２０１８年１月第１期 ＤＯＩ：１０．１６７９９／ｊ．ｅｎｋｉ．ｃｓｄｑｙｆｈ．２０１８．０１．０４３ 城市道桥与防洪 科技研究１３７ 不同改性沥青及纤维对大空隙率沥青路面 性能影响的研究 张波 （大连市市政设计研究院有限责任公司设计三所，辽宁大连１１６０２８） 摘要：与普通沥青路面相比，大空隙沥青路面对改性沥青及集料有更高的要求。通过对ＳＢＳ、橡胶粉、ＳＢＳ与橡胶粉复 合、ＴＰＳ改性沥青性能分析对比，不同型式的纤维分析对比，研究不同改性沥青及纤维对大空隙率沥青路面性能的影响， 得出ＳＢＳ与橡胶粉复合改性沥青性能接近隅改性沥青性能，不同纤维型式对混合料有不同的作用。以期对相关工程有 参考借鉴作用。 关键词：沥青；ＳＢＳ；橡胶粉；纤维 中图分类号：Ｕ４１６。２１７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—７７１６（２０１８）０１—０１３７—０４ ０引言 近年来，随着城市的快速发展，大量高架快速 路应运而生，高架快速路对于缓解城市交通拥堵 发挥着重要的缓解作用。高架快速路由于车速快 且邻近居民区，行车时会产生大量噪声，为降低交 通噪声对沿线居民生活的影响，目前常采用大空 隙沥青路面。大空隙沥青路面不仅可以降低行车 噪声，同时具有排水性好、抗滑能力强、行车安全 高等优点，是城市重要路段路面的首选方案【１．２】。 目前我国多个城市采用大空隙率沥青路面， 比如大连东联路。东联路为贯穿南北的主干路，全 长１１－３ ｋｍ，路面宽度２４ ｍ，双向六车道，由于城 市用地紧张，东联路沿线紧邻城市居民住宅，为降 低行车噪声对周围居民的影响，东联路全线铺设 大空隙率沥青路面，实际运营效果显示，大空隙率 沥青路面确实有效降低了行车噪声。 与普通沥青路面相比，大空隙沥青路面对改 性沥青及集料有更高的要求。本文选用ＳＢＳ、橡胶 粉、ＳＢＳ与橡胶粉复合作为改性剂对沥青进行改 性，以日本ＴＰＳ改性沥青作为参照对比。主要研究 ＳＢＳ、橡胶粉、ＳＢＳ与橡胶粉复合三种改性剂与日 本ＴＰＳ改性沥青混合料性能的对比；研究长纤维、 短切纤维、纤维棉三种不同纤维型式对改性沥青 混合料性能的影响；大空隙率沥青路面建议采用 收稿日期：２０１７～０９—０８ 作者简介：张波（１９８３一），男，辽宁盘锦人，工程师，从事道路设 计工作。 玄武岩作为集料，但国内并不是所有城市都有购 买玄武岩的财政能力，本文采用石灰岩、玄武岩作 为集料，研究其对沥青混合料性能的影响。 １原材料 １．１沥青 沥青采用普通９０＃沥青，具体性能指标见表１。 表１沥青基本性能 １．２改性剂 （１）橡胶粉改性剂。 （２）ＳＢＳ改性剂。ＳＢＳ改性剂既具有橡胶的性 质，又有树脂热塑性质，外观呈现线状形状，多孔 罩粒。 （３）ＴＰＳ改性剂。用于大空隙率沥青路面的日 本进口改性剂。 １．３集料 集料采用石灰岩和玄武岩，石灰岩与沥青黏 结性能优于玄武岩，但石灰岩的耐磨性能劣于玄 武岩。 １３８科技研究 城市道桥与防洪 ２０１８年１月第１期 ２不同改性沥青对大空隙率沥青混合料性 能的影响 ２．１改性沥青混合料的高温性能 目前沥青混合料高温性能的评价主要采用的 方法是马歇尔稳定度试验法。 ２．１．１马歇尔试验法 马歇尔试验设备简单、操作方便，目前被世界 上许多国家采用，是我国评价高温性能的主要试 验之一。马歇尔要测定的指标有稳定度和流值，马 歇尔稳定度是在规定的加载速率条件下，试件破 坏前所能承受的最大荷载；流值是达到最大荷载 时试件的垂直变形。 马歇尔试验需要的仪器主要有马歇尔击实仪 和马歇尔试验仪 】。 