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【摘 要】为了解决高荷载产生的车辙问题，采用纳米TiO2和SBS对沥青进行了复合改性，并制备了复合改性沥青混合料，通过车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验，分析了纳米TiO2和SBS对沥青及沥青混合料性能的影响。结果表明，SBS改性沥青具有更高的稠度及更低的感温性，适量的TiO2对沥青性能影响较少，3%TiO2+5%SBS改性沥青的基本性能最好。SBS及纳米TiO2改性剂均能提高沥青混合料的高温稳定性能及水稳定性，SBS对沥青混合料路用性能提高效果较为显著，3%TiO2+4%SBS改性沥青混合料路用性能表现最好。纳米TiO2会与沥青及SBS改性剂发生物化反应，从而改善SBS与沥青之间的相容性，使得其改性沥青混合料表现出更为优秀的路用性能。
【关键词】道路工程;沥青混合料;纳米TiO2;SBS;复合改性
【中图分类号】U41 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）04-0085-02
0 引言
目前，我国高等级公路交通流量大、轴载重，这对当前主要道路类型的路面——沥青混合料路面提出了更高的质量要求。目前，提高沥青混合料高温稳定性的主要途径有两种：一是优化沥青混合料集料级配设计，通过选用高质量集料并改变各档集料比例，增大集料间内摩阻角;二是改性沥青，提高其高温状态下的黏度及黏附性，从而提高混合料抗高温变形能力。热塑性弹性体SBS是沥青改性剂中应用较广的高温稳定性改性剂，但其实际使用效果仍有可开发空间，本文以SBS改性沥青为基础，将纳米TiO2与SBS复合改性沥青，并研究纳米TiO2与SBS复合改性沥青混合料的路用性能。
目前，国内学者已经对纳米TiO2及SBS改性沥青展开研究，陈华鑫分析了SBS改性剂类型及剂量对改性沥青的温度敏感性、高低温特性等方面的影响，得出了SBS改性沥青细致的评价指标;叶超等人分析了纳米TiO2改性沥青混合料的综合路用性能，得出了纳米TiO2可提高改性沥青混合料的高温稳定性;杨群等人研究了纳米TiO2改性沥青的分散性及抗老化性，并得出了提高抗老化性能条件下纳米TiO2的最佳掺量。
1 TiO2/SBS复合改性沥青制备及其性能
1.1 原材料
基質沥青为洛阳生产的70#道路石油沥青，纳米TiO2粉末由杭州万景新材料有限公司生产，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产。
1.2 TiO2/SBS复合改性沥青制备
本试验采用的是高速剪切法（高速剪切混合乳化机）制备改性沥青。将一定量熔融的流动态基质沥青加入高速剪切机附带器皿中，持续加热并开动转头以2 400 r/min的转速搅拌基质沥青约5 min，同时保证温度为165 ℃。将混合好的改性剂缓慢加入基质沥青中进行改性，并调节剪切机转速到6 000 r/min，高速剪切60 min，最后在125 ℃下充分溶胀，发育90 min。
1.3 改性沥青性能分析
相关研究表明：纳米TiO2质量分数为4%时，改性沥青基本性能变化较小，且可提高沥青的抗老化性能;SBS质量分数为5%时，改性沥青相比基质沥青体现出良好的感温性。按不同改性剂比例分为5组，改性沥青技术指标见表1。
相比较于基质沥青，加入纳米TiO2、SBS粉末沥青的改性沥青的针入度有所下降，且5%SBS改性沥青针入度降幅最大达43.06%，纳米TiO2对沥青的针入度影响较小，SBS可提高沥青的稠度;加入纳米TiO2、SBS粉末沥青的改性沥青相对于基质沥青软化点有所提高，其中3%TiO2+5%SBS可提高沥青软化点约53.43%，说明SBS及纳米TiO2对提高沥青的热稳定性有积极影响，SBS及纳米TiO2粉末改性剂可在沥青中发生溶胀，使得沥青分子团质量变高，分子团之间吸引力变大，从而提高了各组团之间的黏聚力，提高了沥青的热稳定性;加入纳米TiO2可大幅降低沥青的延度，而SBS粉末可提高沥青的延度。
2 TiO2/SBS复合改性沥青混合料配合比设计
沥青混合料的高温抗车辙能力60%依赖于其集料间的嵌锁作用，40%来源于沥青的黏结作用。采用AC-16级配类型进行研究，集料级配见表2。采用基质沥青作为比对方案（A组）及3种改性剂掺配试验方案：B组（4%TiO2），C组（3% TiO2+4%SBS），D组（5%SBS）。
3 TiO2/SBS复合改性沥青混合料路用性能
