SBS改性瀝青在高速公路工程中的應(yīng)用

時海霞

摘 要：作為國民經(jīng)濟實力與現(xiàn)代化水平的關(guān)鍵標(biāo)志，公路交通建設(shè)是國民經(jīng)濟增長中不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。自第一條高速公路建成通車后，截至2018年底，我國高速公路通車?yán)锍桃呀?jīng)超過14.26萬km，穩(wěn)居世界第一。隨著高速公路建設(shè)規(guī)模的持續(xù)擴大，大量新技術(shù)、新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，SBS改性瀝青作為一種新材料，可改善瀝青路面使用性能。為此，本文在充分掌握SBS改性瀝青特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程案例，分析了施工技術(shù)要點等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：SBS改性瀝青;高速公路;工程概況

中圖分類號：U414 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）35-0125-03

Application of SBS Modified Asphalt in Highway Engineering

SHI Haixia

（China Construction Seventh Engineering Division. Corp. Ltd.，Zhengzhou Henan 450004）

Abstract： As a key symbol of national economic strength and modernization level， highway transportation construction is an indispensable infrastructure for national economic growth. Since the first expressway was opened to traffic， as of the end of 2018， the mileage of expressways in China has exceeded 142，600 km， ranking first in the world. With the continuous expansion of the scale of highway construction， a large number of new technologies， new materials and new processes are constantly emerging. As a new material， SBS modified asphalt can improve the performance of asphalt pavement. To this end， on the basis of fully grasping the characteristics of SBS modified asphalt， combined with specific engineering cases， this paper analyzed the construction technical points and other contents.

Keywords： SBS modified asphalt;highway;engineering profile

SBS改性瀝青作為瀝青混合料的結(jié)合料，已成為高速公路工程瀝青路面應(yīng)用的發(fā)展趨勢。它可以有效改善瀝青路面的使用性能，增強路面彈性、韌性及抗車轍能力，降低路面變形程度[1-3]。為此，在高速公路工程建設(shè)中做好SBS改性瀝青施工技術(shù)研究具有重要的意義與價值。

1 SBS改性瀝青的特點

改性瀝青，是指摻加橡膠、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，從而使瀝青或瀝青混合料的性能得以改善[4-6]。SBS改性劑是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，也是一種多相結(jié)構(gòu)的熱塑性彈性體，兼具橡膠和樹脂類兩類改性瀝青的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，具有良好的彈性（變形自恢復(fù)性及裂縫自愈性）。將其用于瀝青混凝土內(nèi)，可進(jìn)一步提高瀝青混合料的抗永久性變形能力、抗低溫開裂能力、疲勞開裂能力和抗水損害能力。當(dāng)SBS改性劑摻加到基質(zhì)瀝青之后，通過剪切、攪拌、發(fā)育等工藝，SBS均勻地分散在瀝青中，SBS端基（聚苯乙烯）轉(zhuǎn)化并流動，中基（聚丁二烯）吸收瀝青的軟瀝青質(zhì)組分，形成海綿狀材料，體積增大許多倍，并迅速溶脹。當(dāng)冷卻后，端基再度硬化且物理交聯(lián)，使中基嵌段進(jìn)入具有彈性的三維網(wǎng)狀中，這種通常加工溫度下呈塑性流動狀態(tài)，而在常溫下不需要硫化即成橡膠的特點，充分說明SBS改性瀝青具有很好的路用性能。改性劑的摻量根據(jù)基質(zhì)瀝青組分、改性劑各類、外摻劑等種類通過試驗確定，一般控制在5%以內(nèi)。SBS改性瀝青的特點如表1所示。

2 具體案例

某高速公路施工段落為30km，四季分明，雨熱同季，但冬季寒冷，夏季炎熱，屬于夏熱冬冷半干區(qū)。該高速公路是“十二五”時期交通運輸發(fā)展的重點建設(shè)項目，是某市通往機場和新區(qū)的唯一便捷通道，并承擔(dān)著較重的交通量。本條高速公路選擇了SBS改性瀝青作為瀝青混合料中的結(jié)合料。結(jié)合工程所在地區(qū)的氣候條件和改性瀝青對施工工藝特殊性的要求，怎樣保證本工程施工質(zhì)量的穩(wěn)定性，保證瀝青路面的使用性能，是本工程重點研究的內(nèi)容。在施工過程中，人們主要從以下幾方面進(jìn)行研究控制。

