干法SBS改性克拉瑪依瀝青在養護工程中的應用

克拉瑪依瀝青由于特殊的結構組成，難以進行改性，影響了新疆本土瀝青的發展與應用。而干法SBS改性劑解決了濕法SBS改性瀝青難以直接改性的難題，對不同油源的基質瀝青具有普遍適用性。文章依托新疆G7線昌吉片區大浪沙至大黃山段養護工程，進行了克拉瑪依90#瀝青的干法SBS改性配伍性驗證以及路用性能評價。結果表明：干法SBS改性技術解決了疆內主流的克拉瑪依瀝青無法進行SBS改性的技術難題，路用性能良好，具有突出的推廣價值。

克拉瑪依瀝青；干法SBS改性劑；配伍性驗證；路用性能

U416.03A220714

作者簡介：

陳學光（1974—），教授級高級工程師，主要從事路基路面工程及養護工程新工藝、新材料、新技術研究工作。

0" 引言

克拉瑪依道路石油瀝青具有優異的低溫、耐老化和抗疲勞等性能，是新疆地區主要生產和應用的石油瀝青之一［1］。但隨著經濟的發展，交通量逐漸增加，公路運輸呈現出多軸次、多頻次、重輪載等特點，普通的道路石油瀝青已無法滿足公路建設的需求。

對瀝青進行改性可提高瀝青混合料的高低溫及力學性能，提高瀝青路面的耐久性。SBS聚合物改性是目前應用最多且最為廣泛的改性瀝青技術，其與瀝青是否具有良好的相容性會直接影響改性瀝青的品質。根據組分組成理論，瀝青質是瀝青膠體溶液的核心，瀝青能否形成穩定的膠體體系與瀝青質的含量密切相關，國內外大多數改性用的瀝青質含量一般在5%～10%［2］。但克拉瑪依道路石油瀝青具有的結構組成特殊，相較我國常用的道路石油瀝青而言，其存在瀝青質含量過低的問題，從而導致其難以制備成性能穩定且質量優良的SBS改性瀝青［3］，這個問題導致部分工程建養需從外地引進其他品牌的基質瀝青來進行改性，影響了新疆當地克拉瑪依瀝青產業的發展與擴張，造成了嚴重的經濟損失。

相關研究表明，進行組分調整以及加入化學交聯穩定劑等方式可改善克拉瑪依瀝青與SBS體系的相容性［4］。干法SBS改性是以SBS為主要原材料，通過SBS結構優化設計、高標號瀝青組分預溶脹、超速交聯等方式，解決傳統SBS改性劑需與瀝青預混后使用的難題，適用于不同油源的基質瀝青改性［5］。對此，本文以新疆G7線昌吉片區大浪沙至大黃山段（以下簡稱新疆G7項目）應用為例，對其進行與克拉瑪依90#基質瀝青的配伍性驗證，并進行混合料性能評價及施工應用分析，為克拉瑪依瀝青進行SBS改性應用提供技術參考。

1" 原材料性能

1.1" 原材料

1.1.1" 干法SBS改性劑

采用國路高科（北京）工程技術研究院生產的速熔型干法SBS改性劑，滿足《公路干法SBS改性瀝青路面技術指南》（T/CHTS 20003-2018）（以下簡稱技術指南）的要求，具體技術指標見表1。由表1可知，干法SBS改性劑的單顆粒質量遠低于標準要求，細化后的顆粒增加了其與瀝青接觸的比表面積，為其均勻穩定地分布于瀝青基體中提供了條件，增加了瀝青的相容性。

1.1.2" 瀝青

采用新疆G7項目提供的克拉瑪依90#基質瀝青，具體技術指標見表2，均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）（以下簡稱技術規范）的要求，且低溫性能、耐老化性能表現優異。

為進行干、濕法SBS改性瀝青混合料性能對比研究，選擇對比驗證的濕法SBS改性瀝青技術性能見下頁表3。

1.2" 配伍性驗證

干法SBS改性雖然具有普適性，但基質瀝青的種類不同仍會影響其與干法SBS改性后的技術性能表現。與此同時，SBS瀝青體系的試驗檢驗相對比較穩定，而混合料驗證受礦料、配合比等因素的影響波動較大。因此，在進行干法SBS應用時，將其與新疆G7項目所選瀝青進行配伍性驗證，通過嚴控基質瀝青質量，保證項目質量的穩定性。

