SBS改性瀝青混合料在高速公路上的應用

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、機理及分類，SBS改性瀝青混合料及其在高速公路上的應用；并通過車轍試驗和浸水馬歇爾試驗，對SBS改性瀝青混合料的實際性能進行評價。

關(guān)鍵詞：改性瀝青；SBS改性瀝青混合料；車轍試驗

隨著國民經(jīng)濟高速發(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、貨運車輛軸重的不斷增加、超載現(xiàn)象的頻頻出現(xiàn)，這些都對路面結(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口瀝青，仍不能滿足需要，車轍、開裂、坑槽等病害依舊嚴重。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)過多年的研究和實踐，改性瀝青的出現(xiàn)和應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)指標已經(jīng)遠遠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)及應用，雖然起步較晚，但發(fā)展迅猛，各省市都在開發(fā)和應用改性瀝青路面。

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、磨細的橡膠粉或其他填料等外摻劑（改性劑），或采取對瀝青輕度氧化加工等措施，使瀝青或瀝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)標準《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中對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，摻加改性劑進行改性的基礎(chǔ)瀝青。改性劑是指在瀝青或瀝青混合料中加入的天然或人工合成的有機或無機材料，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 改性機理及改性過程

改性瀝青的改性機理遵循化學組成和結(jié)構(gòu)相似相容的原則，大致可分為兩種：一是通過化學反應改變?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)等復雜的物理、化學過程，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性能。這就如同在混凝土中加了鋼筋，使其材料的力學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、繼續(xù)發(fā)育三個過程。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)的同時被激射到膠體磨壁上再反彈回來，均勻地混合到瀝青當中。如此往復循環(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，進而提高了強度，增強了抗疲勞能力。

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面向瀝青路面工程供應，而是以改性瀝青廠家的工廠預制為應用渠道。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。目前市場上面向瀝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)，常用做高等級路面的瀝青混合料。其對瀝青的改性機理除了一般的混合、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，形成不可逆化學鍵，形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使瀝青獲得彈性和強度。目前SBS改性瀝青的質(zhì)量特性主要由針入度、軟化點、粘度、脆點、彈性恢復率等指標評價。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和粘度。但在施工溫度為160℃以上時，改性瀝青的粘度卻與石油瀝青未改性時相近。改性后瀝青在低于脆點溫度時仍具有柔性，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工程之一。盤營高速公路全線設(shè)計為雙向四車道，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)。

筆者通過對盤營高速公路主線第三、四、五標段SBS改性瀝青混合料進行車轍試驗檢驗其動穩(wěn)定度（DS）、水穩(wěn)定性試驗檢驗其殘留穩(wěn)定度，得出如下結(jié)論。具體檢驗結(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)動穩(wěn)定度不小于1400次/mm，殘留穩(wěn)定度不小于80%。本次試驗結(jié)果，動穩(wěn)定度為1552.6次/mm，殘留穩(wěn)定度為84.3%。兩項指標均滿足要求。

表1 瀝青混合料車轍試驗

圖1 車轍試驗曲線

表2 浸水馬歇爾試驗

通過對SBS改性瀝青混合料進行馬歇爾試驗、（60℃，0.7MPa條件下）車轍試驗和浸水馬歇爾試驗，可以得出SBS改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、動穩(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SBS瀝青混合料的低溫性能再次進行檢測，但由上述試驗結(jié)果可以推測，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用是比較成功的。

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