中亞高寒地區SBS改性瀝青試驗研究及推廣應用

摘 要：本文以哈薩克斯坦TKU公路改造項目為依托，進行中亞高寒地區SBS改性瀝青試驗研究，對哈薩克斯坦基質瀝青摻加不同比例的SBS改性劑、橡膠油，制備相應的SBS改性瀝青，并對樣品進行試驗檢測，得出滿足不同氣候分區要求的改性瀝青配合比，為SBS改性瀝青在哈薩克斯坦等中亞地區不同氣候分區的推廣應用提供了技術支撐。

關鍵詞：哈薩克斯坦;改性瀝青;SBS改性劑;性能檢測;氣候分區

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A

0 引言

哈薩克斯坦共和國屬于典型的大陸性氣候，夏季炎熱干燥，冬季寒冷漫長，氣候條件極其惡劣，四季和晝夜溫差較大。哈薩克斯坦現有道路年代久遠，病害嚴重，運輸能力有限，嚴重影響當地經濟發展。為此哈薩克斯坦啟動了“光明大道”新經濟計劃，將加強運輸基礎設施建設，以重點口岸帶動周邊地區發展，加強地區間公路、鐵路和航空運輸能力。在此背景下，中信建設承接了哈薩克斯坦TKU公路改造項目，本文依托此項目開展研究。受當地特殊氣候條件影響，項目新建道路必將面臨長期、反復的夏季高溫、冬季嚴寒，以及融雪季節頻繁的凍融侵害，普通瀝青混合料路面的長期使用壽命難以保障。改性瀝青技術在國內已具備相當成熟的應用，大量工程案例證明使用改性瀝青能夠大幅提高瀝青混合料的高溫穩定性及低溫抗裂性，提高瀝青路面的使用壽命。

經項目前期調研，哈薩克斯坦尚未大規模使用改性瀝青，本文通過對不同配方的SBS改性瀝青進行室內試驗研究，為哈薩克斯坦等中亞國家SBS改性瀝青的生產和使用提供參考依據。

1 哈薩克斯坦瀝青路面現狀及病害分析

哈薩克斯坦為地處中亞的內陸國，國土幅員遼闊。屬嚴重干旱的大陸性氣候，夏季炎熱干燥，冬季寒冷少雪。1月平均氣溫-19℃至-4℃，7月平均氣溫19℃至26℃。冬季最低溫度能下降到-45℃，夏季高溫可達40℃以上，全年溫差可達80℃，是典型的高寒地區。其公路中大部分于二十世紀六十年代至八十年代完成設計施工，道路年久失修、病害嚴重，主要為裂縫、車轍、坑槽和松散等質量病害，嚴重影響公路運輸能力。

以上路面病害的形成，一是其所處高寒地區的氣候特點所致;二是其道路年久失修;三是當地筑路技術相對落后，大多沿用自前蘇聯，未能跟上當今國際新材料新技術潮流。哈薩克斯坦常用的基質瀝青質量不穩定，100/130#基質瀝青針入度實測值接近規范下限，經常會出現不合格情況。瀝青針入度偏低會影響瀝青混合料的低溫抗裂性，影響瀝青路面質量。

2 SBS改性瀝青在中國同類地區的應用

中國新疆地區和哈薩克斯坦氣候類型極為相似，SBS改性瀝青由于其良好的高溫穩定性和低溫抗裂性，能夠有效地提高路面的使用壽命，在新疆已得到了廣泛的使用，已有17年的使用經驗。

截至2020年底，中國高速公路通車里程已超過14萬公里（其中新疆高速公路總里程突破5 500公里），高速公路上面層基本都采用改性瀝青，其中95%以上改性瀝青為SBS改性瀝青。經過多年使用，中國的SBS改性瀝青技術及生產工藝已經相當成熟，且通過使用SBS改性瀝青，中國高等級公路的質量有了進一步的提升。

3 SBS改性瀝青配合比研究

3.1 原材料

本試驗研究采用的瀝青為巴浦洛達爾及里海瀝青廠生產的БНД100/130基質瀝青，改性劑采用俄羅斯“SBS L30-01”，橡膠油采用俄羅斯“Uniplast”。

3.2 改性瀝青制備工藝及配合比方案設計

首先將基質瀝青在剪切機中加熱至120℃，然后加入橡膠油“Uniplast”攪拌30～40分鐘，將瀝青和橡膠油的混合料加熱至160℃，之后逐步加入聚合物改性劑“SBS L30-01”，將溫度升至170℃～175℃，剪切約4小時（若發現改性瀝青中還有大顆粒改性劑，可以適當延長剪切時間）后得到改性瀝青樣品。SBS改性瀝青制備試驗方案見表3-1。

