直投式干法SBS改性瀝青混合料室內(nèi)試驗研究

摘 要：為解決濕法SBS改性瀝青運輸和儲存過程中存在的離析、性能衰減等問題，文章采用直投式速熔干法SBS改性劑結合基質瀝青替代傳統(tǒng)濕法SBS改性瀝青，制備了干法SBS-T、溫拌干法SBS-W、溫拌阻燃干法SBS-WZ三種干法瀝青混合料，并與濕法SBS（I-D）瀝青混合料進行室內(nèi)試驗對比研究，驗證其路用性能。結果表明，三種干法SBS改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能以及水穩(wěn)定性能指標均能滿足瀝青路面施工技術規(guī)范要求，且耐老化性能較濕法SBS瀝青混合料有所提升，其中干法SBS-T瀝青混合料路用性能較濕法SBS（I-D）瀝青混合料提升明顯，MS0提高了5.1%，TSR提高了7.3%，60 ℃動穩(wěn)定度提高了28.2%，-10 ℃最大彎拉應變提高了8.8%，具備廣闊的應用前景。

關鍵詞：瀝青混合料；直投式改性劑；干法SBS；路用性能

中圖分類號：U414.1

0"引言

在道路面層結構中，瀝青混合料面層因整體性好、平整度高、抗滑性好、降噪效果好等出色的性能備受歡迎，成為我國高速公路建設的主要路面形式之一［1］。為提高道路品質，一般通過高分子聚合物改性來改善瀝青、瀝青混合料性能。SBS作為常見的改性劑，能有效改善瀝青的高低溫性能，SBS改性瀝青混合料因能適應復雜的環(huán)境條件，被廣泛應用［2］。目前SBS改性瀝青以濕法工藝加工生產(chǎn)為主，在基質瀝青中加入SBS改性劑和穩(wěn)定劑，經(jīng)過數(shù)小時發(fā)育，得到成品改性瀝青，再將其運輸?shù)桨韬驼敬鎯拗羞M行儲存［3］。然而，濕法SBS在存儲過程中存在熱分解問題［4］，改性劑分子會產(chǎn)生斷裂、降解等問題，導致其儲存穩(wěn)定性較差，易離析，瀝青性能會產(chǎn)生較大波動［5］。此外，成品濕法SBS改性瀝青中的SBS的含量難以把控［6］，不良商家會通過以次充好等手段進行偷工減料［7］。為了克服這些問題，市場上出現(xiàn)了直投式速熔型干法SBS改性劑［8］，該改性劑更易存儲，同時質量更容易控制。然而，干法SBS改性劑的適用性和其瀝青混合料路用性能存疑。因此，本文以濕法SBS瀝青混合料為比照對象，采用干法SBS-T、溫拌干法SBS-W、溫拌阻燃干法SBS-WZ三種直投式干法SBS改性劑，展開干法SBS瀝青混合料路用性能研究，為干法SBS瀝青混合料推廣應用提供參考。

1"原材料

1.1"瀝青

試驗用瀝青為70#A級道路石油瀝青和SBS（Ⅰ-D）改性瀝青，基本性能分別如表1、表2所示。

1.2"礦料

粗集料采用輝綠巖碎石熱料，規(guī)格為11～16 mm、6～11 mm、3～6 mm；細集料采用機制砂熱料，規(guī)格為0～3 mm；填料采用石灰?guī)r礦粉，規(guī)格為0～0.6 mm。

1.3"干法SBS改性劑

選用3種國路高科（北京）工程技術研究院有限公司生產(chǎn)的干法SBS改性劑進行干法SBS瀝青混合料制備及路用性能研究，分別為干法SBS-T、溫拌干法SBS-W和溫拌阻燃干法SBS-WZ。為使干法SBS改性劑徹底熔融，充分發(fā)揮干法SBS改性劑的作用，使瀝青混合料性能達到最優(yōu)，嚴格控制改性劑摻量。根據(jù)前期研究，各類型干法SBS改性劑摻量如表3所示。

按照表3中各干法SBS改性劑摻量進行配伍性試驗研究，其中干法SBS-WZ摻量約為瀝青用量的15.0%。試驗結果如下頁表4所示。

由表4可知，摻入干法SBS改性劑后，瀝青三大指標及老化性能指標均能達到改性瀝青技術要求，這表明3種干法SBS改性劑配伍性好，能充分與基質瀝青交融，有效提高瀝青性能，從而達到改善瀝青混合料性能的目標。