3.1 高温稳定性
采用高温车辙试验进行4组的高温稳定性评价，试验结果如图1所示。使用纳米TiO2及SBS改性后的沥青。
混合料较基质沥青混合料体现出了良好的高温稳定性，相比于5%SBS改性剂，3%TiO2+4%SBS改性剂对沥青软化点影响较小，对感温性的降幅较低，但却对沥青混合料的高温稳定性产生了较大的作用，相较于基质沥青混合料动稳定度提高了75.5%。
3.2 水稳定性
沥青混合料因水稳定性不足产生的沥青路面“水损害”不容忽视，采用浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验进行4组的水稳定性评价，试验结果如图2、图3所示。使用纳米TiO2及SBS改性后的沥青混合料均体现出了良好的水稳定性，其中单独使用纳米TiO2改性沥青对沥青混合料水稳定改善意义不大，使用纳米TiO2及SBS复合改性沥青混合料的浸水残留稳定度达92.5%，冻融劈裂抗拉强度比达93.8%。
从高温稳定性及水稳定性两方面来看，TiO2对其改性沥青混合料路用性能影响不大，但3%TiO2+4%SBS组合方式却有着良好的路用性能表现。纳米TiO2的加入与沥青及SBS改性剂产生了物化反应，改善了SBS与沥青之间的相容性，并且纳米TiO2具有吸收紫外线的作用，对沥青混合料的抗老化性起着重要作用，可以弥补SBS改性沥青易老化的特性。
4 结语
（1）掺加SBS降低了沥青的针入度，提高了沥青的软化度，使改性沥青具有更高的稠度及更低的感温性，适量的TiO2对沥青影响较少，3%TiO2+5%SBS掺配比的改性沥青的基本性能最好。
（2）SBS及纳米TiO2改性剂均能提高沥青混合料的高温稳定性能及水稳定性，相比于4%TiO2改性沥青混合料、5%SBS改性沥青混合料及基质沥青混合料，3%TiO2+4%SBS改性沥青混合料的高温稳定性及水稳定性更好。
（3）纳米TiO2会与沥青及SBS改性剂发生物化反应，从而改善SBS与沥青之间的相容性，使得其改性沥青混合料表现出更为优秀的路用性能，并且纳米TiO2具有吸收紫外线的作用，可以弥补SBS改性沥青易老化的特性。
参 考 文 献
[1]孙培，韩森，张洪亮，等.纳米CaCO3/SBR复合改性沥青及混合料的高温性能[J].材料导报，2016，30（8）：122-126.
[2]杨群，叶青，刘奕.TiO2改性沥青分散性与抗老化性能[J].同济大学学报（自然科学版），2011，39（2）：263-265，281.
[3]叶超，陈华鑫，王闯.纳米二氧化钛改性沥青混合料路用性能研究[J].中外公路，2010，30（3）：315-318.
[4]肖鹏，马爱群.SBS物理改性沥青与化学改性沥青性能对比研究[J].公路交通科技，2006（9）：10-14.
[责任编辑：钟声贤]
【关键词】道路工程;沥青混合料;纳米TiO2;SBS;复合改性
【中图分类号】U41 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）04-0085-02
0 引言
目前，我国高等级公路交通流量大、轴载重，这对当前主要道路类型的路面——沥青混合料路面提出了更高的质量要求。目前，提高沥青混合料高温稳定性的主要途径有两种：一是优化沥青混合料集料级配设计，通过选用高质量集料并改变各档集料比例，增大集料间内摩阻角;二是改性沥青，提高其高温状态下的黏度及黏附性，从而提高混合料抗高温变形能力。热塑性弹性体SBS是沥青改性剂中应用较广的高温稳定性改性剂，但其实际使用效果仍有可开发空间，本文以SBS改性沥青为基础，将纳米TiO2与SBS复合改性沥青，并研究纳米TiO2与SBS复合改性沥青混合料的路用性能。
目前，国内学者已经对纳米TiO2及SBS改性沥青展开研究，陈华鑫分析了SBS改性剂类型及剂量对改性沥青的温度敏感性、高低温特性等方面的影响，得出了SBS改性沥青细致的评价指标;叶超等人分析了纳米TiO2改性沥青混合料的综合路用性能，得出了纳米TiO2可提高改性沥青混合料的高温稳定性;杨群等人研究了纳米TiO2改性沥青的分散性及抗老化性，并得出了提高抗老化性能条件下纳米TiO2的最佳掺量。
1 TiO2/SBS复合改性沥青制备及其性能
1.1 原材料
基質沥青为洛阳生产的70#道路石油沥青，纳米TiO2粉末由杭州万景新材料有限公司生产，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产。
1.2 TiO2/SBS复合改性沥青制备
