干法SBS改性瀝青混合料路用性能及配比研究

金理平

（甘肅萬泰建設工程有限公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

SBS改性瀝青為當前應用最多的改性瀝青種類，占比達90%以上。其本質為苯乙烯-丁二烯嵌段共聚型熱塑性彈性體，高低溫性能、耐疲勞性能優(yōu)良[1]。在SBS改性劑使用過程中，工藝分為干法SBS及濕法SBS。為研究干法SBS改性劑對瀝青的改性效果，通過對干法SBS改性瀝青及干法SBS瀝青混合料性能的研究，與傳統濕法SBS改性瀝青混合料性能進行對比分析，研究其推廣應用的前景[2]。

1 SBS改性瀝青分類

1.1 濕法SBS改性瀝青

傳統濕法工藝為當前國內生產SBS改性瀝青的主要工藝。在工廠或工地現場，以一定比例的SBS改性劑加入基質瀝青，采用大型的瀝青剪切機及膠體磨設備，充分磨細、分散和溶脹SBS改性劑，以達到SBS改性劑均勻地分散于基質瀝青的目的[3]。但SBS改性劑難以充分融合于基質瀝青，因此需要加入一定比例的專屬穩(wěn)定劑，制成瀝青與SBS的物理共混材料后，再將成品SBS改性瀝青運至工地現場儲存及使用。

目前，濕法SBS改性瀝青在生產加工工藝等方面技術較成熟，用其生產的瀝青混合料高低溫性能全面、抗疲勞性能好。同時針對濕法SBS改性瀝青的研究很多，該技術及工藝是我國瀝青路面的主流，并廣泛被行業(yè)所接受應用。但濕法工藝也有很多不足，在生產環(huán)節(jié)中要經過“溶解、剪切或膠磨、發(fā)育、穩(wěn)定、儲存”過程，瀝青加工過程中能耗大、污染環(huán)境。通過長期對SBS改性瀝青性能的研究，發(fā)現其屬于熱力學不穩(wěn)定體系，因此，在加工和儲存中，SBS改性瀝青存在離析、熱分解導致性能衰變等技術問題，使其存儲時間無法超過半年。

1.2 干法SBS改性瀝青

干法改性工藝是將改性劑直接添加至拌和樓中，先與加熱后集料進行攪拌、再加入基質瀝青，從而達到改性瀝青混合料性能的目的。這種改性劑的特點為易松散、高溫易熔融，可在混合料生產周期1min內改性瀝青混合料[4]。

干法SBS改性劑只需要在瀝青混合料拌和過程中以規(guī)定的質量加入，不需要制備成品改性瀝青，省去濕法改性工藝中的必要步驟，從而減少改性瀝青以及運輸過程中的能源消耗，因此也就不存在濕法改性工藝中SBS改性劑熱分解、離析等問題[5]。

苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物是SBS改性劑的主要成分，其分子量大，與基質瀝青的融合較差、分散性能差?；谏鲜鲈颍斐筛煞⊿BS改性劑直接投放拌和樓后難以熔融分散。在過去很長時間內，對干法工藝生產SBS改性瀝青混合料的研究及應用較少。近幾年直投式速溶型SBS改性劑的研發(fā)成功，促進了干法SBS改性劑的應用及發(fā)展。2018年中國公路學會制定了《公路干法SBS改性瀝青路面技術指南》CT/CHTS 20003-2018，該技術2019年被交通運輸部納入交通運輸科技推廣項目，目前已具備推廣應用基礎。

2 干法SBS改性劑試驗

2.1 改性瀝青基本性能

為檢測干法SBS改性劑的性能，在基質瀝青中摻入5.0%的干法SBS改性劑，對改性后的瀝青檢測其25℃針入度、5℃延度、軟化點、25℃彈性恢復等指標。由于干法改性工藝中不涉及瀝青存儲穩(wěn)定性、儲存過程中短期老化等問題，因此不檢測其儲存穩(wěn)定性及短期老化后的指標[6]。檢測指標結果如表1所示。

表1 SBS改性劑摻量下瀝青試驗檢測結果

2.2 改性瀝青流變試驗

動態(tài)剪切流變試驗（DSR）可以較好地研究瀝青流變性能，采用流變儀進行流變性能測試，利用MCR高級流變儀分別對摻量為5%的干法SBS改性劑瀝青和常規(guī)SBS改性瀝青進行測試。試驗角頻率為10rad/s，角頻率區(qū)間0.1～100rad/s，在40℃、60℃、80℃溫度下對瀝青的復合模量（G*）、車轍因子（G*/Sinδ）、疲勞因子（G*Sinδ）進行檢測。

溫度達到40℃時，SBS改性瀝青的復合模量略高于干法SBS改性瀝青，表明SBS改性瀝青在此溫度下抗變形能力較好；溫度達到60℃時，兩種瀝青復合模量基本一致，表明此溫度下抗變形能力相差不大；溫度達到80℃時，SBS改性瀝青復合模量低于干法SBS改性瀝青，表明此溫度下干法SBS改性瀝青抗變形能力優(yōu)于SBS改性瀝青。綜上所述，可總結出在溫度逐漸升高的情況下，干法SBS改性瀝青抵抗變形能力逐漸高于SBS改性瀝青，見圖1、圖2、圖3。

