2006 ～2016 年山東省SBS 改性瀝青質(zhì)量統(tǒng)計(jì)與分析

李永振，林江濤，姜 峰，梁 皓，樊 亮

（1 山東建筑大學(xué)，山東濟(jì)南250101；2 山東省交通科學(xué)研究院，山東濟(jì)南250102）

現(xiàn)代交通具有交通軸載重、流量大、胎壓高和超載多等特點(diǎn)，對(duì)瀝青路面的質(zhì)量提出了更高的要求[1-2]。其中SBS 改性瀝青以其改善道路的高低溫性能的優(yōu)良特性得到了大范圍的使用。隨著科技的發(fā)展瀝青行業(yè)取得了很大的進(jìn)步，在改性瀝青生產(chǎn)過程中添加劑的種類也越來越多，隨之也帶來了各種各樣的質(zhì)量問題，其中SBS改性瀝青出現(xiàn)了諸如離析、軟化點(diǎn)偏低、SBS 摻量不夠以及以各種添加劑取代部分SBS 改性劑等問題[3]。

因此，基于對(duì)2006～2016 年山東省交通科學(xué)研究院檢測的SBS 改性瀝青指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究SBS 改性瀝青的發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)目前出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)，提出針對(duì)道路工程施工過程中SBS 改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)控制要求和檢測方法。

1 SBS 改性瀝青的指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

本文采用的統(tǒng)計(jì)方法為CNAS-GL002:2018《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南》[4]，主要統(tǒng)計(jì)參數(shù)有樣本數(shù)、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等。

1.1 2006～2016 年SBS 改性瀝青檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)行公路施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40-2004）[5]，山東地區(qū)的氣候分區(qū)為1～3 區(qū)，該氣候分區(qū)適用SBS（I-D）改性瀝青。由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，2006～2016 年山東省交通科學(xué)研究院檢測SBS 改性瀝青共計(jì)633 組，其中SBS（I-D）617 組。本文主要針對(duì)SBS（I-D）改性瀝青進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析見表1。

表1 2006～2016 年SBS（I-D）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Table 1 SBS（I-D）statistics for 2006～2016

通過對(duì)所有SBS 改性瀝青數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，見圖1，全部單項(xiàng)指標(biāo)除離析指標(biāo)外，其他指標(biāo)基本都能滿足I-D 類技術(shù)要求，部分樣品質(zhì)量欠佳。其中針入度指數(shù)、135℃運(yùn)動(dòng)粘度、離析、質(zhì)量變化及殘留延度等指標(biāo)變異系數(shù)較大；應(yīng)在施工質(zhì)量控制中加強(qiáng)控制這些關(guān)鍵指標(biāo)。

圖1 各指標(biāo)的變異系數(shù)Fig.1 Coefficient of variation of each index

1.2 2014～2016 年第三方檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2014～2016 年第三方質(zhì)量檢測共抽檢SBS(I-D)40 余種，統(tǒng)計(jì)瀝青三大指標(biāo)、布氏粘度及老化試驗(yàn)等關(guān)鍵指標(biāo)，整體檢測情況統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 2014～2016 年SBS（I-D）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Table 2 SBS（I-D）statistics for 2014～2016

圖2 為工地現(xiàn)場第三方抽檢樣品統(tǒng)計(jì)圖，由表2 及圖2 可知，全部的單項(xiàng)指標(biāo)平均值除離析指標(biāo)外，其他指標(biāo)基本都能滿足SBS（I-D）類技術(shù)要求，其中變異系數(shù)較大的指標(biāo)有：軟化點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)粘度、質(zhì)量變化、離析及殘留延度等；指標(biāo)變異系數(shù)越大，說明樣品的質(zhì)量越不穩(wěn)定，出現(xiàn)不合格的情況就越多，為保證工程質(zhì)量，應(yīng)在施工質(zhì)量控制中將這部分指標(biāo)作為關(guān)鍵指標(biāo)，加強(qiáng)控制。

圖2 各指標(biāo)的變異系數(shù)Fig.2 Coefficient of variation of each index

1.3 委托檢測及抽檢指標(biāo)不合格率統(tǒng)計(jì)

