黏性體，從而相位角越大，而SBR膠乳摻量增加可以有效提高抵抗高溫變形能力。SBR顆粒吸收油分后充分溶脹，油分的減少可以促使改性乳化瀝青的膠體結構從有溶膠型向溶-凝膠型轉變，導致彈性成分增加，在高溫環(huán)境下抵抗車轍能力變強。

（3）如圖5所示，不同SBR摻量的改性乳化瀝青殘留物的車轍因子隨著試驗溫度的升高而不斷降低，且呈現(xiàn)聚攏趨勢，說明溫度越高，抗高溫車轍能力越弱，不同摻量之間的差距不斷降低。而在同一溫度下，隨著SBR摻量的增加，車轍因子不斷提高，表明SBR摻量越多，改性乳化瀝青的抗高溫車轍性能越好。

（4）隨著SBR摻量的增加，改性乳化瀝青的臨界溫度顯著提高。如圖6所示，相較于2.0%的SBR摻量，摻量為2.5%、3.0%、3.5%、4.0%下的臨界溫度分別上升了0.48 ℃、4.2 ℃、4.8 ℃、5.7 ℃，表明SBR的摻入可以有效提高改性乳化瀝青的高溫性能，且當SBR摻量gt;2.5%時，幅度有顯著提升。這主要是由于當SBR摻量過低時，SBR之間未能形成有效的網(wǎng)絡，而隨著SBR摻量的增加，SBR顆粒之間不斷連接形成網(wǎng)絡，提高了其高溫穩(wěn)定性。

（5）如表5所示，隨著SBR摻量的增加，GTS值不斷下降，表明SBR的加入，可以有效降低改性乳化瀝青的溫度敏感性，且摻量越高，溫度敏感性降幅越大，其高溫性能越好，這也與車轍因子、臨界溫度變化規(guī)律相符。

3.3 車轍變形試驗

對不同SBR摻量的改性乳化瀝青進行車轍變形試驗，結果如圖7所示。

隨著作用次數(shù)的增加，車轍變形率呈現(xiàn)線性增長，但SBR摻量越大的車轍變形率越低。如圖7所示，不同SBR摻量的車轍變形率均隨著荷載作用次數(shù)的增加而增加，這與路面受力變形規(guī)律相符合。在1 000次作用下，SBR摻量從2%提高至4%，車轍變形率則從9.40%下降至5.66%，表明SBR摻量的增加能提高混合料的抗車轍能力，并且當SBR摻量gt;3.5%時，可以顯著提高瀝青的抗車轍能力，這與車轍因子變化規(guī)律相一致。

3.4 高溫性能評價指標灰色關聯(lián)法分析

通過灰色關聯(lián)法對數(shù)據(jù)進行處理，具體流程如下：

（1）確定參考數(shù)列和比較數(shù)列，其中參考數(shù)列記為X0=X0（1），X0（2），…X0（n）[JB）}]；比較數(shù)列記為Xi=Xi（1），Xi（2），…Xi（n）[JB）}]。

（2）對參考數(shù)列和比較數(shù)列進行無量綱化，本文采用的處理方法為初值法。

由表6可知，針入度和相位角（58 ℃）與1 000次車轍作用下的車轍變形率的關聯(lián)度最高，表明針入度和相位角可以作為乳化改性瀝青的重要評價指標。其他評價指標與車轍變形率的關聯(lián)度較低，因此可采用針入度和相位角指標評價SBR改性乳化瀝青的抗車轍能力。

4 結語

（1）SBR的摻入能有效提高改性乳化瀝青的高溫性能，改性乳化瀝青的軟化點隨著SBR摻量的增加而提高，針入度則降低。

（2）隨著SBR摻量的增加，相位角與溫度敏感性不斷降低，而復數(shù)模量、車轍因子與臨界溫度增加，表明SBR摻量的增加可以有效提高改性乳化瀝青高溫抗車轍能力，降低其高溫敏感性。

（3）改性乳化瀝青混合料的抗車轍能力隨著SBR摻量的增加而提高。

（4）通過灰色關聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)可采用改性乳化瀝青的針入度與相位角（58 ℃）表征其抗車轍能力。建議今后工程中以該兩項指標作為瀝青高溫性能的評價指標。

參考文獻

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［2］徐 劍，黃頌昌，秦永春，等.添加劑對微表處混合料抗車轍性能改善效果的研究［J］.石油瀝青，2010，24（3）：11-14.

［3］季 節(jié)，劉祿厚，索 智，等.水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青微表處性能［J］.長安大學學報（自然科學版），2017，37（5）：23-30.

［4］馬 峰，祝崇鑫，傅 珍，等.基于流變特性的復合相變調溫瀝青性能評估［J］.功能材料，202 53（9）：9 108-9 114.

［5］Yang X，Shen A，Guo Y，et al.Effect of process parameters on the high temperature performance and reaction mechanism of CRMA［J］.Petroleum science and technology，2018，36（19）：1 537-1 543.

收稿日期：2023-10-11

作者簡介：陳遠鵬（1992—），工程師，主要從事路基、路面、巖土、養(yǎng)護工程研究工作。