干法SBS改性劑與基質瀝青的配伍性驗證方法為［6］：（1）將500 g基質瀝青放入180 ℃±5 ℃的烘箱中加熱30 min；（2）將項目規定摻量的干法SBS改性劑放入瀝青中攪拌均勻，新疆G7項目干法SBS改性劑的摻量為基質瀝青質量的5%，即需稱取25 g干法SBS改性劑；（3）使用剪切機對混合后的瀝青液進行高速剪切，剪切速率為5 000 r/min，剪切時間為20 min，剪切溫度為180 ℃～190 ℃；（4）混熔好的瀝青立即澆模，并進行配伍性指標測試，具體測試結果見表4。

干法SBS改性克拉瑪依瀝青在養護工程中的應用/陳學光，李和青，魏艷萍，彭" 琛

由表4可知，干法SBS改性劑與新疆G7項目采用的克拉瑪依90#瀝青具有良好的配伍性，技術要求滿足技術指南中Ⅰ-D的要求。

2" 改性瀝青混合料室內性能研究

考慮到施工的便利性以及經濟性，新疆G7項目選用AC-13C瀝青混合料路面結構類型，具體處治方案為4 cm AC-13C細粒式干法SBS改性瀝青混凝土上面層+黏層+處治后既有路面剩余結構層。AC-13C目標配合比情況見表5，干法SBS摻量為克拉瑪依90#瀝青質量的5%，最佳油石比為4.6%。

干法SBS改性瀝青混合料采用馬歇爾配合比設計方法，按照技術指南的方法室內制備干法SBS改性瀝青混合料，各環節溫度控制見表6。

2.1" 與濕法改性瀝青技術的對比分析

對克拉瑪依瀝青進行干法SBS改性后的力學性能及高低溫、抗水損性能測試，并與濕法SBS改性瀝青混合料進行對比，相關測試結果見表7。

由上頁圖1、圖2可知。

（1）當干法SBS摻量為5%時，可達到與濕法成品SBS改性瀝青同等的路用性能，證明了干法SBS改性技術可替代濕法SBS改性瀝青，充分實現克拉瑪依瀝青的本土化改性及應用需求。

（2）成品SBS改性瀝青在高、低溫性能方面較干法SBS改性技術略有降低，這主要是由于成品SBS改性瀝青一直處于高溫加熱狀態，產生了高溫老化以及SBS降解失效等問題，從而導致其技術性能衰減。

2.2" 干法、濕法工況路用性能對比分析

為充分驗證干法SBS改性技術的性能穩定性，本文進行了干、濕法工況條件下瀝青混合料的對比研究，其中，濕法工況下分別對選用的成品SBS改性瀝青在165 ℃的溫度條件下儲存1 d、2 d、3 d、5 d的瀝青性能進行研究，并進行動穩定度指標的驗證測試，測試結果見表8。干法SBS改性技術在實際應用時直接投入瀝青拌和樓制備SBS改性瀝青混合料，無須考慮改性瀝青的老化，為考慮“拌和站拌和-混合料運輸-攤鋪”過程中混合料性能的變化，在室內試驗時，進行了立即成型和老化2 h后混合料性能變化的測試，檢測結果見表9。

由表8、表9及圖3～5可知：

（1）隨著儲存時間的增加，濕法SBS改性瀝青及混合料的性能都存在較為嚴重的衰減，在儲存3 d時，延度指標已無法滿足規范要求，動穩定度指標下降約30%。在實際使用過程中，濕法SBS改性瀝青由于受施工進度、政策條件等影響，從生產到使用完平均需3 d左右。而干法SBS改性瀝青混合料在使用過程中不存在瀝青使用前老化的影響。相較而言，干法SBS改性瀝青的性能較濕法SBS改性瀝青可提高約30%。

（2）模擬干法SBS改性瀝青混合料施工過程中存在的老化，由測試結果可知其性能略有提升，可能是由于此過程延長了發育時間，使瀝青混合料的性能得以充分表現。

3" 試驗段施工

為了更好地對克拉瑪依瀝青進行干法SBS改性后的效果進行驗證，選擇新疆G7線昌吉片區大浪沙至大黃山K2549+843～K2734+000段進行了試驗段的鋪筑，在項目施工前，新疆G7項目提前儲備了干法SBS改性劑材料，常溫儲存，采取了防水、防火等保護措施。

