基于干法工藝的SBS 改性瀝青混合料性能研究

劉雪松，郭輝，吳立強，王涵

（1.山東濱州公路工程公司，山東 濱州 256600；2.濱州市公路事業發展中心，山 東濱州 256600；3.國路高科（北京）工程技術研究院有限公司，北京 100083）

改性瀝青混合料的生產工藝分為干法和濕法兩種[1,2]。其中濕法工藝需要生產改性瀝青，接著將生產的改性瀝青運輸至拌和廠與集料進行拌和。在運輸過程中，改性瀝青普遍存在的一個問題是改性劑與瀝青離析[3,4]。其主要原因是改性劑與瀝青的密度、分子量等性質存在較大差異，在長時間的熱存儲中，改性劑會上浮或下沉[5]。為此，技術人員進行了許多研究解決此問題。其中干法工藝取消了改性瀝青的生產過程，直接將基質瀝青、改性劑與礦料進行拌和，從根本上解決了改性瀝青的離析[6,7]。與成品改性瀝青不同，干法改性劑和瀝青均可以長期存放，并且性質不會發生太大變化。此外，采用干法技術優化了改性瀝青混合料的生產工藝，避免了成品改性瀝青存在的一些管理問題。

為生產干法改性瀝青混合料，技術人員采用了專用于干法工藝的改性劑。本研究以國路高科生產的干法改性劑SBS-T 為研究對象，基于前期試驗成果，采用兩種改性劑分別制備了AC-13、AC-20 兩種級配的瀝青混合料，測試了干法改性瀝青混合料的性能，并對其現場應用的性能進行了評價。

1 瀝青混合料設計

1.1 原材料

基質瀝青選用東海70#道路石油瀝青，其針入度為69dmm，軟化點為47.6℃，15℃延度大于150cm，性能均滿足規范要求。改性劑選用國路高科（北京）工程技術研究院有限公司生產的干法改性劑，型號為SBS-T。

1.2 瀝青混合料設計

前期根據經驗確定了SBS-T 的最佳摻量分別為5.5%，并證明了以改性劑最佳摻量制備的改性瀝青具有良好的高溫性能和低溫性能。

試驗采用兩種級配的瀝青混合料，分別是AC-13 和AC-20。瀝青混合料的具體級配定為JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》中推薦的AC-13 和AC-20 級配范圍的中值。粗集料、細集料和礦粉的選擇均滿足規范要求。

在室內試驗中，首先以基質瀝青和干法改性劑最佳摻量制備了干法SBS 改性瀝青，并與礦料進行拌合制備瀝青混合料。接著通過馬歇爾試驗方法確定了干法SBS改性瀝青混合料的最佳油石比。采用AC-13 級配時，SBS-T 改性瀝青混合料的最佳油石比均為4.5%～4.7%，進行室內性能測試時采用4.6%的油石比。采用AC-20級配時，兩種瀝青混合料的最佳油石比為4.2%～4.4%，進行室內試驗時選用4.3%。實際生產中，需要將其換算成等質量的基質瀝青和改性劑。

1.3 制備工藝

干法改性瀝青混合料制備工藝如下：（1）將干法SBS 改性劑和熱集料干拌90s，以使干法SBS 改性劑均勻分散在礦料中；（2）加入預定用量的基質瀝青，拌和90s，之后加入礦粉繼續拌和90s；（3）將拌合好的混合料置于保溫桶中，放入烘箱恒溫發育2h，以模擬攤鋪前運輸車保溫工況。瀝青混合料制備過程中的溫度控制見表1。上述步驟完成后，成型瀝青混合料試件。

表1 室內干法SBS 改性瀝青混合料的制備溫度（℃）

2 瀝青混合料性能

2.1 力學強度

為研究干法改性瀝青混合料的強度，參照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料施工技術規程》對成型試件進行馬歇爾穩定度試驗，試驗結果見表2。

表2 馬歇爾穩定度

由表2 可知，干法SBS 改性劑在兩種級配條件下制備的瀝青混合料的馬歇爾穩定度均大于10kN，滿足規范要求，這表明基于干法工藝制備的瀝青混合料具有潛力。值得注意的是，在同種改性瀝青混合料，采用AC-13 級配時具有更高的力學強度。

2.2 高溫穩定性評價

根據JTG E20-2011 中規定的車轍試驗評價改性瀝青混合料的高溫穩定性，該試驗結果用于表征混合料抵抗永久變形的能力，具體結果如表3 所示。

表3 干法瀝青混合料的動穩定度

根據表中數據可知，干法SBS 改性劑制備的改性瀝青混合料的動穩定度均滿足規范中的技術要求（≥2800次/mm），這表明干法技術可以較好地保證瀝青混合料的高溫性能，使其具有較好的高溫抗變形能力。此外可以發現，對于同種改性瀝青混合料，AC-20 級配的動穩定度要高于AC-13 的動穩定度。這是因為AC-20 級配中的粗集料較多，可以在瀝青混合料中提供骨架支撐作用，在高溫情況下，減少瀝青混合料的內部流動[8]。

