干法SBS 改性技術在沿海高速中的應用研究

張晗，孟春麟，趙明方，盧傳忠，吉國旗

（江蘇東部高速公路管理有限公司，江蘇鹽城 224000）

0 引言

由于SBS 改性瀝青高溫時具有較大勁度、低溫下具有較小勁度、有水存在時抗剝離效果好，因此其成為高等級公路建設首選的建筑材料［1-6］。從改性工藝角度分類，SBS 改性瀝青技術可以分為濕法和干法兩種［7-10］。如圖1 所示。

濕法工藝先后采用溶脹、剪切過磨、發育等過程生產SBS 改性瀝青，隨后運輸到施工現場使用。由于SBS 改性劑與基質瀝青的物性存在差異，SBS改性瀝青在儲存時可能會出現改性劑與基質瀝青的離析分層或性能衰減現象，給路面質量造成不良影響［11-14］。

干法改性技術省略了成品SBS 改性瀝青的生產過程，可以將基質瀝青、改性劑以及集料一起拌和使用，從根源上避免了成品SBS 改性瀝青的加工、儲存、運輸過程中性能衰減問題，降低了改性瀝青路面質量管理難度，還能有效降低瀝青改性成本，提高施工靈活性，具有一定的推廣價值［15-18］。

為了對干法SBS 在江蘇地區應用可行性進行系統分析，本文依托沿海高速公路項目，以江蘇地區常用原材料為試驗材料，對其與干法SBS 技術配伍性展開研究，分析不同SBS 改性劑摻量對瀝青路面性能的影響，并結合實體工程對實際應用效果進行評價，為江蘇地區應用干法SBS 技術提供參考。

1 原料選擇

改性劑選用SBS-T，基質瀝青選用70#基質瀝青，其主要指標見表1。

表1 70#瀝青的主要性能指標

粗集料選用石灰巖，礦粉選用石灰礦粉，來源均為沿海高速公路中修項目。

2 室內研究

2.1 干法改性劑與基質瀝青的配伍性研究

為了考察SBS-T 改性劑對基質瀝青性能的影響，參考中國公路學會標準《公路干法SBS 改性瀝青路面技術指南》（T/CHTS 20003—2018）附錄C 的要求［19］，在試驗室以70#基質瀝青、不同摻量的SBS-T為原料模擬濕法工藝制備得到不同改性劑含量的SBS 改性瀝青，對針入度、軟化點、延度、彈性恢復等主 要 指 標 進 行 表 征［20］，其 中SBS-T 摻 量 分 別 為5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%。

除7.5%摻量的SBS 改性瀝青在加工過程中因改性劑摻量過高而凝膠外，其余各樣品性能指標隨改性劑摻量變化情況見圖2～5［21］。

圖2 干法改性劑摻量對針入度的影響

圖3 干法改性劑摻量對延度的影響

圖4 干法改性劑摻量對軟化點的影響

圖5 干法改性劑摻量對彈性恢復的影響

由圖2～5 可以看到：隨著SBS-T 摻量的增加，針入度先減小后增加，延度呈現上下波動，軟化點呈現持續增加的趨勢，彈性恢復變化較為平緩?？傮w來看，除7.0%摻量下的針入度超過上限要求外，其余均能符合技術要求。

就反映混合料高溫穩定性的軟化點來看，當SBS-T 摻量為5%～6%時指標增速較快，超過此范圍后，增速趨緩。從反映低溫性能的5 ℃延度看，5.5%、6.0%摻量下也總體優于5.0%，且當摻量超過6.0%時，增加改性劑摻量對延度影響并不顯著。經分析，其原因可能是當SBS-T 摻量達到6.0%時改性瀝青中的改性劑達到相轉化濃度，SBS-T 中預溶脹的SBS 溶于瀝青后發生交聯反應形成了三維網絡結構，使得瀝青的高低溫性能得到了大幅提升，此后繼續增加改性劑摻量對瀝青體系性能并無顯著影響。