3.1" 干法SBS改性克拉瑪依瀝青混合料的制備

干法SBS改性劑可直接投入瀝青拌和樓，與基質瀝青、集料等直接制備為SBS改性瀝青混合料，具體見下頁圖6。

該項目在3000型瀝青混合料拌和樓施工，采用人工投放。施工時，需將干法SBS改性劑按設計用量分包成小包裝，其質量計算方法如下：

m=M×AA+100×BB+100（1）

式中：m——干法SBS改性劑的質量（kg）；

M——瀝青拌和樓每拌和缸生產的混合料質量（kg）；

A——油石比（%）；

B——干法SBS改性劑占基質瀝青的比例（%）。

干法SBS改性瀝青混合料可根據施工進度，隨時應用隨時生產，該技術避免了新疆本地遠距離調運的復雜過程以及需加工制備SBS改性瀝青的工藝過程，并避免了長時間的成品瀝青高溫儲運環節，以及無法適應工期變化等難題［7］。

3.2" 干法SBS改性瀝青混合料的運輸、攤鋪及碾壓

瀝青混合料裝車時，采用前、后、中移動三次裝料，從而減少混合料的離析，并在運輸車車廂頂部采用油布覆蓋，做好保溫措施。

由克拉瑪依瀝青制備的干法SBS改性瀝青混合料的運輸、攤鋪、碾壓工序與《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中的要求一致。施工過程中，各環節溫度控制見表10。

3.3" 施工中質量檢測

在施工過程中，對生產的瀝青混合料進行了性能檢測，其技術指標見表11，滿足規范及設計要求。另外，進行了現場厚度、壓實度、平整度、滲水性等檢測，均滿足技術規范的要求。

4" 結語

干法SBS改性技術在新疆G7線項目中得到了良好應用，為克拉瑪依瀝青在西北地區的應用奠定了良好的基礎。

（1）干法SBS改性技術解決了新疆主流的克拉瑪依瀝青無法進行SBS改性的技術難題。經驗證其與克拉瑪依90#瀝青具有良好的配伍性，且各項技術指標均滿足技術規范的要求。

（2）應用干法SBS改性劑時需進行其與基質瀝青的配伍性驗證，嚴格控制原材料質量，有效保證瀝青路面質量。

（3）干法SBS改性工藝相比傳統濕法改性瀝青性能優勢明顯，其可直接采購，常溫儲存，應用方便，避免了SBS改性瀝青在儲存和運輸過程中容易產生的改性劑離析、性能指標衰減等質量風險，提高了施工組織靈活性，提升了公路養護工程施工質量。

（4）干法SBS改性瀝青技術避免了濕法SBS改性瀝青的高溫加工、儲存過程，大幅減少了公路施工過程中的碳排放，達到節能減排的目的。

［1］袁" 野，時敬濤，李" 存，等.克拉瑪依瀝青改性工藝對比研究［J］.公路與汽車運，2019（5）：56-59.

［2］熊良銓，毛三鵬，楊克紅，彭" 煜.大幅度提高瀝青質含量的工藝研究［J］.石油瀝青，2016，30（5）：6-10.

［3］于曉霞.基于克拉瑪依瀝青與塔化瀝青復配的高黏瀝青及其混合料性能研究［D］.濟南：山東建筑大學，2020.

［4］彭" 煜，楊克紅，藺習雄，等.SBS改性克拉瑪依瀝青的相容性和穩定性機理［J］.石油瀝青，2018，32（5）：25-32.

［5］蘇登信.干法SBS改性劑的適用性及改性瀝青混合料性能研究［J］.建筑新型材料，2020（11）：84-89.

［6］馮新軍，郝培文.SBS聚合物改性劑與基質瀝青的配伍性研究［J］.公路，2007（7）：186-189.

［7］王正同，劉長革，趙亞男，等.直投式SBS改性劑路用性能研究［J］.公路交通科技（應用技術版），2016（11）：97-99.

20240310