论文部分内容阅读
摘要：文中分析SBS改性沥青的RTFOT微观老化机理，结合工程情况探讨SBS改性沥青在实际工程中的应用，并为类似研究提供借鉴，推动我国公路建设事业的进步与发展。
关键词：SBS改性沥青;微观老化;施工技术
沥青作为沥青路面的重要施工材料，是一种复杂的高分子烃类聚合物，其主要成分为沥青质、树脂、饱和烃和芳香烃，在特定的条件下表现出一定的黏弹性。现有的一些沥青改性剂可以增加沥青的弹性，降低其应力和温度敏感性，从而提高沥青混合料的抗车辙和抗疲劳性能，其中最常用的是SBS改性剂。SBS改性剂与沥青混合后，吸收沥青的油分和软沥青组分，在沥青冷却后，硬化形成网状结构，沥青进入网状结构中，形成一个有机的高分子弹性体，使沥青性能得到改善。
1、SBS改性沥青的RTFOT微观老化机理
1.1 老化时间对 SBS 改性沥青常规指标的影响
对不同老化时间的 SBS 改性沥青样品分别测试了针入度、软化点、延度、针入度指数、当量软化点，对于同一改性剂掺量的 SBS 改性沥青，随着老化时间的延长，针入度和延度逐渐下降，针入度指数上升，当量软化点增高。当 SBS 掺量较低时 （ 3% ，4% ） ，针入度随着老化时间的延长而显著下降，软化点随着老化进程而上升; 当 SBS 掺量较高时 （ 5% ） ，针入度在老化初期 （ 85 min） ，下降显著，继续延长老化时间，降幅明显变缓; 软化点也出现了先下降再上升的趋势，呈现两阶段老化特征;针入度指数随着老化时间延长而变大，也表明老化后的沥青感温性变小。随着 SBS 掺量的增加，SBS 改性沥青的低温延度有明显的提高，这是因为当 SBS 掺量较低时，沥青呈连续相，改性剂呈分散状态，为单相连续; 随着 SBS 掺量的增加，改性沥青会形成相互贯通的网络结构，使得低温性能明显改善。
1.2 基于 FTIR 的 SBS 改性沥青老化研究
用傅里叶变换红外光谱仪分别测试 3% ，4% ，5% SBS 改性沥青在不同老化时间的谱图。其中 2 920 cm-1对应基质沥青中C-H 的伸缩振动，1 460 cm-1对应C-H 键的变形振动，最大峰值出现在 2 920 cm-1和 1 460 cm-1處，这 表 明 在 改 性 沥 青 中 仍 以C-H 键 为 主;966 cm-1处为 SBS 中聚丁二烯 C = C 的特征吸收峰，700 cm-1处为聚苯乙烯苯环C-H 的特征吸收峰，这两个峰可以表征 SBS 的存在。通过对比不同老化时间的红外谱图发现，随着老化时间延长，700 cm-1处的吸收峰基本无变化，即聚苯乙烯段相对稳定，无氧化发生; 966 cm-1处的吸收峰明显减弱，表明聚丁二烯中 C = C 含量随着老化时间的延长而降低。
BS 分子在老化过程中，分子链从较不稳定的聚丁二烯段发生热氧化降解和无规断链，BI 指数降低，从而使得聚丁二烯段赋予改性沥青的韧性和低温变形能力随着老化时间延长而逐渐降低乃至丧失。聚苯乙烯段的热氧稳定性较高，由于聚苯乙烯与沥青相容性较好，在老化后期，越来越多的较为刚硬的聚苯乙烯分子片段溶解于沥青中，导致沥青稠度增大，软化点出现上升。
2、SBS改性沥青施工技术分析
2.1 准备工作
为了确保SBS改性沥青混凝土的改性效果，在铺筑SBS改性沥青面层之前，需要严格控制路基和路面基层的施工质量，路基压实度一定要达到设计的压实质量标准，以避免路基发生沉降等病害。施工前还需进行清扫、整平等工作。
在改性沥青面层施工之前，需对进场的原材料进行抽样检测，确保满足设计的技术质量要求，不合格的材料不予进场。并且应提前修筑测试路段以确定混合料拌和、运输、摊铺、碾压等环节所需施工设备及压实机械组合、压实遍数和压实施工中的温度范围。