表1 SBS改性瀝青的特點

敏感性 高溫條件下，混合料內(nèi)可形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物，從而對瀝青分子的相對運動起到阻止作用，改善行車穩(wěn)定性 3 抗老化性 相比基質(zhì)瀝青，SBS改性劑內(nèi)的聚丁二烯玻璃化溫度較低，低溫條件下將嚴(yán)重影響基質(zhì)瀝青分子運動。但是，SBS改性劑分子柔性良好，可減小改性瀝青混合料的低溫脆性，同時增強混合料的低溫抗裂能力 4 疲勞特性 相較基質(zhì)瀝青，SBS改性瀝青的抗老化性能良好，彈性復(fù)原能力是基質(zhì)瀝青老化的主要影響因素，在瀝青混合料逐步老化的過程中，針入度將隨之下降，添加SBS改性劑，將會對瀝青混合料硬化、氧化的作用進(jìn)一步改善，從而增強混合料的抗老化性能 ]

2.1 改性的生產(chǎn)加工控制

改性瀝青生產(chǎn)加工地應(yīng)選擇與工地運輸方便、距離近的地方。決定改性瀝青的改性效果和青制作工藝質(zhì)量的關(guān)鍵因素是改性劑與基質(zhì)瀝青的相容性。針對不同組分的基質(zhì)瀝青，一般通過增加外加劑來改善改性劑與瀝青組分的相容性，提高改性瀝青的質(zhì)量。在生產(chǎn)加工過程中，基質(zhì)瀝青溫度、改性劑顆粒大小、分散程度、發(fā)育時間等都直接影響改性瀝青的質(zhì)量。生產(chǎn)改性瀝青宜配備快速換熱裝置，進(jìn)行基質(zhì)瀝青升溫，基質(zhì)瀝青的生產(chǎn)溫度控制在170～175℃;為保證計量的準(zhǔn)確性，各種材料添加裝置應(yīng)具有自動計量功能;為保證混合均勻性，預(yù)混罐和發(fā)育罐應(yīng)配置攪拌裝置;改性劑通過膠體磨高速剪切研磨，剪切研磨后，SBS細(xì)度為1～10μm，均勻度（大于10μm）的顆粒不大于5%;發(fā)育溫度控制在182～187℃，混合發(fā)育時間根據(jù)試驗結(jié)果確定，一般為2～6h。外加劑摻加量通過試驗確定后，橡膠油可先擇在研麿前和發(fā)育過程中添加，穩(wěn)定劑在發(fā)育結(jié)束后1～1.5h緩慢均勻加入，不可以一次性加工，避免造成改性劑成團(tuán)，同時要避免攪拌不均勻。

2.2 配合比設(shè)計

配合比設(shè)計經(jīng)過三個階段，即目標(biāo)配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計和驗證配合比設(shè)計。由于工地實驗室試驗環(huán)境和儀器配置限制，目標(biāo)配合比設(shè)計和生產(chǎn)配合比驗證兩個階段外委至具有甲級試驗資質(zhì)的單位進(jìn)行設(shè)計及驗證。配合比所使用的原材料應(yīng)和后續(xù)施工生產(chǎn)的廠家和材質(zhì)保持一致，在配合比設(shè)計前，應(yīng)進(jìn)行全套技術(shù)指標(biāo)檢測，集料的針片狀含量、高溫壓碎值、黏附性、CaO含量和磨耗值等指標(biāo)只有符合規(guī)范和設(shè)計要求，方可進(jìn)行設(shè)計。在生產(chǎn)配合比設(shè)計中，按照目標(biāo)配合比確定的拌和機供料比例、進(jìn)料速度進(jìn)行各熱料倉取樣，進(jìn)行篩分，確定拌合樓各熱料倉配合比。取目標(biāo)配合比設(shè)計的最佳瀝青用量OAC、OAC±0.3%，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實試驗，并對高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性和滲水性能等各項使用性能進(jìn)行檢驗，使其符合設(shè)計及規(guī)范要求。同時，綜合考慮工程實踐經(jīng)驗、公路等級、氣候條件和交通情況，確定最佳配合比。在施工前，通過拌合樓試拌、鋪筑試驗段取樣檢測，確定標(biāo)準(zhǔn)配合比，控制礦料合成級配中0.075mm、2.36mm和4.75mm及公稱最大粒徑26.5mm和13.2mm的通過率接近優(yōu)選工程設(shè)計級配范圍的中值，并避免在0.3～0.6mm篩孔處出現(xiàn)駝峰。經(jīng)配合比驗證確定，標(biāo)準(zhǔn)配合比各項技術(shù)指標(biāo)滿足要求，方可進(jìn)行大面積施工。

2.3 拌和

本工程根據(jù)工程量，選擇采用日工5000型拌和機，生產(chǎn)能力能夠滿足施工進(jìn)度要求。瀝青混合料拌和時間以瀝青均勻裹覆集料為準(zhǔn)，逐盤向拌和機內(nèi)按比例投入集料-瀝青-礦粉，每盤混合料拌和生產(chǎn)周期為55s（其中干拌時間為5s），為了保證混合料拌和均勻一致，無花白料，無結(jié)團(tuán)成塊或粗細(xì)離析，項目設(shè)置了專職質(zhì)檢員對混合料的表觀質(zhì)量和出料溫度進(jìn)行檢測。拌和過程中逐盤采集并打印各個傳感器測量的材料用量、瀝青混合料拌量、拌和溫度等各項參數(shù)，以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況，分析原因進(jìn)行整改。為保證混合料的出廠溫度，改性瀝青的生產(chǎn)溫度比普通瀝青混合料提高10～20℃，出廠溫度進(jìn)行逐車檢測。溫度范圍如表2所示。