2.3 低溫抗裂性評價

為評價改性瀝青混合料的低溫抗裂性，根據JTG E20-2011 中的方法進行低溫小梁彎曲試驗，試驗溫度為-10℃，試驗結果見表4。

表4 干法瀝青混合料的極限破壞應變

由表4 可知，干法SBS 改性瀝青混合料的極限破壞應變均滿足技術規范要求，具有良好的低溫抗裂性。可以看出，對于同種瀝青混合料，級配類型可能會對其低溫性能產生影響。例如，對于SBS-T 瀝青混合料，AC-13 級配時的極限破壞應變高于級配AC-20，該值約為后者的103.6%。這是因為AC-13 級配中包含較多的細集料，在低溫情況下，細集料與瀝青相比粗集料具有更好的柔性，所以采用AC-13 級配的瀝青混合料具有較高的極限破壞應變。

2.4 水穩定性評價

通過浸水馬歇爾、凍融劈裂試驗評價干法SBS 改性瀝青混合料的水穩定性，試驗方法參照JTG E20-2011。

2.4.1 浸水馬歇爾試驗

浸水馬歇爾試驗結果如表5 所示。表中數據顯示，兩種瀝青混合料的殘留馬歇爾穩定度比均高于90%，這表明其均具有較好的水穩定性。對比發現，兩種級配下的穩定度和殘留穩定度差異較小。然而，其殘留穩定度卻表現出較為明顯的差異。采用AC-20 級配瀝青混合料的殘留穩定度要略高于級配AC-13。這可能是因為，AC-13 中細集料較多，而細集料吸附瀝青，使瀝青不能完全裹附在粗集料之上，這使得該級配下的瀝青混合料較容易受到水侵害。相反，采用級配AC-20 時的瀝青混合料具有相對更加優良的水穩定性。

表5 浸水馬歇爾試驗結果

2.4.2 凍融劈裂試驗

凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾穩定度試驗均可以表征瀝青混合料的水穩定性。凍融劈裂試驗結果如表6 所示，與浸水馬歇爾穩定度類似，瀝青混合料的不同級配之間的標準劈裂強度和凍融劈裂強度差異較小。整體來說，兩種瀝青混合料均具有較高的凍融劈裂強度比，可以有效的提高抗水損能力。

表6 凍融劈裂試驗結果

2.5 小結

根據室內可得，基于干法技術制備的SBS-T 瀝青混合料具有較好的高溫抗永久變形能力、低溫抗裂能力和抗水損害能力，路用性能優良，可應用于高等級公路面層。

3 現場應用

3.1 應用概況

2021 年，在山東省濱州市國省道G340 大中修的部分路段應用了SBS-T 瀝青混合料，級配采用AC-13、AC-20。根據配合比設計的結果，在現場制備了干法改性瀝青混合料。

3.2 現場瀝青混合料質量檢測

施工時，取拌合完成的改性瀝青混合料，測試其性能，具體結果見表7。現場拌合的瀝青混合料的馬歇爾穩定度均大于規范要求的8kN，與室內試驗結果一致性較好。瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和水穩定性均滿足規范的要求。施工結束兩天后，進行現場取芯檢測，觀測到芯樣表觀密實，層間粘結良好。上述結果表明干法工藝實際應用效果良好。

表7 溫拌型干法改性瀝青混合料技術指標

3.3 應用觀測

2022 年11 月，對鋪設的試驗路進行現場觀測，如圖1 所示。經過行車碾壓、氣候作用后，路面無車轍、裂縫、飛散掉粒等病害發生。這表明干法改性瀝青混合料具有較好的耐久性。

圖1 干法改性瀝青混合料的試驗路觀測情況

4 結論

（1）馬歇爾穩定度試驗和車轍試驗結果顯示，干法SBS 改性瀝青混合料的力學強度、高溫性能均符合相關要求，具有較好的抗車轍、抗永久變形能力。

（2）低溫小梁彎曲試驗和水穩定性試驗結果顯示，干法SBS 改性瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性和水穩定性，能夠較高的預防低溫裂縫、坑槽等病害。

（3）現場應用結果顯示，干法工藝制備的瀝青混合料的性能滿足要求，且具有良好的長期使用性能。

（4）干法改性工藝還具有一定的環保優勢，可以降低施工階段能耗，減輕了環境污染壓力。