2.2 拌和
采用间歇式沥青混合料拌和机进行拌和。由于混合料的质量直接影响摊铺碾压后的路面质量，在混合料拌制过程中应严格控制油石比，并每天从运输车上采集一定质量的混合料进行抽提（燃烧法）试验，以指导拌和站工作。混合料拌和时间以集料表面全被沥青覆盖、无集料外露并拌和均匀为确定标准。拌和站未经现场试验室批准不得擅自更改混合料配合比，如发现某一档矿料料仓出现溢料现象，应及时停机进行处理。运输车在出料口装料时应按三车法即“前→后→中”的顺序进行，以避免混合料离析。
2.3 运输
改性沥青混合料采用大吨位自卸式卡车运输，根据运输距离、摊铺速度确定车辆数。在运输过程中应保证运输车辆清洁，没有余料存在，运输前可用 1∶3 的柴油水混合液喷洒涂刷车厢，避免混合料黏附车厢侧壁与底部。在运输车侧壁留有检测孔，孔距一般为 300mm，采用数显插入式热电偶温度计测定混合料出厂时与到现场时的温度与湿度。在运输时应用油毡布等对混合料进行覆盖，起到保温、防雨、防污染的作用。在现场对混合料进行检测，离析、低于160℃、硬壳结团及被雨淋湿的混合料都应废弃。为保证摊铺的效率与施工连续性，摊铺初始阶段，运输车应停在 10～30m 的位置，并至少有5辆运输车做准备。
2.4 摊铺
混合料摊铺之前，应将施工工作面清扫干净，洒布一层黏层油。混合料的摊铺温度应控制在170～180℃，不可低于 160℃。提前 30min 预热摊铺机熨平板，保证其温度在130℃以上。熨平板放置在垫块上，垫块高度根据原路面接缝高度乘以压实系数得到。摊铺时，垫块应靠近接缝，调整好角度，使熨平板前端输料口位于接缝处，摊铺料应盖住接缝 2～3cm。摊铺机起步摊铺以后对接缝处进行人工处理，使接缝处保持饱满且两边无散料。摊铺完成后，由现场技术人员检查摊铺层厚等，对存在摊铺不均匀的区域应进行人工换填补料处理。
2.5 碾压
按照“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行混合料碾压施工。在刚摊铺的油面上严禁转向、调头、急刹车或停车加水。由于SBS改性沥青的特殊性，其混合料温度要比普通沥青混合料高20℃。
混合料碾压一般分为初压、复压和终压。初压选用双钢轮振动压路机，温度控制在 160～170℃，速度为 2km/h，碾压 3～4 遍;复压选用 26t 轮胎压路机碾压，温度控制在130～160℃，速度为 3～5km/h，碾压 2～4 遍，直至无非常明显的轮迹;终压选择双钢轮压路机，温度控制在 100℃以上，速度为 4～6km/h，碾压 1～2 遍，直至轮迹消除。由于SBS改性沥青的压实质量受温度影响很大，所以要严格保证在较高的温度下进行压实，并控制好碾压速度，以提高路面的压实度与平整度。在碾压施工过程中，压路机械应具有喷雾功能，以避免黏轮，光轮压路机可用清洁水作隔离剂，轮胎压路机用肥皂水作隔离剂，但水量均不宜太大。
结论
随着新材料、新技术的发展，SBS改性沥青作为一种新型的路面材料，越来越多地应用于路面施工中。在公路建设中，路面施工作为重要环节，对路面使用性能有着重要的影响。根据工程所处的地域环境及所用的材料，选择合适的施工技术、机械等，合理配置机械、组织人员，可以提高路面的施工质量。由于SBS改性沥青的特殊性，需要采用一些独特的施工工艺，这样能够有效防止改性沥青路面出现早期病害，提高沥青路面抗水损害能力。
参考文献：
[1]赵富强，罗要飞，方滢，张争奇.反应型SBS复配高黏改性沥青研制与微观分析[J].公路，2019，64（07）：238-246.
[2]包建业.胶粉对SBS改性沥青流变特性及微观结构的影响[J].中外公路，2019，39（03）：251-255.
