干法改性劑與基質瀝青配伍性研究

李平、張英澤、吳立強、王涵

［1.山東省濱州公路工程有限公司，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，北京100000］

0 引言

SBS 改性瀝青混合料具有優異的高低溫性能和抗疲勞性能，在道路工程中得到了廣泛應用[1-3]。改性瀝青混合料的生產工藝可分為濕法工藝和干法工藝。濕法工藝是先將基質瀝青與改性劑在工廠中制備成改性瀝青，再將其保溫運輸至拌和廠與礦料拌和。干法工藝則是將基質瀝青、改性劑和礦料統一在拌和廠進行拌和。

與濕法工藝相比，干法工藝具有一定優勢。首先，干法工藝能夠省略改性瀝青預制環節，優化生產工藝，使改性瀝青的生產更加靈活、機動。其次，干法工藝能夠減少改性瀝青混合料生產能耗，使生產過程更加環保。最后，干法工藝能夠避免改性瀝青在運輸過程中的離析，保證了改性瀝青的性能，使施工人員更容易控制改性瀝青的生產質量[4-5]。

羅海松[6]等經研究證明，干法改性劑摻量為5%時，改性瀝青混合料的馬歇爾穩定度相比于普通瀝青混合料提高50%。代霞[7]等經研究證明，干法改性瀝青混合料具有良好的高溫抗車轍及低溫抗開裂性能。然而，由于干法工藝是直接將干法改性劑、基質瀝青和石料混合，該過程不包含改性瀝青的制備環節，因此目前對干法改性劑與基質瀝青的配伍性研究較少。

為研究干法改性劑與基質瀝青的配伍性，研究選用遼河石化生產的干法改性劑SBS-T 和溫拌干法改性劑SBS-W 作為研究對象。結合干法瀝青混合料生產，設計室內干法改性瀝青生產工藝，通過室內試驗評價兩種干法改性劑和基質瀝青的配伍性。

1 原材料

基質瀝青采用東海70#瀝青，該瀝青產自齊魯石化，其關鍵指標測試結果和規范要求如表1 所示。干法改性劑SBS-T 和溫拌干法改性劑SBS-W 均產自國路高科（北京）工程技術研究院有限公司，SBS-T 和SBS-W 的外觀如圖1 所示。

圖1 干法改性劑外觀圖

表1 70#瀝青的技術性能

2 制備工藝

為研究干法改性劑與基質瀝青的配伍性，并與工廠生產干法改性瀝青混合料的工藝相匹配，在室內試驗中設計了干法改性瀝青的制備工藝。

SBS-T 改性瀝青的制備工藝如下：其一，將基質瀝青加熱到180℃，加入不同摻量的SBS-T 改性劑，用玻璃棒攪拌均勻；其二，將樣品置于高速剪切機下，調整轉速至5000 轉/min，剪切溫度為180℃，持續剪切20min。

采用SBS-W 制備改性瀝青與SBS-T 類似，僅將試驗溫度降低20℃，設置為160℃。樣品制備完成后，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）要求進行軟化點、延度等關鍵指標分析。

3 改性瀝青性能

3.1 改性劑摻量優選

以SBS-T 改性劑為例，通過分析不同改性劑摻量制備的改性瀝青的軟化點和延度，得出與基質瀝青配伍性最佳的SBS-T 摻量。SBS-T 改性劑摻量范圍為4.5%～7%，按0.5%逐步增加，制備6 組SBS-T 改性瀝青，改性劑均為內摻。

圖2 為不同摻量的SBS-T 制備的干法改性瀝青的軟化點。由圖2 可知，隨著改性劑摻量的增加，SBS-T 改性瀝青的軟化點大幅度上升，其軟化點上升過程大致可分為三個階段：

圖2 不同SBS-T 摻量下干法改性瀝青的軟化點

第一階段，緩慢增長階段（改性劑摻量為4.5%～5.5%）。在該階段，SBS-T 改性瀝青的軟化點從77.5℃上升至81.3℃，軟化點增加了3.8℃。4.5%～5.5%的改性劑摻量是SBS 改性瀝青生產中改性劑的適宜摻量（3%～5.5%）。

第二階段，急速增長階段（改性劑摻量為5.5%～6.5%）。在該階段，SBS-T 改性瀝青的軟化點大幅度上升，增幅達到19.68%，表明SBS-T 改性瀝青的高溫性能大幅提升。

第三階段，逐漸平穩階段（改性劑摻量為6.5%～7%）。隨著改性劑摻量的增加，改性瀝青中的聚合物網狀結構逐漸成熟。在此基礎上繼續增加改性劑摻量，改性瀝青高溫性能的提升效果逐漸放緩，改性瀝青的性能逐漸穩定。

