干法SBS改性瀝青在國道312線的應用研究

文∕鄭軍

1 前言

隨著交通流量和行駛頻度的急劇增長，貨運車的軸重不斷增加，因此對路面提出了更高的要求。如提高路面抗流變性，即高溫下抗車轍的能力；提高柔性和彈性，即低溫抗裂能力；另外，提高耐磨耗能力和延長使用壽命。而這種情況下，使用普通道路石油瀝青已不能滿足要求，我們必須使用改性瀝青。

我國瀝青路面的主流改性技術，主要采用“濕法”工藝預先制備SBS 改性瀝青，但其存在無法克服的熱力學不穩(wěn)定、容易變質的技術缺陷，SBS 改性劑從瀝青中離析，性能變異；SBS 在改性瀝青中受熱分解，使用前性能不斷衰減；使用過程占地、運輸和加熱能耗大等問題[1]。與此同時，市場上“低質低價”的無序競爭也嚴重侵害了行業(yè)健康發(fā)展。由于改性瀝青質量問題導致的短命工程頻頻上演，成為行業(yè)技術管理的痛點和難點。

2 直投式干法SBS 改性劑特點

SBS 是苯乙烯-丁二烯嵌段共聚型熱塑性彈性體，其高低溫等性能較為全面且疲勞性能好，不僅能夠有效改善瀝青的溫度性能、拉伸性能、彈性、內(nèi)聚附著性能、混合料的穩(wěn)定性、耐老化性等，還能改善了瀝青的水穩(wěn)定性，提高路面的抗疲勞能力、抗車轍能力。使用SBS 對普通石油瀝青進行改性，占到國內(nèi)外所有瀝青改性技術類型的90%以上。

直投式干法SBS 改性劑短鏈星型SBS 速熔化等技術將SBS 熔融速度提高了約100 倍。另外，還開發(fā)了新一代干法SBS 改性劑（SBS-T），它可直投于拌合樓，使SBS-T 與集料和基質瀝青在短時間拌合過程中快速熔融，達到微米級分散，在充分發(fā)揮SBS 改性效果的同時，直接拌合成為性能優(yōu)良的SBS 改性瀝青混合料[2]。

2.1 技術性能優(yōu)勢

干法SBS 改性滿足JTG F40《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》對SBS 改性瀝青及改性瀝青混合料的各項要求，且性能指標優(yōu)良，可滿足性能等級。干法SBS更為重要的技術優(yōu)勢體現(xiàn)在：SBS 能在熔融改性后的性能高峰立即拌合、攤鋪混合料，而不是在濕法工藝的性能衰減中被動使用。

2.2 節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢

傳統(tǒng)SBS 改性瀝青加工占用大量土地資源，不僅能耗大、污染大，還會增加不必要的社會成本和間接費用。而干法SBS 僅涉及其中4～5%的SBS 改性劑，減少了不必要的瀝青中轉運輸和多次加熱，能耗僅為濕法SBS 瀝青的2%左右，以此可以為綠色公路建設提供科技支撐。干法SBS 改性材料本身無毒，但因其為細小粉末狀，所以施工時只需佩戴口罩和手套，以防吸入造成的不適以及皮膚接觸可能產(chǎn)生的過敏反應。

2.3 機動靈活優(yōu)勢

干法SBS 技術很好地滿足和實現(xiàn)道路工程各種個性化需求，具體包括：

2.3.1 車轍易發(fā)路段，如交叉口、長上坡、公交車道等，可通過調節(jié)用量增強性能。

2.3.2 養(yǎng)護工程或小規(guī)模使用改性瀝青項目，無儲存問題，且機動靈活。

2.3.3 部分基質瀝青進行SBS 改性存在離析嚴重等缺陷，而干法SBS 則無相容性問題。

2.3.4 偏遠地區(qū)項目，采用干法SBS 技術可降低因運距較遠引起的改性瀝青儲存變質風險。

在實際工程應用中，濕法工藝制備的SBS 改性瀝青會因長途運輸、加熱溫度波動和儲存罐的攪拌等，導致SBS 進一步降解；而干法SBS 改性劑常溫儲存，使用的普通基質瀝青加熱溫度較低，不存在儲存變質問題，所以其性能始終如一。“拌合即改性”，應用時始終使SBS 是剛熔融的“新鮮”和高性能狀態(tài)，這是干法SBS 技術原理上的優(yōu)勢，也是其工藝先進性的最有力證明。

3 干法SBS 改性瀝青在國道312 線的實際應用

G312 線永登縣苦水鎮(zhèn)至天?？h華藏寺鎮(zhèn)界牌村公路，經(jīng)過多年的運營，且隨著地方經(jīng)濟的大力發(fā)展，超重載車輛的日益增多。特別是2017年全國二級公路收費站的取消和高速公路計重收費的實施，使車流量迅猛增加，車輛密集運行，導致路況日益降低。目前該路段路基路面變形、車轍嚴重，需要投入大量養(yǎng)護，并進行路面病害處置工作；這在增加養(yǎng)護成本的同時，還影響車輛通行的便捷和舒適性。

永登公路段在G312 線K2315+000-K2316+000 段實施了1km 干法SBS 改性瀝青混合料試驗段鋪筑，并結合甘肅暢隴公路養(yǎng)護技術研究院對試驗段開展了性能檢測和數(shù)據(jù)觀測收集。在試驗段鋪筑現(xiàn)場取料及鉆取芯樣后，對瀝青混合料進行了車轍試驗、浸水殘留穩(wěn)定度試驗，同時對芯樣進行了體積指標、15℃劈裂強度測試，結果如下：

3.1 芯樣檢測數(shù)據(jù)

