酰胺類潤滑劑對SBS 改性瀝青混合料動態(tài)模量的影響

李連進

（安徽交控工程集團有限公司，安徽合肥 230000）

隨著《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》的修訂，對瀝青混合料粘彈性的研究日益受到重視[1]。在研究瀝青混合料的力學(xué)特性時，必須對其進行動態(tài)粘彈特性的研究[2]。在同樣的載荷作用下，瀝青混合料的彈性模數(shù)越大，表明其應(yīng)變變形就越小，其疲勞壽命也相應(yīng)越大[3]。但瀝青混合料作為典型的粘彈性材料，其動態(tài)模量值會隨著試驗溫度或加載頻率的變化而發(fā)生改變，因此在各種荷載作用下，其應(yīng)力響應(yīng)也有較大的差別[4-5]。為了準確的反應(yīng)出添加塑料潤滑劑對SBS 改性瀝青道路力學(xué)特性的影響，本文運用單軸壓縮測量混合料動態(tài)模量的方法進行室內(nèi)試驗[6]，分析添加塑料潤滑劑MAR 后，SBS改性瀝青混合料力學(xué)特性的變化[7]。

1 試驗材料與試驗方案

1.1 試驗材料

基質(zhì)瀝青選用國產(chǎn)A 級70#瀝青。選用MAR 作為塑料脂酸酰胺；SBS 聚合物選用1301；選擇山東優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r集料，并選用石灰?guī)r磨細礦粉作為填料，對AC-20瀝青混合料進行了設(shè)計。潤滑劑，其主要成分為含有較多羥基脂肪酸酰胺的乙撐雙硬。

1.2 復(fù)合改性瀝青制備

采用濕法制備添加塑料潤滑劑MAR 與SBS 改性劑的復(fù)合改性瀝青，試驗儀器為FLUKO 剪切機。不同摻量MAR 改性瀝青三大指標如表1 所示。

表1 不同MAR 摻量復(fù)合改性瀝青三大指標試驗結(jié)果

SBS 改性瀝青添加MAR 復(fù)合處理后，其軟化點隨MAR 含量的增加而增大。當(dāng)摻量超過1.5%后，由于MAR 含量過高，在其內(nèi)部形成了一個穩(wěn)定系統(tǒng)，在5℃延度上表現(xiàn)為先降后升。所以，本研究以1.5%為MAR的最優(yōu)添加量。

1.3 瀝青混合料組成設(shè)計

根據(jù)馬歇爾試驗結(jié)果，在規(guī)范推薦AC 范圍內(nèi)，采用三條不同的級配曲線。級配采用S 形曲線，適當(dāng)降低接近最大粒徑的粗骨料和細集料中0.6mm 以下細集料的比例，并適當(dāng)?shù)靥岣咧袡n級配的粗骨料。在設(shè)計時，參照Superpave 瀝青混合料限值及控制點的設(shè)計思想，以防止“駝峰”的出現(xiàn)，并對Bayer 法中的CA、FAf 和FAc 等填充參數(shù)進行檢驗。

1.4 試驗方法

本實驗采用SPT 裝置對MAR 摻量為0%和1.5%的兩種改性瀝青混合料進行單軸壓縮試驗，通過對兩種瀝青混合料的動態(tài)模量和相位角與溫度、加載頻率的關(guān)系，分析添加塑料潤滑劑MAR 后，SBS 改性瀝青混合料力學(xué)特性的變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 動態(tài)模量與加載頻率的關(guān)系

在相同的載荷條件下，不同加載頻率會對瀝青混合料應(yīng)力—應(yīng)變時間產(chǎn)生影響，進而影響瀝青混合料的動態(tài)模量。在5℃、25℃、45℃條件下，對不同頻率下兩種瀝青混合料試件的動態(tài)模量進行對比分析，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同溫度條件下動態(tài)模量與頻率關(guān)系圖

從圖1 可以看出，在相同的試驗溫度條件下，摻加1.5%塑料潤滑劑MAR 的SBS-MAR 復(fù)合改性瀝青混合料比SBS 改性瀝青混合料的動態(tài)模量要高，且隨著頻率的增加，兩種材料的動態(tài)模量變化均呈現(xiàn)先快后慢的趨勢。隨著溫度的升高，瀝青混合料的動態(tài)模量呈現(xiàn)出降低的趨勢，這是由于瀝青混合料隨溫度的升高趨于粘性狀態(tài)，容易產(chǎn)生永久變形，從而導(dǎo)致路面發(fā)生車轍病害；低溫時混合料必須具有足夠的韌性，才能承受較大的變形。

結(jié)果表明：在5℃條件下，兩種瀝青混合料的彈性模量隨頻率增加而增大，但動態(tài)模量差異較小，說明塑料潤滑劑對其低溫抗裂性能影響較?。欢谠囼灉囟?5℃，加載頻率為0.1Hz 時，添加塑料潤滑劑后，SBS 改性瀝青混合料的動態(tài)模量較未添加MAR 的混合料動態(tài)模量有顯著提高，這說明塑料潤滑劑MAR 添加到SBS 改性瀝青中，可以起到改善其混合料的高溫穩(wěn)定性的作用。