圖1 40℃時不同頻率下瀝青復合模量對比

圖2 60℃時不同頻率下瀝青復合模量對比

圖3 80℃時不同頻率下瀝青復合模量對比

溫度達到40℃時，SBS改性瀝青的車轍因子高于干法SBS改性瀝青；溫度達到60℃時，兩種改性瀝青車轍因子基本一致；溫度達到80℃時，干法SBS改性瀝青的車轍因子高于SBS改性瀝青。綜上所述，可總結出隨溫度的升高，干法SBS改性瀝青的抗高溫車轍的能力逐漸高于SBS改性瀝青，見圖4、圖5、圖6。

圖4 40℃不同頻率下車轍因子對比

圖5 60℃不同頻率下車轍因子對比

圖6 80℃不同頻率下車轍因子對比

溫度達到40℃時，SBS改性瀝青的疲勞因子高于干法SBS改性瀝青；溫度達到60℃時，兩種瀝青疲勞因子基本一致；溫度達到80℃時，干法SBS改性瀝青的疲勞因子高于SBS改性瀝青。綜上所述，隨著溫度升高，SBS改性瀝青的抗疲勞性能逐漸高于干法SBS改性瀝青，見圖7、圖8、圖9。

圖7 40℃不同頻率下疲勞因子對比

圖8 60℃不同頻率下疲勞因子對比

圖9 80℃不同頻率下疲勞因子對比

3 混合料試驗

選取AC-20C級配，根據《公路干法SBS改性瀝青路面技術指南》，重點驗證摻量4.5%、5.0%、5.5%的干法SBS瀝青混合料的各項性能，并與相同配比下普通SBS（I-D）改性瀝青混合料的性能進行對比分析。

制備混合料時，首先將加熱的集料與SBS改性劑干拌60s；然后在此基礎上加入預定用量的基質瀝青后拌和90s；第三步是加入礦粉后拌和90s；最后按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）要求成型馬歇爾混合料試件。在最佳油石比4.4%和確定的級配條件下進行混合料性能驗證試驗，具體試驗結果如表2所示。

由表2的相關檢測數據可知，4.5%、5.0%、5.5%三種干法SBS改性劑摻量下的瀝青混合料試驗檢測結果均能滿足規(guī)范要求。

表2 不同SBS改性劑摻量下混合料試驗結果

最大理論相對密度空隙率（%）礦料間隙率（%）瀝青飽和度（%）穩(wěn)定度/kN 2.535 4.8 14.2 66.4 8.61 2.535 4.7 14.1 66.8 13.24 2.535 4.1 13.6 69.9 9.93-3～6≥13 65～75≥8

不同SBS改性劑摻量下浸水馬歇爾試驗結果如表3所示。

表3 不同SBS改性劑摻量下浸水馬歇爾試驗結果

由表3可知，與常規(guī)SBS改性混合料相比較，4.5%、5.0%、5.5%三種干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度均能滿足規(guī)范要求。

不同SBS改性劑摻量下凍融劈裂試驗結果如表4所示。

表4 不同SBS改性劑摻量下凍融劈裂試驗結果

由表4可知，與常規(guī)SBS改性混合料相比較，4.5%、5.0%、5.5%三種干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料劈裂強度比均滿足規(guī)范要求。

不同SBS改性劑摻量下車轍試驗結果如表5所示。

表5 不同SBS改性劑摻量下車轍試驗結果匯總表

根據表5車轍試驗的結果，4.5%、5.0%、5.5%三種干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。其中，5.0%摻量的動穩(wěn)定度最好，且5.0%、5.5%干法SBS摻量的高溫性能均優(yōu)于常規(guī)SBS改性瀝青混合料。低溫彎曲試驗結果如表6所示。

表6 低溫彎曲試驗結果匯總表

根據表6低溫彎曲試驗的結果，在-10℃時，常規(guī)SBS改性瀝青混合料與5.0%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料的低溫性能相差不大。常規(guī)SBS改性瀝青混合料的低溫性能遠低于5.5%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料。

4 結論

（1）干法SBS改性劑摻入70#瀝青后，瀝青的軟化點、延度試驗結果滿足規(guī)范要求（干法SBS技術指南中對針入度指標未作要求）；根據流變試驗檢測結果，80℃時干法SBS改性瀝青的抗變形能力、抗高溫車轍能力均優(yōu)于SBS改性瀝青。

（2）從混合料試驗結果可知，4.5%、5.0%、5.5%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料水穩(wěn)定性能均滿足規(guī)范要求。

（3）4.5%、5.0%、5.5%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。其中，5.0%、5.5%干法SBS摻量的瀝青混合料高溫性能均優(yōu)于常規(guī)SBS改性瀝青混合料。5.0%摻量瀝青混合料的動穩(wěn)定度相對于濕法提高約10%。5.5%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料低溫性能優(yōu)于濕法SBS改性瀝青混合料，整體性能提高約為30%。

（4）干法SBS改性瀝青整體性能具備優(yōu)勢，其混合料的產品質量更穩(wěn)定，可有效避免SBS改性瀝青離析、熱分解導致性能衰變等技術問題，適合推廣應用。