2"瀝青混合料制備

2.1"干法SBS瀝青混合料成型方法

直投式干法SBS瀝青拌和方式如下：（1）將干法SBS改性劑和加熱好的集料干拌90 s，以使干法SBS均勻分散在礦料中；（2）將瀝青按照預定用量加入，拌和90 s；（3）再加入礦粉，拌和90 s。

室內(nèi)干法SBS瀝青混合料拌和、成型溫度控制參數(shù)如表5所示。

2.2"配合比設計

試驗采用AC-13型瀝青混合料，各檔材料篩分結果及合成級配如表6所示，礦料合成級配曲線見圖1。

通過馬歇爾試驗確定四種瀝青混合料的最佳油石比，最佳油石比下4種瀝青混合料馬歇爾試驗結果如表7所示。

3"路用性能試驗

3.1"水穩(wěn)定性能

通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗研究3種干法SBS瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，試驗結果分別如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知，較濕法SBS瀝青混合料，3種干法SBS瀝青混合料水穩(wěn)定性均有所提升。其中，SBS-T和SBS-W水穩(wěn)定性指標明顯優(yōu)于濕法SBS瀝青混合料，MS0分別提升了5.1%和4.6%，TSR分別提升了7.3%和7.4%。這是因為干法SBS改性劑采用了“微納米剪切”技術［9］，使SBS物理尺寸約為傳統(tǒng)SBS的1%，具備更強的熔融滲透能力。此外，改性劑中引入的極性基團，有效改善了界面作用，使瀝青和集料間的粘附性增強，更不易剝落。瀝青混合料拌和過程中，干法SBS改性劑能充分分散，迅速熔融，形成致密的網(wǎng)狀結構，同時避免了濕法SBS改性瀝青存儲、運輸過程中的離析導致瀝青性能降低，造成瀝青混合料的水穩(wěn)定性下降的問題。

3.2"高溫穩(wěn)定性能

通過60 ℃車轍試驗研究3種干法SBS瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能。試驗結果如表8所示。

由表8可知，SBS-T瀝青混合料動穩(wěn)定度明顯提升，較SBS（Ⅰ-D）瀝青混合料提升了28.2%，為8 649次/mm，其主要原因在于瀝青混合料拌和過程中干法SBS改性劑分散均勻，在瀝青中充分溶脹，在集料間形成了較強的結構瀝青膜，增大了混合料的粘結力，使混合料具備較好的抗車轍性能。SBS-W、SBS-WZ兩種瀝青混合料動穩(wěn)定度相對較低，分別為5 143次/mm、6 787次/mm，這可能是因為較低的拌和溫度和成型溫度導致瀝青混合料壓實難度更高，試件密實度較低，從而導致SBS-W和SBS-WZ瀝青混合料車轍動穩(wěn)定度較低，但仍高于規(guī)范要求，可嘗試用于隧道路面攤鋪，以節(jié)約能源成本，創(chuàng)造少煙、無煙施工環(huán)境，降低環(huán)境污染。

3.3"低溫抗裂性能

采用-10 ℃低溫小梁彎曲試驗研究干法SBS瀝青混合料的低溫抗裂性能。試驗結果如表9所示。

由表9可知，SBS-T瀝青混合料低溫最大彎拉應變較濕法SBS（Ⅰ-D）瀝青混合料提升了8.8%，為3 733.6 με，這是因為充分熔融狀態(tài)的SBS-T改性劑能夠降低瀝青的溫度敏感性，增強瀝青混合料抗開裂能力，進而改善瀝青混合料的低溫性能，而濕法SBS因長期高溫存儲易發(fā)生老化，性能不穩(wěn)定，針入度、延度變小，導致混合料低溫抗裂性能下降。此外，SBS-W和SBS-WZ瀝青混合料低溫抗彎拉強度以及最大彎拉應變略有降低，這是因為SBS-W和SBS-WZ兩種改性劑中的溫拌劑Sasobit會影響瀝青混合料的低溫抗裂性能［10］。