按照马歇尔试件在水槽中保温时问的不同， 马歇尔试验分为马歇尔稳定度和浸水马歇尔稳定 度，马歇尔稳定度是在水中保温３０ ｍｉ至＼ 溪 ６ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １ Ｏ Ｏ Ｏ ｎ，而浸水马 § Ｏ ０ Ｏ Ｏ 歇尔稳定度是４８ ｈ。 为研究９０＃沥青、不同改性沥青对沥青混合料 性能的影响，选用工程中常用的改性剂掺量，ＳＢＳ 掺量５％、橡胶粉掺量１６％、ＳＢＳ５％与１ ｌ％橡胶粉 复合、ＴＰＳ掺量４％，集料采用石灰岩，马歇尔稳定 度和流值结果见表２。 表２不同沥青混合料马歇尔稳定度和流值的平均值 碰 浸 ｍｍ／ｋＮ定度 ／ｋ Ｎ ／ｍ ｍ 从图１ａ分析可知，四种改性沥青的马歇尔稳定 度均大于大空隙沥青混合料马歇尔稳定度３．５ ｋＮ的 规定，说明经过改性的沥青混合料均有良好的高 温稳定性。在四种改性沥青混合料中，ＴＰＳ改性沥 青混合料的马歇尔稳定度最大，复合改性沥青次 之，ＳＢＳ其次，橡胶粉最小。 未经改性９０＃沥青的浸水马歇尔稳定度降低 幅度最大，小于３．５ ｋＮ，其他四种改性沥青则大于 ９０＃沥青 橡胶粉 ＳＢＳ 复合改性ＴＰＳ （ａ）稳定度 ９０＃沥青 橡胶粉 ＳＢＳ 复合改性ＴＰＳ （ｂ）浸水流值 图１稳定度和流值 ３．５ ｋＮ，ＴＰＳ最大，复合改性沥青次之，ＳＢＳ其次， 橡胶粉最小。复合改性沥青的浸水马歇尔稳定度 大于ＳＢＳ改性沥青，说明经过复合改性沥青的高 温性能优于ＳＢＳ改性沥青。 从图ｌｂ分析可知，未经改性９０＃沥青的流值 超过规范的４０ ｍｍ，不满足规范要求。四种改性沥 青混合料的流值均在规范的２０～４０ ｍｍ，其中橡 胶粉改性沥青最大，复合改性沥青其次，ＳＢＳ次之， ＴＰＳ最小。复合改性沥青的流值与ＳＢＳ改性沥青混 合料相比，流值稍有所增加。复合改性沥青的浸水 流值稍大于ＳＢＳ改性沥青，这是因为复合改性沥 青中加入了橡胶粉，由于橡胶粉本身是一种弹性 很大的材料，增加了复合改性沥青混合料的弹性， 导致流值增加。 ２．２大空隙沥青混合料的水稳定性 残留稳定度是指４８ ｈ浸水马歇尔稳定度与 ３０ ｍｉｎ马歇尔稳定度的比值。计算公式见式（１）。 ＭＳｏ＝ ×ｌ００ （１） 式中：ＭＳ。为试件的浸水残留稳定度，％；ＭＳ 为试件 浸水４８ ｈ后的稳定度，ｋＮ；ＭＳ为试件浸水３０ ｒａｉｎ 后的稳定度，ｋＮ。 残留稳定度见表３。 从图２分析可知，改性沥青混合料的残留稳 定度均符合我国规范沥青混合料残留稳定度不得 低于７５％的规定，ＴＰＳ改性沥青混合料的残留稳定 Ｏ ２０１８年１月第１期 城市道桥与防洪 ∞ ％ ∞ 踮 ∞ 髓 ∞ 弱 印 科技研究１３９ 表３残留稳定度平均值 改性沥青混合料（石灰岩） 残留稳定度平均值／％ ９０＃沥青 ７１．３ ＳＢＳ５％改性沥青 ９０．５ 橡胶粉１６％改性沥青 ７７．９ ＳＢＳ５％与橡胶粉１６％复合改性沥青 ９２．８ ＴＰＳ１６％改性沥青混合料 ９３．５ ＼划 田 ∞ 舳 伯 ∞ 册 图２不同改性沥青混合料残留稳定度 最大，复合改性沥青次之，大于ＳＢＳ，橡胶粉的残留 稳定度最小，说明复合改性沥青混合料高于ＳＢＳ 的水稳性。四种改性沥青中，橡胶粉改性沥青混合 料的水稳性最差。不同纤维ＴＰＳ改性沥青混合料 的残留稳定度见表４。 表４不同纤维ＴＰＳ改性沥青混合料残留稳定度平均值 不同纤维ＴＰＳ改性沥青混合料 残留稳定度平均值 从图３ａ分析可知，长纤维掺量为０．３％时，与 ＴＰＳ沥青混合料的残留稳定度相比，无纤维的ＴＰＳ 沥青混合料的残留稳定度稍有下降，短切纤维和 纤维棉掺量０．３％时，ＴＰＳ沥青混合料的残留稳定 度稍有提高，掺加不同纤维类型对大空隙沥青混 合料的残留稳定度有一定程度影响，但不明显。 从图３ｂ分析可知，集料采用石灰岩的ＴＰＳ改 性沥青混合料的残留稳定度与玄武岩相差不大。 １００ ＴＰＳ 长纤维 短切纤维 纤维棉 （ａ）不同纤维沥青混合料 １Ｏ０ ９Ｏ ８０ 嚣７０ ６Ｏ ５０ ＴＰＳ石灰岩ＴＰＳ玄武岩 （ｂ）不同集料沥青混合料 图３不同纤维ＴＰＳ改性沥青混合料残留稳定度 ２．３改性沥青混合料的力学性能 大空隙沥青路面作为路面的表面层，主要作 用是将车辆荷载传递到中面层，所以大空隙沥青 混合料不仅要有良好的高温稳定性和水稳性，还 需具有良好的力学性能［５］。 ２．３．１抗压强度 抗压强度是沥青混合料抵抗外力荷载的强 度。具体实验方法是将马歇尔试件在１５℃的条件 下静置２４ ｈ，用卡尺在试件上下两个断面的垂直 方向上正确量取试件的直径，取平均值。然后放在 万能材料压力机上加载。计算公式见式（２）。 （２） １Ｔ 。 式中： 为试件的抗压强度，ＭＰａ；Ｐ为试件破坏时 的最大荷载，Ｎ；ｄ为试件直径，ｍｍ。 从表５分析可知，经过改性的沥青混合料的 抗压强度均高于未经改性９０＃沥青的抗压强度， ＴＰＳ改性沥青混合料的抗压强度最大，复合改性沥 青次之，ＳＢＳ其次，橡胶粉最小。 采用石灰岩和玄武岩的抗压强度相差无几， 而纤维对改性沥青混合料的抗压强度提高作用并 不明显。 ２。３．２劈裂强度 冬季气温低，沥青路面会因为温度的急剧下 １４０科技研究 城市道桥与防洪 ２０１８年１月第１期 表５不同改性沥青混合料的抗压强度 ＭＰａ 不同改性沥青混合料的类型 抗压强度 降加上持续的车辆荷载作用导致路面产生开裂现 象，对路面的路用性能影响极大，同时水会从开裂 处大量侵蚀沥青混合料，从而导致水稳性能急剧 下降。 试验步骤：测定马歇尔试件的直径及高度，准 确至０．１ ｍｍ。将试件放入到１５ｃＣＩ的恒温水槽中， 不少于１．５ ｈ。当为恒温空气浴时不少于６ ｈ，直至 试件内部温度达到要求的温度为止，保温时注意 试件之间的距离不少于１０ ｍｍ。从恒温水槽中取 出试件，放到万能材料试验机上加载。计算公式见 式（３）。 肼： 生 （３） 凡 式中：岛为劈裂抗拉强度，ＭＰａ；尸Ｔ为试验荷载最 大值，Ｎ；ｈ为试件高度，ｍｍ。 从表６分析可知，经过改性沥青混合料的劈 裂强度均高于未经改性９Ｏ＃沥青混合料的劈裂强 度，ＴＰＳ改性沥青混合料的劈裂强度最大，复合改 性沥青次之，ＳＢＳ其次，橡胶粉最小。 采用石灰岩和玄武岩的劈裂强度相差无几， 而纤维对改性沥青混合料的劈裂强度稍有提高， 加载时试件首先产生许多微小的裂缝，在混合料 中掺加纤维后，纤维能够延缓微小裂缝的继续增 大，提高了混合料的劈裂强度。 表６劈裂试验强度 ＭＰａ 不同改性沥青混合料的类型 劈裂强度 ３结语 （１）通过试验得知，ＳＢＳ和橡胶粉复合材料综 合性能相对最接近于ＴＰＳ改性剂，ＳＢＳ性能其次， 橡胶粉最差。 （２）长纤维、短切纤维、纤维棉三种不同纤维 型式对大空隙沥青路面性能影响不同，纤维棉最 好，短切纤维其次，长纤维最差。纤维对大空隙沥 青路面性能稍有提高，但作用不明显。 （３）玄武岩作为集料的大空隙沥青路面性能 稍优于以石灰岩作为集料的大空隙沥青路面，玄 武岩耐磨性能要优于石灰岩，在铺设大空隙率沥 青路面工程中，要依据当地石料，选择合适的石 料。 参考文献： 【１］沈金安．开级配多空隙排水型沥青路面【Ｊ］．中外公路，１９９４（６）： １５—２Ｏ． 【２］曹卫东，陈旭，吕伟民．简述国内外低噪声沥青路面研究状况【Ｊ］ ｌ石油沥青，２００５，１９（１）：５０—５４． ［３］伍石生．低噪声沥青路面设计与施工养护［Ｍ］．北京：人民交通出 版社，２００５． 【４】赵晶，王抒音．ＳＢＳ改性沥青技术与效果评价［Ｊ】．中国公路学报． １９９７（４）：１８－２４． ［５】杨军．聚合物改性沥青［Ｍ】．北京：化学工业出版社，２００７．