我國《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）中規定，SBS 改性瀝青的軟化點不得低于70℃，圖2 中所示軟化點均滿足規范要求。

SBS-T 改性瀝青的延度隨SBS-T 改性劑摻量變化規律如圖3 所示。改性瀝青延度的變化規律與軟化點的變化規律不同。SBS-T 改性劑摻量為7% 時，SBS-T 改性瀝青的延度僅比改性劑摻量為4.5%時高0.8cm。在SBS-T 改性劑摻量增加的過程中，SBS-T改性瀝青的延度出現兩個峰值，分別為41.9cm（改性劑摻量為5.0%）和42.5cm（改性劑摻量為6.5%）。同時，延度可以反映瀝青的低溫性能。分析可知，改性劑摻量的變化未對SBS 改性瀝青的低溫性能產生顯著影響。根據圖3 可知，幾種SBS-T 改性劑摻量下的延度值均大于40cm，滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）中要求的20cm。

圖3 不同SBS-T 摻量下干法改性瀝青的延度

綜合考慮改性瀝青的軟化點和延度指標，并結合經濟性分析，選擇5%的SBS-T 作為SBS-T 改性瀝青的最佳摻量。此時，改性瀝青的軟化點可達到80.5℃，延度可達到41.9cm。后續試驗均基于以該摻量制備的改性瀝青進行研究。

采用類似方法，確定溫拌干法改性劑SBS-W 的最佳摻量為6%，此摻量下溫拌SBS-W 改性瀝青的技術性能如表2 所示。

表2 6%SBS-W 制備改性瀝青的軟化點和延度

對比圖2、圖3 和表2 數據可知，以改性劑最佳摻量制備的SBS-W 改性瀝青的軟化點高于SBS-T 改性瀝青，延度卻低于后者。整體而言，以兩種改性劑（5%SBS-T，6%SBS-W）制備的改性瀝青性能均滿足技術規范。

3.2 高溫性能

為對比改性瀝青的高溫流變性能，借助動態剪切流變儀對SBS 改性瀝青、SBS-T 改性瀝青和SBS-W改性瀝青進行溫度掃描。試驗結果如圖4 所示。根據圖4 可知，無論在老化前還是老化后，三種改性瀝青的車轍因子均隨溫度降低而降低，這表明溫度升高會使瀝青向流動狀態轉變。

圖4 改性瀝青的車轍因子

此外，對三種樣品的車轍因子進行對比，可以得出以下結論：在相同溫度下，未老化改性瀝青的車轍因子從大到小依次為：SBS-W 改性瀝青＞SBS-T 改性瀝青＞普通SBS 改性瀝青，老化瀝青依舊呈現這種規律。同溫度下，三種改性瀝青老化后的車轍因子相比老化前均有不同程度的提升。這是因為老化會使瀝青內部的輕組分揮發，進而使瀝青變硬，在高溫下變得更不易流動。

3.3 低溫性能

為對比改性瀝青的低溫流變性能，借助彎曲梁流變儀對改性瀝青進行測試，試驗溫度為-12℃和-18℃，試驗結果如表3 所示。分析表3 中數據可得出以下結論：隨著試驗溫度的降低，三種改性瀝青的S 值增加，m 值降低，這表明瀝青逐漸變脆。此外，在同一溫度下，SBS 改性瀝青的S 值略高于SBS-T 改性瀝青，但是兩者均低于SBS-W 改性瀝青。改性瀝青的m 值則呈相反的規律。S 值和m 值具有較好的一致性，表明在三種改性瀝青中，SBS-W 改性瀝青具有低溫性能優勢。

表3 改性瀝青的低溫流變指標

4 結論

通過對干法改性劑SBS-T 和溫拌干法改性劑SBS-W 與基質瀝青配伍性的研究，主要得出如下結論：第一，隨著SBS-T 改性劑摻量的增加，改性瀝青的軟化點經過緩慢增長、急速增長和逐漸平穩三個階段。在設計摻量內，改性瀝青的軟化點均高于70℃。第二，SBS-T 改性瀝青的延度均高于40cm，但是該指標并未隨著改性劑摻量變化呈現明顯的變化規律。第三，結合改性瀝青性能，并考慮經濟性，確定SBS-T的最佳摻量為5%，SBS-W 的最佳摻量為6%。第四，SBS-T 和SBS-W 改性瀝青的高溫性能優于普通SBS改性瀝青。而在低溫性能方面，SBS-W 改性瀝青最優，SBS-T 改性瀝青與普通SBS 改性瀝青相當。