因此，綜合膠結料性能及經濟性，建議SBS-T 摻量為基質瀝青質量的6.0%左右。

2.2 改性瀝青混合料路用性能驗證

參照馬歇爾法及依托項目實際情況，以在室內通過模擬制備的SBS 改性瀝青為膠結料確定最佳油石比為5.8%，級配采用SMA-13，目標配合比級配見表2。

表2 SMA-13 瀝青混合料目標配合比級配

以此為基礎，結合前期研究情況，分別以干法改性劑摻量為5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%拌和制備干法改性瀝青混合料，方法參照《公路干法SBS 改性瀝青路面技術指南》（T/CHTS 20003—2018）要求，拌和溫度如表3 所示。

表3 干法SBS 改性瀝青混合料室內試驗拌和溫度

2.2.1 干法改性劑對混合料高低溫性能的影響

對成型后干法SBS 改性瀝青混合料進行車轍、低溫彎曲試驗，考察SBS-T 對瀝青混合料高溫穩定性、低溫抗裂性的影響。結果如圖6 所示。

圖6 干法改性劑摻量對動穩定度及破壞應變的影響

由圖6 結果可知：在所選取的改性劑摻量（5.5%～7.5%）范圍內，所制備的干法SBS 改性瀝青混合料的高低溫性能均能符合相應技術要求，且有較大安全余量。

隨著SBS-T 摻量的增加，高低溫性能均呈現一定程度的波動，當SBS-T 摻量達到6%時，動穩定度達到峰值，而后隨著摻量的增加逐漸降低，分析這種現象可能是由于：①當摻量過高時改性劑未能在設定的拌和條件下徹底熔融，對其性能的發揮造成了影響；②改性劑對路用性能的改善是其內部所含有的各材料組分的平衡統一后帶來的，當摻量低于某個閾值時，發揮主要作用的可能是有利于高溫性能的組分，當超過某個閾值時，有利于低溫性能的組分開始發揮作用。

在低溫抗裂性方面，隨著改性劑摻量的增加，破壞應變呈現逐漸增加的趨勢，當摻量低于6.0%時，曲線的斜率較大，當摻量超過6.0%時，斜率變小且趨于平緩，最后呈現線性變化。與表征膠結料低溫性能的延度對比發現，兩者的變化趨勢基本一致，均呈現先大幅增加、而后趨于平緩的趨勢，這說明與其他類似改性劑僅注重于高溫性能的改善不同，干法SBS 改性劑對于低溫性能有較為顯著的改善，真正發揮了SBS 對瀝青性能進行綜合改善的作用。

2.2.2 干法改性劑對混合料水穩定性的影響

對成型后干法SBS 改性瀝青混合料進行馬歇爾、凍融劈裂試驗，研究SBS-T 對瀝青混合料強度、水穩定性的影響，結果如圖7～10 所示。

圖7 干法改性劑摻量對馬歇爾穩定度的影響

圖8 干法改性劑摻量對殘留穩定度的影響

圖9 干法改性劑摻量對凍融劈裂強度的影響

圖10 干法改性劑摻量對RTSR的影響

由試驗可以得到：所制備瀝青混合料的馬歇爾穩定度、殘留穩定度及RTSR均符合相關要求，說明混合料具有良好的強度和水穩定性，在有水存在時，仍然能夠保持較高的強度，應用于中國東部及南部等潮濕多雨地區時，能夠防止唧漿、網裂等路面病害的出現。

2.2.3 干法改性劑對混合料飛散的影響

對成型后干法SBS 改性瀝青混合料進行肯塔堡飛散試驗，以研究SBS-T 對集料抗脫落性的影響，結果如圖11 所示。

圖11 干法改性劑摻量對飛散的影響

由圖11 可以看出：在改性劑摻量范圍（5.5%～7.5%）內，肯塔堡飛散損失平均值均小于上限要求，且均有較大余量，說明表面的集料不易脫落而散失掉粒。隨著改性劑摻量的逐漸增加，飛散損失率呈現小幅波動，說明摻量對于飛散試驗的影響并不顯著。