通過委托檢測和第三方質(zhì)量抽檢的瀝青統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析（圖3），整體來講在指標(biāo)不合格率中，針入度不合格率為3.3%，軟化點(diǎn)不合格率為12.1%，延度為1.2%，布氏粘度為4.8%、彈性回復(fù)為4.7%，離析為23.4%，殘留延度為10.2%，通過統(tǒng)計(jì)可知，在檢測的瀝青中，主要是軟化點(diǎn)、離析、殘留延度等指標(biāo)不合格。

圖3 主要指標(biāo)不合格率統(tǒng)計(jì)Fig.3 Statistics of unqualified rate of main indicators

2 對(duì)SBS 改性瀝青統(tǒng)計(jì)指標(biāo)分析

結(jié)合委托檢測和第三方抽檢統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，近年來工程瀝青存在問題的指標(biāo)主要有軟化點(diǎn)、離析、殘留延度等。

（1）軟化點(diǎn)主要是衰減問題，改性瀝青材料進(jìn)場時(shí)都具有較高的軟化點(diǎn)，經(jīng)過一定時(shí)間的高溫儲(chǔ)存后，瀝青軟化點(diǎn)會(huì)發(fā)生一定程度的衰減甚至達(dá)到規(guī)范要求的下限[6]，例某原樣瀝青軟化點(diǎn)為73.0℃，在163℃溫度熱儲(chǔ)存48h 后，瀝青軟化點(diǎn)降為63.5℃，軟化點(diǎn)下降了9.5℃。可知，隨著瀝青在瀝青罐中儲(chǔ)存時(shí)間的延長，瀝青軟化點(diǎn)將會(huì)繼續(xù)降低，最終將小于60℃的最低要求，不能滿足規(guī)范要求。

造成上述問題的原因，一方面是改性瀝青的加工工藝（如改性瀝青剪切、發(fā)育、改性劑摻量等）等產(chǎn)品自身問題；另一方面，改性瀝青的長時(shí)間高溫儲(chǔ)存也是重要原因，SBS 改性劑在長時(shí)間高溫儲(chǔ)存下會(huì)發(fā)生降解，瀝青從SBS 空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中析出，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變小，導(dǎo)致SBS 改性瀝青軟化點(diǎn)、抗老化能力降低。

（2）離析問題較為突出，離析不合格率達(dá)到10%，處于臨界位置的瀝青約占20%，共計(jì)30% 左右的瀝青不能達(dá)到規(guī)范的使用要求或者接近規(guī)范要求的上限。

離析試驗(yàn)為室內(nèi)48h 熱儲(chǔ)存的靜態(tài)試驗(yàn)，表征了改性瀝青的熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性指標(biāo)，瀝青罐儲(chǔ)存時(shí)都加有攪拌設(shè)備或者泵送循環(huán)裝置，可防止或減小離析的發(fā)生；但對(duì)于離析程度嚴(yán)重的樣品，應(yīng)該引起足夠的重視。離析嚴(yán)重表明SBS 改性劑已經(jīng)析出，產(chǎn)生集聚，造成瀝青的結(jié)皮現(xiàn)象。例如抽檢中離析嚴(yán)重的樣品其上、下部軟化點(diǎn)差可到25℃以上，其上部1/3 樣品軟化點(diǎn)可到80℃～90℃，而下部1/3 軟化點(diǎn)只有50℃～60℃。瀝青的不均勻不利于拌合施工，局部軟化點(diǎn)的降低會(huì)對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

現(xiàn)行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）[7]中離析試驗(yàn)方法（T0661-2011），對(duì)樣品的封口時(shí)間和冰箱的冷凍溫度沒有規(guī)定，不同的檢測單位在離析試驗(yàn)時(shí)采用的冷凍溫度不同，根據(jù)林江濤[8]學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，不同的封口時(shí)間及冷凍溫度對(duì)離析指標(biāo)有很大的影響，建議采用澆樣結(jié)束后立馬封口和-20℃的冰箱冷凍溫度。

(3）殘留延度的問題

殘留延度變異性大的一部分原因是SBS 改性瀝青在高溫儲(chǔ)存后部分改性劑降解，導(dǎo)致SBS 改性瀝青抗老化能力降低，造成殘留延度偏小。另一部分原因是由于SBS 改性瀝青的加工工藝導(dǎo)致儲(chǔ)存穩(wěn)定性不好，存儲(chǔ)過程中SBS 改性劑上浮，在瀝青廠取樣時(shí)未做到上中下取樣，只從底部取樣送檢，造成送檢樣品中實(shí)際改性劑摻量偏小，使檢測出的殘留延度指標(biāo)偏低。