2.2 動態(tài)模量與溫度關(guān)系

不同溫度條件下，瀝青混合料的力學(xué)性能表現(xiàn)為低溫彈性高溫粘性，但隨著溫度升高，瀝青混合料的動態(tài)模量、抗拉強度明顯下降，出現(xiàn)應(yīng)力松弛、蠕變等現(xiàn)象。通過比較兩種改性瀝青混合料的動態(tài)模量，研究其動態(tài)模量隨溫度變化規(guī)律，探討添加MAR 對SBS 改性瀝青混合料力學(xué)性能的影響。試驗溫度仍然采用5℃、25℃和45℃，并在相同荷載條件下，加載頻率分別為0.1Hz、1Hz、5Hz、10Hz 和20Hz。圖2 是兩種瀝青混合料動態(tài)模量隨溫度變化的曲線關(guān)系圖。

圖2 瀝青混合料動態(tài)模量與溫度的變化關(guān)系圖

從圖2 可以看出，塑料潤滑劑MAR 摻量為0%和1.5%的兩種瀝青混合料的動態(tài)模量均隨著試驗溫度的下降呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢，且溫度在5℃和25℃之間時，兩種瀝青混合料的動態(tài)模量下降幅度明顯高于25℃和45℃之間；當(dāng)加載頻率相同時，SBS-MAR 復(fù)合改性瀝青混合料比 SBS 改性瀝青混合料的動態(tài)模量大，45℃加載頻率5 Hz 時，其動態(tài)模量比未添加塑料潤滑劑的SBS 改性瀝青混合料高2.4 倍，說明MAR 對高溫變形性能有明顯改善。

2.3 相位角與溫度及加載頻率關(guān)系

瀝青混合料中粘滯和彈性部分的比率的變化可以通過其相位角δ 反映，在粘彈性材料中，相位角δ 的變化區(qū)間為0°-90°。相位角能反映出材料的粘彈屬性，在相位角δ 為0°時，材料表現(xiàn)為完全的彈性狀態(tài)，而在相位角δ 為90°時，材料就會呈現(xiàn)完全的粘性狀態(tài)。而瀝青混合料的相位角也隨試驗條件的變化而發(fā)生變化，本文以三種溫度、五種頻率為試驗條件，對兩種瀝青混合料相位角結(jié)果進行匯總，如圖3 所示。

圖3 瀝青混合料相位角隨溫度變化關(guān)系圖

無論是否添加塑料潤滑劑MAR，兩種瀝青混合料的相位角隨試驗條件的改變而變化的趨勢基本一致，均隨溫度的升高，呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，當(dāng)加載頻率小于1 Hz 時，相位角的最大值出現(xiàn)在25℃，當(dāng)頻率不低于5 Hz 時，相位角在45℃時出現(xiàn)最大值，高溫段變化趨于平緩。由于瀝青混合料的相位角δ 反映瀝青混合料內(nèi)部粘性與彈性成分的比例，因此相同加載頻率下瀝青混合料低溫相位角較小，說明瀝青混合料中的彈性成分多為粘性部分，近似于彈性體，隨著溫度升高，瀝青混合料的相位角增大，說明粘性成分比例增大，瀝青易發(fā)生粘性流動，發(fā)生塑性變形。選取了四個不同頻率下兩種混合料的相位角隨溫度變化的曲線，如圖4 所示。

圖4 不同加載頻率條件下相位角隨溫度變化關(guān)系圖

由圖4 可以看出，三種不同加載頻率條件下，瀝青混合料的相位角變化趨勢基本一致，但SBS-MAR 復(fù)合改性瀝青混合料的相位角始終小于SBS 改性瀝青混合料，說明在相同試驗條件下加入 MAR 可以減小SBS 改性瀝青混合料的相位角，從而提高SBS 改性瀝青混合料強度。兩種瀝青混合料在相同加載頻率和低溫下的相位角差異較小，但隨溫度升高而增大。瀝青混合料的相位角δ 越小，則損耗因子tanδ 越小，表明瀝青混合料在承受荷載發(fā)生形變時，更多的是以彈性恢復(fù)的方式恢復(fù)變形，減少了材料發(fā)生粘性流動產(chǎn)生永久變形現(xiàn)象的發(fā)生。這說明1.5%摻量的MAR 能夠顯著降低SBS 改性瀝青高溫時的粘性流動，進而提高其混合料抵抗永久變形的能力。

3 結(jié)論

(1) MAR 加入后，在低溫高頻下SBS 改性瀝青混合料的動態(tài)模量有明顯提高，高溫穩(wěn)定性得到改善。

(2) 相位角分析結(jié)果表明，MAR 的加入可以降低SBS 改性瀝青混合料的相位角，且隨著溫度的升高，混合料相位角降低幅度越大，從而降低SBS 改性瀝青混合料的損耗因子tanδ，1.5%摻量的MAR 能夠顯著降低SBS 改性瀝青高溫時的粘性流動，進而提高其混合料抵抗永久變形的能力。