納米TiO2與SBS復(fù)合改性瀝青混合料路用性能研究

目前我國高等級公路交通流量大、軸載重，這對當前主要道路類型的路面——瀝青混合料路面提出了更高質(zhì)量要求，目前提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的主要途徑有兩種：一是優(yōu)化瀝青混合料集料級配設(shè)計，通過選用高質(zhì)量集料并改變各檔集料比例增大集料間內(nèi)摩阻角；二是改性瀝青，提高其高溫狀態(tài)下黏度及粘附性，從而提高混合料抗高溫變形能力。熱塑性彈性體SBS是瀝青改性劑中應(yīng)用較廣的高溫穩(wěn)定性改性劑，但其實際使用效果仍有可開發(fā)空間，本文以SBS改性瀝青為背景，將納米TiO2與SBS復(fù)合改性瀝青，并研究納米TiO2與SBS復(fù)合改性瀝青混合料的路用性能。

目前國內(nèi)學(xué)者已經(jīng)對納米TiO2及SBS改性瀝青展開研究，陳華鑫分析了SBS改性劑類型及劑量對改性瀝青的溫度敏感性、高低溫特性等方面的影響，得出了SBS改性瀝青細致的評價指標；葉超等人分析了納米TiO2改性瀝青混合料的綜合路用性能，得出了納米TiO2可提高改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性；楊群等人研究了納米TiO2改性瀝青的分散性及抗老化性，并得出了提高抗老化性能條件下納米TiO2的最佳摻量。

1  TiO2/SBS復(fù)合改性瀝青制備及其性能

1.1  原材料

基質(zhì)瀝青為洛陽生產(chǎn)的70#道路石油瀝青，納米TiO2粉末由杭州萬景新材料有限公司生產(chǎn)， SBS粉末（苯乙烯丁二烯嵌段共聚物）由中石化茂名石化公司生產(chǎn)。

1.2  TiO2/SBS復(fù)合改性瀝青制備

本試驗采用的是高速剪切法（高速剪切混合乳化機）制備改性瀝青。將一定量熔融的流動態(tài)基質(zhì)瀝青加入高速剪切機附帶器皿中，持續(xù)加熱并開動轉(zhuǎn)頭以2400r/min的轉(zhuǎn)速攪拌基質(zhì)瀝青約5min，同時保證溫度到165℃。將混合好的改性劑緩慢加入基質(zhì)瀝青中進行改性，并調(diào)節(jié)剪切機轉(zhuǎn)速到6000r/min，高速剪切60min，最后在125℃下充分溶脹，發(fā)育90min。

1.3  改性瀝青性能分析

相關(guān)研究表明納米TiO2質(zhì)量分數(shù)為4%時，改性瀝青基本性能變化較小，且可提高瀝青的抗老化性能；SBS質(zhì)量分數(shù)為5%時，改性瀝青相比基質(zhì)瀝青體現(xiàn)出良好的感溫性。按不同改性劑比例分為五組，改性瀝青技術(shù)指標如表1所示。

表1  改性瀝青技術(shù)指標

組別 改性瀝青類型 針入度（25℃）(0.1mm) 軟化點（℃） 延度（5℃)（cm）

一     4% TiO2                 72.5                     47.2              33.7

二     3% TiO2+5%SBS         44.2                     71.5              72.4

三     3% TiO2+4% SBS 49.3               63.6              59.8

四     4% TiO2+4% SBS 45.6                     66.9              56.3

五     5%SBS 42.3                     71.4      75.1

比對組 基質(zhì)瀝青 74.3                     46.6              45.2

相比較于基質(zhì)瀝青，加入納米TiO2、SBS粉末瀝青的改性瀝青的針入度有所下降，且5%SBS改性瀝青針入度降幅最大達43.06%，納米TiO2對瀝青的針入度影響較小，SBS 可提高瀝青的稠度；加入納米TiO2、SBS粉末瀝青的改性瀝青相對于基質(zhì)瀝青軟化點有所提高，其中3% TiO2+5%SBS可提高瀝青軟化點約53.43%，說明SBS及納米TiO2對提高瀝青的熱穩(wěn)定性有積極影響，SBS及納米TiO2粉末改性劑可在瀝青中發(fā)生溶脹，使得瀝青分子團質(zhì)量變高，分子團之間吸引力變大，從而提高了各組團之間的黏聚力，從而提高了瀝青的熱穩(wěn)定性；加入納米TiO2大幅降低瀝青的延度，而SBS粉末可提高瀝青的延度。

