SBS現場改性瀝青路用性能研究

郭云楓，劉　洋，陳　兵，王根強，3（.甘肅第七建設集團股份有限公司基礎橋梁市政工程公司，甘肅 蘭州 730000；.蘭州理工大學土木工程學院，甘肅 蘭州730050；3.甘肅路橋建設集團三公司，甘肅 蘭州　730000）

SBS現場改性瀝青路用性能研究

郭云楓1，劉洋2，陳兵1，王根強2，3
（1.甘肅第七建設集團股份有限公司基礎橋梁市政工程公司，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州理工大學土木工程學院，甘肅 蘭州730050；3.甘肅路橋建設集團三公司，甘肅 蘭州730000）

通過現場加工SBS改性瀝青，以AC-16級配瀝青混合料進行目標配合比設計，在最佳油石比下，對不同摻量SBS改性瀝青成品及其瀝青混合料進行了凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗、車轍試驗和小梁低溫彎曲試驗，檢驗了其水穩定性、高溫穩定性、低溫抗裂性能。試驗結果表明，AC-16級配瀝青混合料SBS現場改性瀝青改性劑的最佳摻量為5%，通過現場加工SBS改性瀝青，水穩定性、高溫穩定性、低溫抗裂性及抗疲勞性表現良好，滿足瀝青路面使用要求。

現場加工；SBS改性瀝青；瀝青混合料；路用性能

0　引言

SBS改性瀝青在公路建設中得到了廣泛的應用，近年來，隨著我國經濟的快速發展，公路交通量日益增大，車輛大型化、重載和超載車輛比重的加大，對公路建設提出了更高的要求，瀝青混凝土路面正面臨著嚴峻的考驗［1，2］。改性瀝青生產方式有現場加工和成品生產兩種工藝，其中成品生產雖然通過流水線作業提高了生產效率，但是為了能夠滿足從工廠到現場長時間的運輸、儲存，減少改性劑與瀝青的離析，在生產過程中添加了穩定劑，影響了改性效果，給建設單位和施工單位帶來了不必要的經濟損失［3］。而現場加工通過現場加工設備進行SBS現場改性，生產出的改性瀝青在儲存罐中短暫保溫存放后即用于瀝青混合料的生產，不需加入穩定劑，從而保證了改性效果［4］。因此本文通過摻加不同劑量SBS改性劑，用現場加工生產設備進行瀝青現場改性，通過對不同劑量SBS改性瀝青和瀝青混合料性能的研究，考察SBS現場改性瀝青混合料的路用性能，提出SBS改性劑的合理摻量。

1　現場加工工藝

甘肅省金永高速公路，全長42.14 km，其技術標準：全封閉、全立交、雙向四車道，路基寬度24.5 m，設計時速80 km/h，汽車荷載等級：公路-I級。路面結構自上至下為5 cm AC-16 SBS改性瀝青混凝土上面層、SBR改性乳化瀝青黏層、7 cm ATB-25 SBS改性瀝青穩定碎石下面層、SBS改性瀝青同步碎石封層、煤油稀釋瀝青透層、32 cm水泥穩定砂礫基層、18 cm水泥穩定砂礫底基層。

SBS改性瀝青加工基本原理是：將SBS改性劑加入基質瀝青中，經過高溫融混，膠體磨的循環煉磨、剪切等工藝，使瀝青介質中SBS的數量級較小達到均勻分散的要求，進而形成空間網狀結構，使瀝青擁有聚合物某些固有的技術特性，同時瀝青對骨料的黏結力、黏結強度得到增強而對溫度的敏感性降低［2］。SBS現場改性瀝青加工流程如圖1所示。

圖1　SBS現場改性瀝青加工流程

為保證研磨質量，現場改性中高速剪切均化磨機的磨盤之間的間隙需經過精心調試，若間隙過大，易導致研磨不充分，SBS改性劑與瀝青混合不均勻，影響改性效果；若間隙過小，研磨過程中，強力的摩擦容易使SBS改性瀝青溫度上升，可能會使瀝青老化［5-7］。

2　原材料測試

2.1瀝青

基質瀝青采用韓國生產的SK AH-90，技術測試指標見表1，均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）的要求。對SBS改性劑摻量分別為3%、4%、5%、6%的SBS改性瀝青性能進行試驗。不同摻量改性瀝青指標測試數據見表2。

表1　基質瀝青（AH-90）技術指標及檢測結果

表2　I-C級SBS改性瀝青技術指標及檢測結果

根據試驗數據可以得出：3%的SBS改性劑摻量時，儲存穩定性離析，48 h軟化點差為2.6℃，不符合技術要求；6%的摻量時，運動黏度過高，過于黏稠，不符合技術要求；SBS摻量在4%和5%時，各項指標能夠滿足聚合物改性瀝青的質量要求，因此確定SBS合理摻量范圍為4%～5%。