試驗段現(xiàn)場鉆取4 個芯樣，經(jīng)4 個芯樣檢測得出，干法SBS 改性瀝青混合料的壓實度為96%、96.4%、97.1%、96.4%，壓實度合格率為100%，空隙率為3.8、3.4、3.6、4.4，空隙率均處于3～6 范圍內(nèi)，壓實度和空隙率均符合技術要求[3]。

測試15℃劈裂強度得出，4 個芯樣劈裂強度為1.089MPa、1.334MPa、1.321MPa、1.090MPa，劈裂強度均＞1MPa，平均值達到1.209MPa。

3.2 混合料檢測數(shù)據(jù)

測試了所取現(xiàn)場瀝青混合料的車轍動穩(wěn)定度指標和水穩(wěn)殘留穩(wěn)定度指標，并采用車轍試驗驗證干法SBS改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，平行兩組車轍試驗結果顯示：試件1、2 在車轍深度為2.937mm 和3.647mm 時，車轍動穩(wěn)定度為3089 次/mm、2856 次/mm，指標均滿足≥2800 次/mm 的技術要求。

利用殘留穩(wěn)定度指標驗證干法SBS 改性瀝青混合料的水穩(wěn)性能，平行4 組試件的普通穩(wěn)定度指標均滿足技術要求，且平均值為16.23kN。經(jīng)過48h 浸水處理后，其殘留穩(wěn)定度指標平均值為82.1%，滿足技術要求（≥80）。表明通過干法SBS 改性瀝青的方式得到的瀝青混合料水溫性能可以保證滿足技術要求。

4 經(jīng)濟性分析

干法SBS 技術方案使用的是基質瀝青，而單獨采購干法SBS 改性劑時，干法SBS 改性劑推薦摻量為5%～6%（外摻，干法SBS 可等量替代基質瀝青使用量），該用量下瀝青混合料性能可以達到性能優(yōu)良的改性瀝青混合料的性能。

4.1 干法與濕法改性瀝青經(jīng)濟性比較

在經(jīng)濟性上，干法與濕法兩者的施工溫度和拌合時間基本相當，干法需要投入投料機，濕法則需要更高的瀝青保溫。兩者抵消后，施工成本相當，所以主要對比兩者的材料成本。濕法改性成本由原材料+加工費+固定資產(chǎn)折舊+管理費組成，其中材料費按4.5%SBS、單價1.8 萬，替換瀝青（按4000 元/噸）量后，增加價格為630 元；生產(chǎn)及運輸能耗及人工費為100+100=200 元，設備折舊按每噸50 元；管理費及利潤按10%～15%，合計約1000 元[4]。

干法SBS 改性成本與用量有關，基質瀝青按單價4000 元/噸計，成品SBS 改性瀝青在基質瀝青基礎上增加約1000 元左右，即成本SBS 改性瀝青5000 元/噸；干法SBS 單價以22000 元/噸計。干法工藝換算為每噸瀝青改性的費用增加平均在700～1200 之間，具體可根據(jù)項目需求選擇。這就是干法改性的機動靈活性所在。

若按照5.5%推薦用量，則干法SBS 方案改性比普通瀝青價格增加938 元/噸，而濕法改性瀝青比普通瀝青平均高出1000 元/噸，干法SBS 比濕法SBS 瀝青降低，具有顯著的經(jīng)濟性優(yōu)勢。

從全壽命周期看，使用干法SBS 改性劑，投入成本不僅低于傳統(tǒng)SBS 瀝青，還換來了充足的SBS 改性劑用量、優(yōu)良的路用性能，克服了諸多傳統(tǒng)SBS 瀝青技術質量缺陷，預期可將路面使用壽命延長25% 以上。初步測算，按照每公里大修投資200 萬元計算、平均8年維修周期，每公里可節(jié)約養(yǎng)護資金50 萬元，以此能夠減少維修活動對道路通行和環(huán)境的影響，并具有十分突出的經(jīng)濟效益與社會效益。

4.2 干法SBS 改性瀝青的投入產(chǎn)出比、經(jīng)濟效益

國內(nèi)目前的工廠化濕法SBS 改性瀝青存在儲存離析和降解衰變等缺陷，無法遠運；而在當?shù)亟◤S生產(chǎn)，則在征用土地、環(huán)評、用工、配套產(chǎn)業(yè)（包括化工材料和機械設備）等環(huán)節(jié)都存在較大的實施難度，費用投入也非常巨大。

相比干法SBS 僅需將瀝青直接運輸?shù)焦さ?，濕法改性瀝青需要在第三方工廠將基質瀝青和SBS 預混加工，其增加的能耗包括：

4.2.1 瀝青加熱煤炭或燃料油。

4.2.2 改性瀝青儲存保溫成本，平均約48h。

4.2.3 膠體磨等設備運轉耗電。

4.2.4 改性瀝青中轉運輸增加的運輸車能耗。

4.2.5 改性瀝青在施工單位拌合站比普通瀝青加熱高20℃。

由此5 項疊加，比干法（僅在拌合樓投料環(huán)節(jié)耗費一定電能）增加了90%以上的能耗。

5 結語

干法SBS 改性技術已經(jīng)在山東、江蘇、河南、新疆、河北、湖北等十多個省市示范應用，解決了濕法SBS 改性瀝青在加熱儲存中的性能衰變難題，使SBS改性劑在拌合樓實現(xiàn)了速熔，并在達到性能高峰時完成了混合料攤鋪，其施工組織更具機動性。永登公路段通過試驗路段鋪筑，對比其他路段路面，得出干法SBS 改性瀝青試驗段具有較強的抗疲勞、抗車轍性能。干法SBS 改性技術施工管理簡單、可靠，取消改性瀝青工廠能夠實現(xiàn)90%以上的節(jié)能減排效益，并成為瀝青路面踐行品質工程和綠色公路理念的重要科技支撐。