SBS改性瀝青混合料在高速公路上的應(yīng)用

趙博文（遼寧省交通廳公路管理局,沈陽 110005）

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SBS改性瀝青混合料在高速公路上的應(yīng)用

趙博文
（遼寧省交通廳公路管理局,沈陽 110005）

摘 要：本文主要論述了改性瀝青的定義、機(jī)理及分類，SBS改性瀝青混合料及其在高速公路上的應(yīng)用；并通過車轍試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)，對(duì)SBS改性瀝青混合料的實(shí)際性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：改性瀝青；SBS改性瀝青混合料；車轍試驗(yàn)

隨著國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展帶來的交通量地迅速增長，公路建設(shè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。交通流量和行駛頻度的急劇增長、貨運(yùn)車輛軸重的不斷增加、超載現(xiàn)象的頻頻出現(xiàn)，這些都對(duì)路面結(jié)構(gòu)和路用材料提出了更高的要求。很多公路瀝青路面即使使用了重交通道路瀝青或進(jìn)口瀝青，仍不能滿足需要，車轍、開裂、坑槽等病害依舊嚴(yán)重。提高公路的高溫抗車轍能力、低溫抗開裂能力、耐磨耗能力和使用壽命已成為目前急需解決的問題。經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，改性瀝青的出現(xiàn)和應(yīng)用使問題得到了有效緩解。改性瀝青由于添加了具有良好彈性的高分子，其性能和技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了道路瀝青和重交通道路瀝青的性能，其良好的高溫穩(wěn)定性和低溫延展性，對(duì)提高路面質(zhì)量、延長使用周期具有顯著的效果。我國改性瀝青的研究開發(fā)及應(yīng)用，雖然起步較晚，但發(fā)展迅猛，各省市都在開發(fā)和應(yīng)用改性瀝青路面。

1 改性瀝青介紹

1.1 改性瀝青定義

改性瀝青是指摻加橡膠、樹脂高分子聚合物、磨細(xì)的橡膠粉或其他填料等外摻劑（改性劑），或采取對(duì)瀝青輕度氧化加工等措施，使瀝青或?yàn)r青混合料的性能得以改善而制成的瀝青結(jié)合料。

我國現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中對(duì)改性瀝青的描述如下：摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、天然瀝青、磨細(xì)的橡膠粉，或者其他材料等外摻劑（改性劑）制成的瀝青結(jié)合料。基質(zhì)瀝青是指用于生產(chǎn)改性瀝青，摻加改性劑進(jìn)行改性的基礎(chǔ)瀝青。改性劑是指在瀝青或?yàn)r青混合料中加入的天然或人工合成的有機(jī)或無機(jī)材料，可熔融或分散在瀝青中，以改善或提高瀝青的路用性能的材料。

1.2 改性機(jī)理及改性過程

改性瀝青的改性機(jī)理遵循化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)相似相容的原則，大致可分為兩種：一是通過化學(xué)反應(yīng)改變?yōu)r青的組成成分，二是使改性劑均勻分布在瀝青基質(zhì)中并形成一定的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。改性瀝青良好的性能來源于對(duì)其添加的品種繁多的改性劑，這些改性劑中的聚合物粒子在基質(zhì)瀝青中通過溶脹、增塑、分解或交聯(lián)等復(fù)雜的物理、化學(xué)過程，與瀝青混溶形成新的穩(wěn)定的分散體系，從而很大程度地改善了瀝青的力學(xué)性能。這就如同在混凝土中加了鋼筋，使其材料的力學(xué)性能得到提高和充分利用一樣。

改性過程一般需要熔脹、分散磨細(xì)、繼續(xù)發(fā)育三個(gè)過程。在瀝青的改性過程中，為了阻止有可能發(fā)生的離析現(xiàn)象，瀝青的改性過程是在一種專門的移動(dòng)設(shè)備中完成的。即首先將液態(tài)的包括瀝青和改性劑的混合料通過滿布溝槽的膠體磨，改性劑的分子在高速旋轉(zhuǎn)的膠體磨的作用下逐漸被裂解，在改性劑分子裂解后形成了新的結(jié)構(gòu)的同時(shí)被激射到膠體磨壁上再反彈回來，均勻地混合到瀝青當(dāng)中。如此往復(fù)循環(huán)，不僅使瀝青與改性劑得到了均化處理，而且使改性劑的分子鏈形成了新的網(wǎng)狀排列，形成聚合物，進(jìn)而提高了強(qiáng)度，增強(qiáng)了抗疲勞能力。