2  TiO2/SBS復(fù)合改性瀝青混合料配合比設(shè)計

瀝青混合料的高溫抗車轍能力60%依賴于其集料間的嵌鎖作用，40%來源于瀝青黏結(jié)作用。采用AC-16級配類型進行研究，集料級配如表2所示。采用基質(zhì)瀝青作為比對方案（A組）及三種改性劑摻配試驗方案：B組（4% TiO2），C組（3% TiO2+4%SBS），D組（5%SBS）。

表2  集料級配

混合料類型 篩孔通過百分率（%）

AC-16 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

       100 98.6 87.4 68.7 44.9 31.7 20.5 16.5 12.4 9.6 6.2

3  TiO2/SBS復(fù)合改性瀝青混合料路用性能

3.1  高溫穩(wěn)定性

采用高溫車轍試驗進行4組的高溫穩(wěn)定性評價，試驗結(jié)果如圖1所示。使用納米TiO2及SBS改性后的瀝青

混合料較基質(zhì)瀝青混合料均體現(xiàn)出了良好的高溫穩(wěn)定性，相比于5%SBS改性劑，3%TiO2+4%SBS改性劑對瀝青軟化點影響較小，對感溫性的降幅較低，但卻對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大的積極作用，相較于基質(zhì)瀝青混合料動穩(wěn)定度提高了75.5%。

3.2  水穩(wěn)定性

瀝青混合料因水穩(wěn)定性不足產(chǎn)生的瀝青路面“水損害”不容忽視，采用浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗進行4組的水穩(wěn)定性評價，試驗結(jié)果如圖2及圖3所示。使用納米TiO2及SBS改性后的瀝青混合料均體現(xiàn)出了良好的水穩(wěn)定性，其中單獨使用納米TiO2改性瀝青對瀝青

混合料水穩(wěn)定改善意義不大，使用納米TiO2及SBS復(fù)合改性瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度達92.5%，凍融劈裂抗拉強度比達93.8%。

從高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性兩方面來看，TiO2對其改性瀝青混合料路用性能影響不大，但3%TiO2+4%SBS組合方式卻有著良好的路用性能表現(xiàn)。納米TiO2的加入與瀝青及SBS改性劑產(chǎn)生了物化反應(yīng)發(fā)生，改善了SBS與瀝青之間的相容性，并且納米TiO2具有吸收紫外線的作用，對瀝青混合料的抗老化性能起著重要作用，可以彌補SBS改性瀝青易產(chǎn)生老化的特性。                   

4  結(jié)語

（1）摻加SBS降低了瀝青的針入度，提高了瀝青的軟化點，使改性瀝青具有更高的稠度及更低的感溫性，適量的TiO2對瀝青影響較少，3% TiO2+5%SBS摻配比的改性瀝青的基本性能最好。

（2）SBS及納米TiO2改性劑均能提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能及水穩(wěn)定性，相比于4% TiO2改性瀝青混合料、5%SBS改性瀝青混合料及基質(zhì)瀝青混合料，3% TiO2+4%SBS改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性性能更好。

（3）納米TiO2會與瀝青及SBS改性劑發(fā)生物化反應(yīng)發(fā)生，從而改善SBS與瀝青之間的相容性，使得其改性瀝青混合料表現(xiàn)出更為優(yōu)秀的路用性能，并且納米TiO2具有吸收紫外線的作用，可以彌補SBS改性瀝青易產(chǎn)生老化的特性。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://m.00559.cn/w/kj/21223.html