金理平

（甘肅萬(wàn)泰建設(shè)工程有限公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

SBS改性瀝青為當(dāng)前應(yīng)用最多的改性瀝青種類(lèi)，占比達(dá)90%以上。其本質(zhì)為苯乙烯-丁二烯嵌段共聚型熱塑性彈性體，高低溫性能、耐疲勞性能優(yōu)良[1]。在SBS改性劑使用過(guò)程中，工藝分為干法SBS及濕法SBS。為研究干法SBS改性劑對(duì)瀝青的改性效果，通過(guò)對(duì)干法SBS改性瀝青及干法SBS瀝青混合料性能的研究，與傳統(tǒng)濕法SBS改性瀝青混合料性能進(jìn)行對(duì)比分析，研究其推廣應(yīng)用的前景[2]。

1 SBS改性瀝青分類(lèi)

1.1 濕法SBS改性瀝青

傳統(tǒng)濕法工藝為當(dāng)前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)SBS改性瀝青的主要工藝。在工廠(chǎng)或工地現(xiàn)場(chǎng)，以一定比例的SBS改性劑加入基質(zhì)瀝青，采用大型的瀝青剪切機(jī)及膠體磨設(shè)備，充分磨細(xì)、分散和溶脹SBS改性劑，以達(dá)到SBS改性劑均勻地分散于基質(zhì)瀝青的目的[3]。但SBS改性劑難以充分融合于基質(zhì)瀝青，因此需要加入一定比例的專(zhuān)屬穩(wěn)定劑，制成瀝青與SBS的物理共混材料后，再將成品SBS改性瀝青運(yùn)至工地現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存及使用。

目前，濕法SBS改性瀝青在生產(chǎn)加工工藝等方面技術(shù)較成熟，用其生產(chǎn)的瀝青混合料高低溫性能全面、抗疲勞性能好。同時(shí)針對(duì)濕法SBS改性瀝青的研究很多，該技術(shù)及工藝是我國(guó)瀝青路面的主流，并廣泛被行業(yè)所接受應(yīng)用。但濕法工藝也有很多不足，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中要經(jīng)過(guò)“溶解、剪切或膠磨、發(fā)育、穩(wěn)定、儲(chǔ)存”過(guò)程，瀝青加工過(guò)程中能耗大、污染環(huán)境。通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)SBS改性瀝青性能的研究，發(fā)現(xiàn)其屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，因此，在加工和儲(chǔ)存中，SBS改性瀝青存在離析、熱分解導(dǎo)致性能衰變等技術(shù)問(wèn)題，使其存儲(chǔ)時(shí)間無(wú)法超過(guò)半年。

1.2 干法SBS改性瀝青

干法改性工藝是將改性劑直接添加至拌和樓中，先與加熱后集料進(jìn)行攪拌、再加入基質(zhì)瀝青，從而達(dá)到改性瀝青混合料性能的目的。這種改性劑的特點(diǎn)為易松散、高溫易熔融，可在混合料生產(chǎn)周期1min內(nèi)改性瀝青混合料[4]。

干法SBS改性劑只需要在瀝青混合料拌和過(guò)程中以規(guī)定的質(zhì)量加入，不需要制備成品改性瀝青，省去濕法改性工藝中的必要步驟，從而減少改性瀝青以及運(yùn)輸過(guò)程中的能源消耗，因此也就不存在濕法改性工藝中SBS改性劑熱分解、離析等問(wèn)題[5]。

苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物是SBS改性劑的主要成分，其分子量大，與基質(zhì)瀝青的融合較差、分散性能差?；谏鲜鲈颍斐筛煞⊿BS改性劑直接投放拌和樓后難以熔融分散。在過(guò)去很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，對(duì)干法工藝生產(chǎn)SBS改性瀝青混合料的研究及應(yīng)用較少。近幾年直投式速溶型SBS改性劑的研發(fā)成功，促進(jìn)了干法SBS改性劑的應(yīng)用及發(fā)展。2018年中國(guó)公路學(xué)會(huì)制定了《公路干法SBS改性瀝青路面技術(shù)指南》CT/CHTS 20003-2018，該技術(shù)2019年被交通運(yùn)輸部納入交通運(yùn)輸科技推廣項(xiàng)目，目前已具備推廣應(yīng)用基礎(chǔ)。