[3]李冀. 基于AFM的SBS改性沥青老化前后微观特性研究[D].内蒙古工业大学，2019.
关键词：SBS改性沥青;微观老化;施工技术
沥青作为沥青路面的重要施工材料，是一种复杂的高分子烃类聚合物，其主要成分为沥青质、树脂、饱和烃和芳香烃，在特定的条件下表现出一定的黏弹性。现有的一些沥青改性剂可以增加沥青的弹性，降低其应力和温度敏感性，从而提高沥青混合料的抗车辙和抗疲劳性能，其中最常用的是SBS改性剂。SBS改性剂与沥青混合后，吸收沥青的油分和软沥青组分，在沥青冷却后，硬化形成网状结构，沥青进入网状结构中，形成一个有机的高分子弹性体，使沥青性能得到改善。
1、SBS改性沥青的RTFOT微观老化机理
1.1 老化时间对 SBS 改性沥青常规指标的影响
对不同老化时间的 SBS 改性沥青样品分别测试了针入度、软化点、延度、针入度指数、当量软化点，对于同一改性剂掺量的 SBS 改性沥青，随着老化时间的延长，针入度和延度逐渐下降，针入度指数上升，当量软化点增高。当 SBS 掺量较低时 （ 3% ，4% ） ，针入度随着老化时间的延长而显著下降，软化点随着老化进程而上升; 当 SBS 掺量较高时 （ 5% ） ，针入度在老化初期 （ 85 min） ，下降显著，继续延长老化时间，降幅明显变缓; 软化点也出现了先下降再上升的趋势，呈现两阶段老化特征;针入度指数随着老化时间延长而变大，也表明老化后的沥青感温性变小。随着 SBS 掺量的增加，SBS 改性沥青的低温延度有明显的提高，这是因为当 SBS 掺量较低时，沥青呈连续相，改性剂呈分散状态，为单相连续; 随着 SBS 掺量的增加，改性沥青会形成相互贯通的网络结构，使得低温性能明显改善。
1.2 基于 FTIR 的 SBS 改性沥青老化研究
用傅里叶变换红外光谱仪分别测试 3% ，4% ，5% SBS 改性沥青在不同老化时间的谱图。其中 2 920 cm-1对应基质沥青中C-H 的伸缩振动，1 460 cm-1对应C-H 键的变形振动，最大峰值出现在 2 920 cm-1和 1 460 cm-1處，这 表 明 在 改 性 沥 青 中 仍 以C-H 键 为 主;966 cm-1处为 SBS 中聚丁二烯 C = C 的特征吸收峰，700 cm-1处为聚苯乙烯苯环C-H 的特征吸收峰，这两个峰可以表征 SBS 的存在。通过对比不同老化时间的红外谱图发现，随着老化时间延长，700 cm-1处的吸收峰基本无变化，即聚苯乙烯段相对稳定，无氧化发生; 966 cm-1处的吸收峰明显减弱，表明聚丁二烯中 C = C 含量随着老化时间的延长而降低。
BS 分子在老化过程中，分子链从较不稳定的聚丁二烯段发生热氧化降解和无规断链，BI 指数降低，从而使得聚丁二烯段赋予改性沥青的韧性和低温变形能力随着老化时间延长而逐渐降低乃至丧失。聚苯乙烯段的热氧稳定性较高，由于聚苯乙烯与沥青相容性较好，在老化后期，越来越多的较为刚硬的聚苯乙烯分子片段溶解于沥青中，导致沥青稠度增大，软化点出现上升。
2、SBS改性沥青施工技术分析
2.1 准备工作
为了确保SBS改性沥青混凝土的改性效果，在铺筑SBS改性沥青面层之前，需要严格控制路基和路面基层的施工质量，路基压实度一定要达到设计的压实质量标准，以避免路基发生沉降等病害。施工前还需进行清扫、整平等工作。
在改性沥青面层施工之前，需对进场的原材料进行抽样检测，确保满足设计的技术质量要求，不合格的材料不予进场。并且应提前修筑测试路段以确定混合料拌和、运输、摊铺、碾压等环节所需施工设备及压实机械组合、压实遍数和压实施工中的温度范围。
2.2 拌和