結(jié)合上述指標(biāo)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)的問題及對(duì)問題的分析，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，認(rèn)為在道路工程施工過程中進(jìn)行瀝青質(zhì)量控制，可以采用現(xiàn)在的一些新技術(shù)。主要有以下幾個(gè)新方向：

（a）紅外光譜技術(shù)在瀝青檢測中的應(yīng)用。采用紅外光譜儀建立瀝青指紋庫，來監(jiān)控瀝青源穩(wěn)定，同時(shí)在施工過程中，采用紅外光譜儀制作SBS 改性瀝青改性劑摻量方程，進(jìn)行改性劑摻量的測定。

（b）建立檢測數(shù)據(jù)庫。在大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分析瀝青指標(biāo)的變化趨勢(shì)，進(jìn)而制定滿足施工技術(shù)要求的指標(biāo)要求，通過控制幾個(gè)在工地上可操作性強(qiáng)的常規(guī)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)在施工過程中對(duì)瀝青質(zhì)量的有效快捷控制。

（c）通過流變學(xué)與熱力學(xué)指標(biāo)，以一定的化學(xué)手段輔助。例如通過DSR 改變加載條件，測定瀝青模量或粘度，通過等粘度等一定的換算原則代替軟化點(diǎn)(R&B) 或動(dòng)力粘度的測定甚至是高溫針入度指數(shù)的測定。

3 結(jié)論與建議

本文通過統(tǒng)計(jì)分析2006～2016 年山東省交通科學(xué)研究院檢測的SBS 改性瀝青指標(biāo)與2013～2016 年第三方抽檢SBS 改性瀝青指標(biāo)，得出以下結(jié)論：

（1）針入度指數(shù)PI、135 ℃運(yùn)動(dòng)粘度、離析、質(zhì)量變化及殘留延度等指標(biāo)的變異性比較大。建議施工單位加強(qiáng)對(duì)原材料的進(jìn)場檢測，嚴(yán)格控制瀝青質(zhì)量，儲(chǔ)存SBS 改性瀝青的溫度設(shè)置在140±5 ℃范圍內(nèi)，且不宜長時(shí)間儲(chǔ)存，同時(shí)安裝攪拌設(shè)備并注意對(duì)攪拌時(shí)間、頻率的控制；施工單位可針對(duì)儲(chǔ)存罐中的瀝青增加必要試驗(yàn)檢測頻率及指標(biāo)，即不要只局限于原材料進(jìn)場時(shí)三大指標(biāo)的檢測，有必要在使用過程中進(jìn)行老化試驗(yàn)及離析試驗(yàn)，密切監(jiān)測其熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性，以保證瀝青有良好的使用質(zhì)量。

（2）針對(duì)SBS 改性瀝青變形性較大的指標(biāo)進(jìn)行分析，認(rèn)為針入度指數(shù)變異性大的原因是實(shí)驗(yàn)設(shè)備無持續(xù)性保溫設(shè)施的原因；軟化點(diǎn)變異性較大的原因是改性瀝青的加工工藝（如改性瀝青剪切、發(fā)育、改性劑摻量等）等產(chǎn)品自身問題及改性瀝青的長時(shí)間高溫儲(chǔ)存；離析試驗(yàn)變異性大的原因是規(guī)程中未對(duì)封口時(shí)間及冷凍溫度明確規(guī)定，造成了不同實(shí)驗(yàn)室間試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差別；殘留延度變異性大的原因是長時(shí)間的高溫存儲(chǔ)致使部分改性劑降解。

（3）在現(xiàn)行規(guī)范的基礎(chǔ)上，基于檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，提出了幾種用于控制施工過程中瀝青質(zhì)量控制的方法。一是采用紅外光譜儀進(jìn)行瀝青源穩(wěn)定性的控制和對(duì)SBS改性瀝青改性劑摻量的檢測；二是利用檢測數(shù)據(jù)庫通過幾個(gè)簡單指標(biāo)達(dá)到控制瀝青質(zhì)量的目的；三是采用流變學(xué)及熱力學(xué)指標(biāo)的手段測定瀝青的模量和粘度，通過換算關(guān)系替代軟化點(diǎn)等指標(biāo)的測定。