2 干法SBS改性劑試驗(yàn)

2.1 改性瀝青基本性能

為檢測(cè)干法SBS改性劑的性能，在基質(zhì)瀝青中摻入5.0%的干法SBS改性劑，對(duì)改性后的瀝青檢測(cè)其25℃針入度、5℃延度、軟化點(diǎn)、25℃彈性恢復(fù)等指標(biāo)。由于干法改性工藝中不涉及瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性、儲(chǔ)存過(guò)程中短期老化等問(wèn)題，因此不檢測(cè)其儲(chǔ)存穩(wěn)定性及短期老化后的指標(biāo)[6]。檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果如表1所示。

表1 SBS改性劑摻量下瀝青試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

2.2 改性瀝青流變?cè)囼?yàn)

動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)（DSR）可以較好地研究瀝青流變性能，采用流變儀進(jìn)行流變性能測(cè)試，利用MCR高級(jí)流變儀分別對(duì)摻量為5%的干法SBS改性劑瀝青和常規(guī)SBS改性瀝青進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)角頻率為10rad/s，角頻率區(qū)間0.1～100rad/s，在40℃、60℃、80℃溫度下對(duì)瀝青的復(fù)合模量（G*）、車(chē)轍因子（G*/Sinδ）、疲勞因子（G*Sinδ）進(jìn)行檢測(cè)。

溫度達(dá)到40℃時(shí)，SBS改性瀝青的復(fù)合模量略高于干法SBS改性瀝青，表明SBS改性瀝青在此溫度下抗變形能力較好；溫度達(dá)到60℃時(shí)，兩種瀝青復(fù)合模量基本一致，表明此溫度下抗變形能力相差不大；溫度達(dá)到80℃時(shí)，SBS改性瀝青復(fù)合模量低于干法SBS改性瀝青，表明此溫度下干法SBS改性瀝青抗變形能力優(yōu)于SBS改性瀝青。綜上所述，可總結(jié)出在溫度逐漸升高的情況下，干法SBS改性瀝青抵抗變形能力逐漸高于SBS改性瀝青，見(jiàn)圖1、圖2、圖3。

圖1 40℃時(shí)不同頻率下瀝青復(fù)合模量對(duì)比

圖2 60℃時(shí)不同頻率下瀝青復(fù)合模量對(duì)比

圖3 80℃時(shí)不同頻率下瀝青復(fù)合模量對(duì)比

溫度達(dá)到40℃時(shí)，SBS改性瀝青的車(chē)轍因子高于干法SBS改性瀝青；溫度達(dá)到60℃時(shí)，兩種改性瀝青車(chē)轍因子基本一致；溫度達(dá)到80℃時(shí)，干法SBS改性瀝青的車(chē)轍因子高于SBS改性瀝青。綜上所述，可總結(jié)出隨溫度的升高，干法SBS改性瀝青的抗高溫車(chē)轍的能力逐漸高于SBS改性瀝青，見(jiàn)圖4、圖5、圖6。

圖4 40℃不同頻率下車(chē)轍因子對(duì)比

圖5 60℃不同頻率下車(chē)轍因子對(duì)比

圖6 80℃不同頻率下車(chē)轍因子對(duì)比

溫度達(dá)到40℃時(shí)，SBS改性瀝青的疲勞因子高于干法SBS改性瀝青；溫度達(dá)到60℃時(shí)，兩種瀝青疲勞因子基本一致；溫度達(dá)到80℃時(shí)，干法SBS改性瀝青的疲勞因子高于SBS改性瀝青。綜上所述，隨著溫度升高，SBS改性瀝青的抗疲勞性能逐漸高于干法SBS改性瀝青，見(jiàn)圖7、圖8、圖9。