2.2集料

粗集料選用金昌市二道溝玄武巖，技術指標及檢測結果見表3。細集料選用1～2 cm碎石軋制的機制砂，技術指標及檢測結果見表4。礦粉主要技術指標及檢測結果見表5。

表3　粗集料的技術指標及檢測結果

表4　細集料的技術指標及檢測結果

表5　礦粉主要技術指標及檢測結果

從表3～表5可以得出，集料各項指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》的要求。

2.3配合比設計

根據該公路的公路等級及甘肅省氣候可知，該公路處于2-2-3（夏熱冬冷濕潤）區，對AC-16進行目標配合比設計（見圖2）。根據改性瀝青路面工程的經驗及相關研究，通過馬歇爾試驗（擊實溫度170℃±5℃，擊實次數雙面各75次），獲得的最佳油石比為6.1%。

圖2　AC-16級配曲線圖

3　實驗結果分析與討論

根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）所采用的試驗方法，對最佳油石比為6.1%的AC-16瀝青混合料在不同SBS改性劑摻量下開展了水穩定性、高溫穩定性、低溫抗裂性以及抗疲勞性能試驗研究。

3.1水穩定性

在規定的試驗條件下進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗檢驗瀝青混合料的水穩定性，試驗結果見表6。

表6　水穩定性試驗結果

從表6可以得出，SBS改性劑摻量在3%～6%范圍內變化時，3%、4%的SBS改性劑摻量不滿足2-2-3（夏熱冬冷濕潤）區改性瀝青混合料浸水馬歇爾試驗殘留穩定度必須不小于85%的規定；當SBS改性劑摻量在3%時，不滿足改性瀝青混合料凍融劈裂試驗的殘留強度比必須不小于80%的規定；提高SBS改性劑摻量可以提高瀝青混合料的水穩定性，但是摻量從5%增加到6%的過程中，水穩定性提高不明顯。故SB改性劑摻量為5%時，瀝青混合料水穩定性較好。

3.2高溫穩定性

為了檢驗瀝青混合料在高溫下的穩定性，對瀝青混合料進行車轍試驗，結果如圖3所示。從圖3可以看出，SBS改性劑摻量在3%～6%范圍內變化時，車轍動穩定度隨摻量增加而增強，且均滿足2-2-3（夏熱冬冷濕潤）區改性瀝青混合料的動穩定度必須不小于2 400次/mm的要求。

圖3　車轍動穩定度試驗結果

3.3低溫抗裂性

通過低溫小梁破壞試驗評價瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗結果如圖4所示。從圖4的試驗結果可以得知，僅當SBS改性劑摻量在3%時，不滿足改性瀝青混合料破壞應變必須不小于2 500 με的規定，SBS摻量在4%～6%范圍內變化時，低溫抗裂性在滿足規范要求的前提下得到了提高。

圖4　低溫小梁破壞應變試驗結果

3.4抗疲勞性能

利用四點疲勞試驗來評價瀝青混合料的抗疲勞性能，試驗結果如圖5所示。從圖5可以看出，隨SBS摻量的增加，瀝青混凝土抗疲勞性逐漸增強，但是改性劑摻量從5%變化到6%時，抗疲勞性沒有得到顯著的增強。

4　結語

（1）SBS改性劑摻量在4%～5%范圍內時，I-C級SBS聚合物改性瀝青的各項指標均滿足要求，同時為提高改性瀝青路面使用性能和從經濟效益的角度出發，SBS改性瀝青混合料的SBS改性劑最佳摻量應為5%。

（2）按照5%SBS改性劑摻量，通過現場加工生產的改性瀝青質量穩定，水穩定性、高溫穩定性、低溫抗裂性及抗疲勞性表現良好，滿足瀝青路面使用要求。

圖5　四點疲勞試驗結果

（3）建議進一步細化研究，本文沒有進行生產配合比的驗證，后續將目標配合比轉為生產配合比的過程中，需要針對不同廠家的基質瀝青，通過現場試驗確定出更加準確的SBS摻加配方，兼顧建設成本經濟性的同時，提高公路路面使用性能。

［1］袁萬杰，陳忠達，孫長新.低劑量SBS改性瀝青的路用性能［J］.長安大學學報（自然科學版），2009，29（05）:7-11.

［2］徐向陽.乍嘉蘇高速公路建設中SBS改性瀝青的現場生產［J］.公路，2004（12）:170-173.

［3］陳華鑫.SBS改性瀝青路用性能與機理研究［D］.西安:長安大學，2006.

［4］王奕鵬，杜洪波.SBS改性瀝青路用性能的研究［J］.公路，2005（01）:151-156.

［5］徐世法，王勁松，錢培中，等.SBS改性瀝青質量檢測及路用性能評價指標的研究［J］.公路，2003（09）:137-142.

［6］程英偉，何曉鳴，張煒.AC-16型瀝青混合料工程設計級配范圍研究［J］.武漢工業學院學報，2006，25（01）:78-81+94.

［7］牛冬瑜，韓森，陳凱，等.加工工藝關鍵參數對SBS改性瀝青性能影響［J］.長安大學學報（自然科學版），2014，34（03）:7-16.

U414

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1009-7716（2016）06-0062-04

2016-02-29

甘肅省科技支撐項目（1504GKCA031）

郭云楓（1977-），女，甘肅蘭州人，總工程師，從事技術管理工作。