表2 SBS瀝青混合料生產(chǎn)加工溫度及出料溫度

2.4 運輸

每次運料前需要將車廂清理干凈，防止瀝青粘接車廂，在車廂板上涂一薄層隔離劑。為了避免拌合樓向運輸車放料造成離析，采用五步裝料法裝料。由于本地區(qū)氣候溫差較大，運距較遠(yuǎn)，為了防止溫度散失，防雨、防污染，運輸車覆蓋了棉被和雨篷，卸料過程中不揭開篷布。

2.5 攤鋪

攤鋪前應(yīng)提前1h對攤鋪機熨平板進(jìn)行預(yù)熱，熨平板的溫度不低于100℃，尤其注意保證冷接縫處熨平板的預(yù)熱溫度，以減少拖痕和拉槽。攤鋪時，攤鋪機前面至少有5車混合料等待，卸料過程中邊前進(jìn)，邊收斗，減少攤鋪機收料斗的收斗頻率，不得中途停機待料，以提高平整度，減少混合料的離析;布料槽中的高度始終保持在螺旋送料器2/3高度以上，并做到布料均勻。攤鋪過程中不得隨意變更速度或停頓，攤鋪速度根據(jù)生產(chǎn)能力、攤鋪寬度、攤鋪厚度確定，并控制在2.5～3.0m/min;攤鋪過程中應(yīng)有專人緊跟攤鋪機檢查混合料攤鋪面是否有集料離析，及時進(jìn)行撒料和換填?？紤]到ATB-25厚度較大，為提高初始壓實度，保證平整度，夯錘振實系數(shù)根據(jù)攤鋪速度進(jìn)行及時調(diào)整，初始壓實度控制在80%以上。為保障粗集料與細(xì)集料均勻分布，不出現(xiàn)粗細(xì)集料離析，在攤鋪機熨平板兩側(cè)加設(shè)橡膠擋板或，距離基層頂面小于10cm，不讓粗集料滾落在下細(xì)集料上。瀝青混合料的攤鋪溫度下面層和上面層均不得低于165℃。攤鋪現(xiàn)場設(shè)專人量測混合料的攤鋪溫度，并做好記錄，對于不符合溫度要求的瀝青混合料及時清除。

2.6 碾壓

待完成瀝青混合料攤鋪施工之后，便可進(jìn)入碾壓施工階段，碾壓溫度符合表3要求。

表3 瀝青混合料碾壓溫度范圍

為避免膠輪壓路機的輪胎與材料粘黏，本工程通過創(chuàng)新采用自動噴淋裝置。碾壓工藝可采用雙鋼輪振動壓路機+膠輪壓路機的方式進(jìn)行壓實作業(yè)，具體如下：初壓采用2臺雙鋼輪振動壓路機緊跟攤鋪機碾壓2遍，1靜1振，碾壓速度為2～3km/h，輪跡重疊1/3;復(fù)壓采用2臺膠輪壓路機揉搓碾壓4～6遍，碾壓速度為3～5km/h，輪跡重疊1/3～1/2，冷態(tài)時的輪胎充氣壓力不小于0.55MPa，輪胎發(fā)熱后不小于0.6MPa，各個輪胎的氣壓應(yīng)大體相同;終壓采用1臺雙鋼輪壓路機靜壓收面1～2遍，碾壓速度為3～5km/h，輪跡重疊1/3，使表面平整無輪跡。邊部碾壓采用1臺小型雙鋼輪壓路機碾壓4遍，2遍弱振2遍強振，碾壓速度為3.0～5.0km/h。

3 質(zhì)量檢驗

施工過程中自覺進(jìn)行自檢、互檢、交接檢，并定期不定期地組織質(zhì)量檢查，通過先進(jìn)的檢測試驗手段，配合工地質(zhì)檢工程師和監(jiān)理工程師進(jìn)行全面的施工質(zhì)量控制。所有工序的施工質(zhì)量合格率控制在95%以上。

4 結(jié)語

在瀝青混合料施工中，施工人員要選擇合適的SBS改性瀝青生產(chǎn)加工工藝，合理進(jìn)行配合比設(shè)計，嚴(yán)格控制拌和、運輸、攤鋪和碾壓等工藝流程。實踐表明，SBS改性瀝青可以廣泛應(yīng)用在高速公路工程中，能夠保證施工質(zhì)量和路用性能。

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