圖7 40℃不同頻率下疲勞因子對(duì)比

圖8 60℃不同頻率下疲勞因子對(duì)比

圖9 80℃不同頻率下疲勞因子對(duì)比

3 混合料試驗(yàn)

選取AC-20C級(jí)配，根據(jù)《公路干法SBS改性瀝青路面技術(shù)指南》，重點(diǎn)驗(yàn)證摻量4.5%、5.0%、5.5%的干法SBS瀝青混合料的各項(xiàng)性能，并與相同配比下普通SBS（I-D）改性瀝青混合料的性能進(jìn)行對(duì)比分析。

制備混合料時(shí)，首先將加熱的集料與SBS改性劑干拌60s；然后在此基礎(chǔ)上加入預(yù)定用量的基質(zhì)瀝青后拌和90s；第三步是加入礦粉后拌和90s；最后按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）要求成型馬歇爾混合料試件。在最佳油石比4.4%和確定的級(jí)配條件下進(jìn)行混合料性能驗(yàn)證試驗(yàn)，具體試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2的相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，4.5%、5.0%、5.5%三種干法SBS改性劑摻量下的瀝青混合料試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

表2 不同SBS改性劑摻量下混合料試驗(yàn)結(jié)果

最大理論相對(duì)密度空隙率（%）礦料間隙率（%）瀝青飽和度（%）穩(wěn)定度/kN 2.535 4.8 14.2 66.4 8.61 2.535 4.7 14.1 66.8 13.24 2.535 4.1 13.6 69.9 9.93-3～6≥13 65～75≥8

不同SBS改性劑摻量下浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 不同SBS改性劑摻量下浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，與常規(guī)SBS改性混合料相比較，4.5%、5.0%、5.5%三種干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

不同SBS改性劑摻量下凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 不同SBS改性劑摻量下凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，與常規(guī)SBS改性混合料相比較，4.5%、5.0%、5.5%三種干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料劈裂強(qiáng)度比均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

不同SBS改性劑摻量下車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 不同SBS改性劑摻量下車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果匯總表

根據(jù)表5車(chē)轍試驗(yàn)的結(jié)果，4.5%、5.0%、5.5%三種干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性均滿(mǎn)足規(guī)范要求。其中，5.0%摻量的動(dòng)穩(wěn)定度最好，且5.0%、5.5%干法SBS摻量的高溫性能均優(yōu)于常規(guī)SBS改性瀝青混合料。低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果匯總表

根據(jù)表6低溫彎曲試驗(yàn)的結(jié)果，在-10℃時(shí)，常規(guī)SBS改性瀝青混合料與5.0%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料的低溫性能相差不大。常規(guī)SBS改性瀝青混合料的低溫性能遠(yuǎn)低于5.5%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料。

4 結(jié)論

（1）干法SBS改性劑摻入70#瀝青后，瀝青的軟化點(diǎn)、延度試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范要求（干法SBS技術(shù)指南中對(duì)針入度指標(biāo)未作要求）；根據(jù)流變?cè)囼?yàn)檢測(cè)結(jié)果，80℃時(shí)干法SBS改性瀝青的抗變形能力、抗高溫車(chē)轍能力均優(yōu)于SBS改性瀝青。

（2）從混合料試驗(yàn)結(jié)果可知，4.5%、5.0%、5.5%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料水穩(wěn)定性能均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（3）4.5%、5.0%、5.5%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性均滿(mǎn)足規(guī)范要求。其中，5.0%、5.5%干法SBS摻量的瀝青混合料高溫性能均優(yōu)于常規(guī)SBS改性瀝青混合料。5.0%摻量瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度相對(duì)于濕法提高約10%。5.5%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料低溫性能優(yōu)于濕法SBS改性瀝青混合料，整體性能提高約為30%。

（4）干法SBS改性瀝青整體性能具備優(yōu)勢(shì)，其混合料的產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定，可有效避免SBS改性瀝青離析、熱分解導(dǎo)致性能衰變等技術(shù)問(wèn)題，適合推廣應(yīng)用。