綜上，結合瀝青混合料的路用性能及使用經濟性，推薦干法SBS-T 的摻量為6.0%，這與瀝青膠結料驗證所得到的結果一致。

3 試驗段修筑

為了更好地對干法SBS 改性效果進行驗證，選擇沿海高速公路K1087+450～K1087+550 鹽城方向第三、四車道修筑試驗段。

3.1 干法瀝青混合料的生產及運輸

在試驗段修筑時，干法SBS 改性劑摻量為6.0%，油石比為5.8%，級配為SMA-13，生產配合比與表2 一致［22］。

干法SBS 改性劑采用機械自動輸入投料方式，直接投入瀝青拌和樓拌缸使用。施工前已對機械投放裝備的稱重系統和投放時間進行標定，投料質量誤差小于設定值±3%，投料時間小于10 s。集料加熱溫度180～190 ℃，瀝青加熱溫度150～160 ℃。干法SBS 改性劑與木質素纖維同時投入，干拌約10 s后，投入瀝青和礦粉進行濕拌，濕拌時間約35 s。從瀝青混合料外觀看，瀝青裹覆較為均勻、無花白料、無結塊和離析現象。

瀝青混合料裝車過程中，運料車裝料時采用前、后、中移動分三堆裝料，減少粗集料的離析，運輸車車廂頂部采用油布覆蓋的保溫措施，溫度基本保持為180 ℃左右。

3.2 干法瀝青混合料的攤鋪及碾壓

攤鋪采用VOGELE 攤鋪機，通過非接觸式平衡梁裝置控制攤鋪厚度，攤鋪速度約3.0 m/min。碾壓采用雙鋼輪壓路機，具體工藝參數如表4 所示。從攤鋪現場觀測發現，面層整體均勻性較好。

表4 現場碾壓工藝參數

在施工過程各環節，對干法SBS 改性瀝青混合料溫度進行檢測，結果如表5 所示。

表5 施工過程中溫度檢測結果 ℃

4 性能檢測

4.1 室內性能檢測

對生產的SMA-13 瀝青混合料進行室內試驗檢測，結果如表6 所示，抽提試驗檢測結果見表7。

表6 干法SBS 改性瀝青混合料室內性能試驗檢測結果

表7 瀝青混合料抽提試驗檢測結果

由表6、7 可以看出：干法改性瀝青混合料的各項性能指標均符合相關技術要求，具有優良的路用性能。抽提結果顯示：礦料級配在設計級配范圍內，油石比與設計油石比基本相符。

4.2 現場性能檢測

于施工次日路面溫度降低后，進行了壓實度、厚度、平整度、滲水系數、構造深度、摩擦系數檢測，結果如表8～12 所示。

表8 試驗段厚度及壓實度檢測結果

表9 試驗段平整度檢測結果

表10 試驗段滲水系數檢測結果

表11 試驗段路面構造深度檢測結果

表12 試驗段路面摩擦系數檢測結果

由以上檢測結果可以看出：現場檢測的試驗段各參數均符合相關技術要求，達到預定目標。

5 結論

（1）干法改性劑能夠顯著改善瀝青膠結料及瀝青混合料的路用性能，能夠均衡地改善高低溫及水穩定性。

（2）結合實施項目，當干法改性劑的摻入量為6%（基質瀝青∶干法SBS=100∶6）時達到綜合最佳改性效果，且經濟性良好，將該摻量作為本項目干法改性劑的推薦摻量。

（3）施工現場檢測結果顯示，各項檢測結果均滿足技術要求，與室內試驗結果一致，表明干法SBS 技術的室內試驗方法和結論可以直接指導施工，達到了預期效果。

（4）對于施工工期相對靈活多變的養護工程，干法SBS 改性瀝青混合料生產施工組織簡單、靈活的特點得到進一步體現，養護項目無需再考慮施工工期變化對SBS 改性瀝青性能的影響，尤其在瀝青路面養護工程方面具有較大的推廣應用價值。