采用间歇式沥青混合料拌和机进行拌和。由于混合料的质量直接影响摊铺碾压后的路面质量，在混合料拌制过程中应严格控制油石比，并每天从运输车上采集一定质量的混合料进行抽提（燃烧法）试验，以指导拌和站工作。混合料拌和时间以集料表面全被沥青覆盖、无集料外露并拌和均匀为确定标准。拌和站未经现场试验室批准不得擅自更改混合料配合比，如发现某一档矿料料仓出现溢料现象，应及时停机进行处理。运输车在出料口装料时应按三车法即“前→后→中”的顺序进行，以避免混合料离析。
2.3 运输
改性沥青混合料采用大吨位自卸式卡车运输，根据运输距离、摊铺速度确定车辆数。在运输过程中应保证运输车辆清洁，没有余料存在，运输前可用 1∶3 的柴油水混合液喷洒涂刷车厢，避免混合料黏附车厢侧壁与底部。在运输车侧壁留有检测孔，孔距一般为 300mm，采用数显插入式热电偶温度计测定混合料出厂时与到现场时的温度与湿度。在运输时应用油毡布等对混合料进行覆盖，起到保温、防雨、防污染的作用。在现场对混合料进行检测，离析、低于160℃、硬壳结团及被雨淋湿的混合料都应废弃。为保证摊铺的效率与施工连续性，摊铺初始阶段，运输车应停在 10～30m 的位置，并至少有5辆运输车做准备。
2.4 摊铺
混合料摊铺之前，应将施工工作面清扫干净，洒布一层黏层油。混合料的摊铺温度应控制在170～180℃，不可低于 160℃。提前 30min 预热摊铺机熨平板，保证其温度在130℃以上。熨平板放置在垫块上，垫块高度根据原路面接缝高度乘以压实系数得到。摊铺时，垫块应靠近接缝，调整好角度，使熨平板前端输料口位于接缝处，摊铺料应盖住接缝 2～3cm。摊铺机起步摊铺以后对接缝处进行人工处理，使接缝处保持饱满且两边无散料。摊铺完成后，由现场技术人员检查摊铺层厚等，对存在摊铺不均匀的区域应进行人工换填补料处理。
2.5 碾压
按照“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行混合料碾压施工。在刚摊铺的油面上严禁转向、调头、急刹车或停车加水。由于SBS改性沥青的特殊性，其混合料温度要比普通沥青混合料高20℃。
混合料碾压一般分为初压、复压和终压。初压选用双钢轮振动压路机，温度控制在 160～170℃，速度为 2km/h，碾压 3～4 遍;复压选用 26t 轮胎压路机碾压，温度控制在130～160℃，速度为 3～5km/h，碾压 2～4 遍，直至无非常明显的轮迹;终压选择双钢轮压路机，温度控制在 100℃以上，速度为 4～6km/h，碾压 1～2 遍，直至轮迹消除。由于SBS改性沥青的压实质量受温度影响很大，所以要严格保证在较高的温度下进行压实，并控制好碾压速度，以提高路面的压实度与平整度。在碾压施工过程中，压路机械应具有喷雾功能，以避免黏轮，光轮压路机可用清洁水作隔离剂，轮胎压路机用肥皂水作隔离剂，但水量均不宜太大。
结论
随着新材料、新技术的发展，SBS改性沥青作为一种新型的路面材料，越来越多地应用于路面施工中。在公路建设中，路面施工作为重要环节，对路面使用性能有着重要的影响。根据工程所处的地域环境及所用的材料，选择合适的施工技术、机械等，合理配置机械、组织人员，可以提高路面的施工质量。由于SBS改性沥青的特殊性，需要采用一些独特的施工工艺，这样能够有效防止改性沥青路面出现早期病害，提高沥青路面抗水损害能力。
参考文献：
[1]赵富强，罗要飞，方滢，张争奇.反应型SBS复配高黏改性沥青研制与微观分析[J].公路，2019，64（07）：238-246.
[2]包建业.胶粉对SBS改性沥青流变特性及微观结构的影响[J].中外公路，2019，39（03）：251-255.
[3]李冀. 基于AFM的SBS改性沥青老化前后微观特性研究[D].内蒙古工业大学，2019.