3.4"短期老化性能

為模擬干法SBS瀝青混合料運輸、等待過程中的短期熱氧老化，將新拌瀝青混合料置于電熱鼓風烘箱中135 ℃加熱4 h后成型進行混合料高溫穩(wěn)定性試驗；為模擬環(huán)境作用對混合料抗水損害性能影響，短期老化后成型標準馬歇爾試件置于85 ℃烘箱加熱5 d后進行水穩(wěn)定性相關試驗。試驗結果如表10所示。

由表10可知，經(jīng)短期熱氧老化后，干法SBS瀝青混合料動穩(wěn)定度均有所提升，這是因為混合料在短期老化過程中，SBS改性劑發(fā)育、溶脹更加充分，并且瀝青中的油分部分會轉化為樹脂，利于集料與瀝青界面粘結強度提高。經(jīng)5 d老化后，瀝青中部分高分子鏈斷裂，網(wǎng)狀結構被破壞，導致瀝青與集料粘附效果下降，4種SBS瀝青混合料水穩(wěn)定性能出現(xiàn)了不同程度衰減，濕法SBS（Ⅰ-D）瀝青混合料MS0、TSR分別降低了7.9%、9.2%，而干法SBS瀝青混合料MS0、衰減了5.7%～7.1%，TSR衰減了7.7%～8.3%。干法SBS瀝青混合料耐老化性能略優(yōu)于濕法SBS瀝青混合料，這是因為干法SBS即拌即用，避免了長期高溫存儲引起的性能損失。

4"結語

（1）配伍性試驗研究表明，在推薦摻量下，干法SBS-T、溫拌干法SBS-W、溫拌阻燃干法SBS-WZ和基質瀝青融合充分，三大指標及老化性能指標均能滿足相關技術要求。

（2）通過馬歇爾試驗配合比設計，干法SBS瀝青混合料與濕法SBS瀝青混合料最佳油石比相差不大，采用干法SBS改性劑結合基質瀝青替代濕法SBS，不會增加材料成本。

（3）3種干法SBS瀝青混合料高、低溫性能和水穩(wěn)定性能均能滿足施工技術規(guī)范要求；SBS-T瀝青混合料路用性能明顯優(yōu)于濕法SBS瀝青混合料，較濕法SBS瀝青混合料，殘留穩(wěn)定度提升了5.1%，凍融劈裂強度比提升了7.3%，60 ℃動穩(wěn)定度提升了28.2%，-10 ℃最大彎拉應變提升8.8%；干法SBS瀝青混合料耐老化性能略優(yōu)于濕法SBS瀝青混合料。

（4）SBS-W和SBS-WZ瀝青混合料高低溫性能、水穩(wěn)定性能均能滿足規(guī)范要求，具備應用推廣的基本條件。

參考文獻：

［1］劉樹堂，薛志超，劉兆新，等.干法苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料的動態(tài)力學性能［J］.濟南大學學報（自然科學版），2023，37（3）：374-379.

［2］孫澤強，周曉蕾，宋"亮，等.SBS/膠粉復合改性瀝青混合料研究進展［J］.中外公路，2021，41（6）：239-244.

［3］張"晗，孟春麟，趙明方，等.干法SBS改性技術在沿海高速中的應用研究［J］.中外公路，2023，43（4）：268-273.

［4］梁"鋒，胡新順.高溫干旱地區(qū)干法SBS配制高模量瀝青混合料配合比設計研究［J］.中國工程機械學報，2022，20（5）：450-453.

［5］Zhang W，Jia Z，Wang F .Effect and prediction of aromatic oil on swelling degree of direct-to-plant SBS modifier in bitumen［J］.Petroleum Science and Technology，2019，37（9）：1 033-1 040.

［6］羅海松，鄭傳峰，包崇昊，等.干法SBS改性瀝青混合料在低等級道路的應用［J］.路基工程，2022（5）：65-69.

［7］付"超，周"雄，吳林生，等.濕法和干法SBS改性瀝青混合料對比研究［J］.公路工程，2018，43（6）：212-215，293.

［8］周"雄，任永合.干法SBS-T改性劑配伍性及瀝青混合料性能研究［J］.西部交通科技，2022（12）：82-85.

［9］唐國奇.一種直投式速溶型SBS改性劑及其制備方法和應用［P］.北京：CN104672744A，2015-06-03.

［10］陳"欣，韋"清，馬海濤，等.溫拌型干法SBS改性瀝青及混合料性能研究［J］.交通科技與管理，2023，4（17）：105-107.20240317