3.3 試驗結果與分析

3.3.1 改性瀝青常規試驗結果

按照СТ РК 2534-2014[2]試驗規程對按表3-1制備的4種SBS改性瀝青分別進行性能指標檢測，試驗結果見表3-2。

從表3-2四種摻配比例的改性瀝青試驗數據可知，摻入1.8%橡膠油和3.0%SBS改性劑或摻入3.0%橡膠油和3.5%SBS改性劑所得的改性瀝青標號為50/70;而摻入2.5%橡膠油和3.0%SBS改性劑或摻入3.5%橡膠油和3.5%SBS改性劑所得的改性瀝青標號為70/100。所得的不同標號的改性瀝青均符合規范СТ РК 2534-2014[2]的要求。

通過上述試驗數據可知，SBS聚合物改性瀝青中“SBS L30-01”改性劑的合理摻量為瀝青質量的3.0%～3.5%。

3.3.2 檢測改性瀝青的高溫和低溫性能

通過DSR動態剪切試驗和低溫彎曲蠕變BBR試驗測定上述4種SBS改性瀝青Superpave技術規范的高溫和低溫性能。試驗結果見表3-3：

由表3-3試驗數據可知，基質瀝青添加1.8%橡膠油+3%SBS配制的瀝青膠結料勁度S（MPa）和速率m-value滿足-34℃條件下Superpave低溫穩定性的要求;

基質瀝青添加2.5%橡膠油+3%SBS配制的瀝青膠結料和添加3.0%橡膠油+3.5%SBS配制的瀝青膠結料的勁度S（MPa）和速率m-value滿足-40℃條件下Superpave低溫穩定性的要求;

基質瀝青添加3.5%橡膠油+3.5%SBS配制的瀝青膠結料的勁度S（MPa）和速率m-value滿足-46℃條件下Superpave低溫穩定性的要求。

改性瀝青的高溫穩定性分別為：

基質瀝青+1.8%橡膠油+3.0%SBS—71.5℃;

基質瀝青+2.5%橡膠油+3.0%SBS—63.2℃;

基質瀝青+3.0%橡膠油+3.5%SBS—69.8℃;

基質瀝青+3.5%橡膠油+3.5%SBS—67.5℃;

通過上述分析，得出不同外加劑摻量制備的改性瀝青PG分級如表3-3所示。

參照以下哈薩克斯坦氣候分區圖可見，本文選配的四種SBS改性瀝青配合比設計方案能夠滿足哈薩克斯坦各種氣候分區要求，在實際施工時可依據項目所在地不同的氣候分區合理選用，為SBS改性瀝青技術在哈薩克斯坦等中亞地區的推廣及應用提供了理論依據。

4 哈國既有應用案例

在哈薩克斯坦A-2公路（霍爾果斯-阿拉木圖-奇姆肯特-烏茲別克斯坦邊境）鋪設了500米SBS改性瀝青SMA-20試驗段，其SBS改性瀝青的配方與TKU公路改造項目的試驗配方相似。經過檢測，所鋪設的SMA-20改性瀝青混合料各項指標均滿足規范要求。經過現場相關試驗檢測，通車后的SBS改性瀝青路面高溫和低溫性能較好，路況較普通瀝青路面路況較好，無車轍、裂縫等質量問題。

在哈薩克斯坦已有SBS改性瀝青試驗段施工，結合本文的相關研究，可以在哈薩克斯坦不同的氣候分區分別開展SBS改性瀝青的試用，為其在哈薩克斯坦等中亞地區的大規模應用提供技術幫助。

5 結論及建議

通過對四種不同配比的改性瀝青進行試驗研究可知，各摻配比例的改性瀝青均能夠滿足規范要求。

四種比例的改性瀝青PG分級分別為PG64-46、PG64-40、PG58-40、PG70-34能夠滿足哈薩克斯坦各種氣候分區（圖3-1）的要求，在實際施工時可依據項目所在不同的氣候分區合理選用改性瀝青配合比。

本次是通過試驗室制備改性瀝青樣品進行研究試驗，在工廠或現場生產時需依據現場試驗結果進行微調。

哈薩克斯坦常用的另外兩種100/130#基質瀝青（里海、奇姆肯特）試驗指標和巴浦洛達爾有較大差距，這兩種基質瀝青對應的改性瀝青配合比需經過試驗研究確定。

綜上所述，哈薩克斯坦現有公路病害嚴重，嚴重影響當地經濟發展，其路面質量病害的主要原因為瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性及瀝青和集料的粘附性較差，急需優質瀝青。而SBS改性瀝青有較好的高溫穩定性、良好的低溫抗裂性，能夠提升抗老化和抗疲勞性能，改善和集料的粘附性，能夠有效延長路面的使用壽命。因此在哈薩克斯坦使用SBS改性瀝青非常有必要，而且有非常廣闊的應用前景。

通過本文的研究，為SBS改性瀝青技術在哈薩克斯坦及其他中亞國家公路領域的推廣和使用提供依據。

參考文獻：

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[4]哈薩克斯坦技術法規與質量委員會.CT PK 1226-2003，瀝青針入度測定方法[S].

作者簡介：魏慶剛（1979-），男，山東陽谷人，本科，高級工程師，研究方向：公路工程。