本试验采用的是高速剪切法（高速剪切混合乳化机）制备改性沥青。将一定量熔融的流动态基质沥青加入高速剪切机附带器皿中，持续加热并开动转头以2 400 r/min的转速搅拌基质沥青约5 min，同时保证温度为165 ℃。将混合好的改性剂缓慢加入基质沥青中进行改性，并调节剪切机转速到6 000 r/min，高速剪切60 min，最后在125 ℃下充分溶胀，发育90 min。
1.3 改性沥青性能分析
相关研究表明：纳米TiO2质量分数为4%时，改性沥青基本性能变化较小，且可提高沥青的抗老化性能;SBS质量分数为5%时，改性沥青相比基质沥青体现出良好的感温性。按不同改性剂比例分为5组，改性沥青技术指标见表1。
相比较于基质沥青，加入纳米TiO2、SBS粉末沥青的改性沥青的针入度有所下降，且5%SBS改性沥青针入度降幅最大达43.06%，纳米TiO2对沥青的针入度影响较小，SBS可提高沥青的稠度;加入纳米TiO2、SBS粉末沥青的改性沥青相对于基质沥青软化点有所提高，其中3%TiO2+5%SBS可提高沥青软化点约53.43%，说明SBS及纳米TiO2对提高沥青的热稳定性有积极影响，SBS及纳米TiO2粉末改性剂可在沥青中发生溶胀，使得沥青分子团质量变高，分子团之间吸引力变大，从而提高了各组团之间的黏聚力，提高了沥青的热稳定性;加入纳米TiO2可大幅降低沥青的延度，而SBS粉末可提高沥青的延度。
2 TiO2/SBS复合改性沥青混合料配合比设计
沥青混合料的高温抗车辙能力60%依赖于其集料间的嵌锁作用，40%来源于沥青的黏结作用。采用AC-16级配类型进行研究，集料级配见表2。采用基质沥青作为比对方案（A组）及3种改性剂掺配试验方案：B组（4%TiO2），C组（3% TiO2+4%SBS），D组（5%SBS）。
3 TiO2/SBS复合改性沥青混合料路用性能
3.1 高温稳定性
采用高温车辙试验进行4组的高温稳定性评价，试验结果如图1所示。使用纳米TiO2及SBS改性后的沥青。
混合料较基质沥青混合料体现出了良好的高温稳定性，相比于5%SBS改性剂，3%TiO2+4%SBS改性剂对沥青软化点影响较小，对感温性的降幅较低，但却对沥青混合料的高温稳定性产生了较大的作用，相较于基质沥青混合料动稳定度提高了75.5%。
3.2 水稳定性
沥青混合料因水稳定性不足产生的沥青路面“水损害”不容忽视，采用浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验进行4组的水稳定性评价，试验结果如图2、图3所示。使用纳米TiO2及SBS改性后的沥青混合料均体现出了良好的水稳定性，其中单独使用纳米TiO2改性沥青对沥青混合料水稳定改善意义不大，使用纳米TiO2及SBS复合改性沥青混合料的浸水残留稳定度达92.5%，冻融劈裂抗拉强度比达93.8%。
从高温稳定性及水稳定性两方面来看，TiO2对其改性沥青混合料路用性能影响不大，但3%TiO2+4%SBS组合方式却有着良好的路用性能表现。纳米TiO2的加入与沥青及SBS改性剂产生了物化反应，改善了SBS与沥青之间的相容性，并且纳米TiO2具有吸收紫外线的作用，对沥青混合料的抗老化性起着重要作用，可以弥补SBS改性沥青易老化的特性。
4 结语
（1）掺加SBS降低了沥青的针入度，提高了沥青的软化度，使改性沥青具有更高的稠度及更低的感温性，适量的TiO2对沥青影响较少，3%TiO2+5%SBS掺配比的改性沥青的基本性能最好。
（2）SBS及纳米TiO2改性剂均能提高沥青混合料的高温稳定性能及水稳定性，相比于4%TiO2改性沥青混合料、5%SBS改性沥青混合料及基质沥青混合料，3%TiO2+4%SBS改性沥青混合料的高温稳定性及水稳定性更好。
（3）纳米TiO2会与沥青及SBS改性剂发生物化反应，从而改善SBS与沥青之间的相容性，使得其改性沥青混合料表现出更为优秀的路用性能，并且纳米TiO2具有吸收紫外线的作用，可以弥补SBS改性沥青易老化的特性。
参 考 文 献
[1]孙培，韩森，张洪亮，等.纳米CaCO3/SBR复合改性沥青及混合料的高温性能[J].材料导报，2016，30（8）：122-126.
[2]杨群，叶青，刘奕.TiO2改性沥青分散性与抗老化性能[J].同济大学学报（自然科学版），2011，39（2）：263-265，281.
[3]叶超，陈华鑫，王闯.纳米二氧化钛改性沥青混合料路用性能研究[J].中外公路，2010，30（3）：315-318.
[4]肖鹏，马爱群.SBS物理改性沥青与化学改性沥青性能对比研究[J].公路交通科技，2006（9）：10-14.
[责任编辑：钟声贤]