1.3 改性瀝青分類

國、內(nèi)外瀝青改性劑常用的主要有SBS、SBR、EVA、PE等四種。但這些改性劑通常不單獨(dú)面向?yàn)r青路面工程供應(yīng)，而是以改性瀝青廠家的工廠預(yù)制為應(yīng)用渠道。用戶在現(xiàn)場往往直接使用成品改性瀝青，看不到改性劑本身。目前市場上面向?yàn)r青路面用戶的瀝青改性劑主要是一些專用功能的外加材料，國內(nèi)外均有一些相關(guān)產(chǎn)品，多數(shù)以抗車轍和水損壞為主打方向。

通過瀝青改性劑的類型可將改性瀝青分為三類。I類為SBS類，屬于熱塑性橡膠類聚合物改性瀝青，其中I-A型和I-B型適用于寒冷地區(qū)，I-C型適用于較熱地區(qū)，I-D型適用于炎熱地區(qū)及重交通量路段；II類為SBR類，屬于橡膠類聚合物改性瀝青，其中II-A型適用于寒冷地區(qū)，II-B和II-C型適用于較熱地區(qū)；III類為EVA、PE類，屬于聚合物改性瀝青，適用于較熱地區(qū)和炎熱地區(qū)，通常要求軟化點(diǎn)溫度比最高月使用溫度的最大日空氣溫度要高20℃。我國公路使用最廣泛的為SBS改性瀝青。

2 SBS改性瀝青在盤營高速公路上的研究結(jié)果

2.1 SBS改性瀝青

SBS是一種熱塑性彈性體（熱塑性丁苯橡膠），表現(xiàn)為條形或星形的分子結(jié)構(gòu)，常用做高等級(jí)路面的瀝青混合料。其對(duì)瀝青的改性機(jī)理除了一般的混合、溶解、溶脹等物理作用外，通過一定條件下產(chǎn)生交聯(lián)作用，形成不可逆化學(xué)鍵，形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使瀝青獲得彈性和強(qiáng)度。目前SBS改性瀝青的質(zhì)量特性主要由針入度、軟化點(diǎn)、粘度、脆點(diǎn)、彈性恢復(fù)率等指標(biāo)評(píng)價(jià)。歐美的研究表明，在石油瀝青中摻入4%～10%的SBS材料，可較大幅度提高使瀝青的軟化點(diǎn)和粘度。但在施工溫度為160℃以上時(shí)，改性瀝青的粘度卻與石油瀝青未改性時(shí)相近。改性后瀝青在低于脆點(diǎn)溫度時(shí)仍具有柔性，使韌性增加，改善低溫抗裂性能。

2.2 研究成果

盤營高速公路是遼寧省的重點(diǎn)工程之一。盤營高速公路全線設(shè)計(jì)為雙向四車道，整體呈Y字形走向。盤營高速公路瀝青路面面層結(jié)構(gòu)為：上面層5cm厚AC-16I瀝青混凝土，采用“遼河AH-110”SBS改性瀝青；中面層6cm厚AC-20I瀝青混凝土，采用遼河“AH-110”重交通石油瀝青；下面層7cm厚AC-25I瀝青混凝土，采用“遼河AH-110”重交通石油瀝青。按我國瀝青路用性能氣候分區(qū)圖，盤營高速公路地區(qū)屬于2-2區(qū)。

筆者通過對(duì)盤營高速公路主線第三、四、五標(biāo)段SBS改性瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)檢驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定度（DS）、水穩(wěn)定性試驗(yàn)檢驗(yàn)其殘留穩(wěn)定度，得出如下結(jié)論。具體檢驗(yàn)結(jié)果如表1、圖1和表2所示。

按照改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性技術(shù)要求，2-2區(qū)動(dòng)穩(wěn)定度不小于1400次/mm，殘留穩(wěn)定度不小于80%。本次試驗(yàn)結(jié)果，動(dòng)穩(wěn)定度為1552.6次/mm，殘留穩(wěn)定度為84.3%。兩項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。

表1 瀝青混合料車轍試驗(yàn)

圖1 車轍試驗(yàn)曲線

表2 浸水馬歇爾試驗(yàn)

通過對(duì)SBS改性瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)、（60℃，0.7MPa條件下）車轍試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)，可以得出SBS改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度及殘留穩(wěn)定度要明顯好于未改性瀝青混合料的穩(wěn)定度。雖然盤營高速公路的后期施工中沒有對(duì)SBS瀝青混合料的低溫性能再次進(jìn)行檢測(cè)，但由上述試驗(yàn)結(jié)果可以推測(cè)，其低溫性能也是優(yōu)良的。綜上所述，在盤營高速公路上使用國產(chǎn)“AH-110”SBS改性瀝青，其實(shí)際的使用效果是滿足要求的；SBS改性瀝青混合料以其良好的彈性及高溫和低溫性能，在盤營高速公路上的應(yīng)用是比較成功的。

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.080