陳 欣,韋 清,馬海濤,薛曉飛

[1.寧夏交通科學(xué)研究所有限公司，寧夏 銀川 750001; 2.國(guó)路高科（北京）工程技術(shù)研究院有限公司,北京 100083]

0 引言

苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物改性瀝青即SBS 改性瀝青兼具橡膠和塑料的雙重特性，具有良好的高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性和抗疲勞性能，具有瀝青改性劑全能冠軍的稱號(hào)，在道路工程中被廣泛應(yīng)用[1-4]。目前應(yīng)用較多的傳統(tǒng)濕法成品SBS 改性瀝青，存著在SBS 改性劑離析、受熱分解，性能衰減、拌和站監(jiān)管困難等技術(shù)上的缺陷和管理上的困難。

為了克服傳統(tǒng)濕法SBS 改性瀝青存在的問(wèn)題，一些學(xué)者提出采用干法改性工藝，以制備SBS 改性瀝青混合料，即將SBS 改性劑直接投入到瀝青混合料中攪拌，做到隨拌隨用。干法SBS 改性瀝青混合料解決了濕法改性監(jiān)管困難、性能衰減等缺陷[5-6]。

干法和濕法SBS 改性瀝青混合料的拌和溫度基本在175~185 ℃能達(dá)到較好的改性效果，較高的拌和溫度不僅增加能耗、排放溫室氣體造成污染環(huán)境，而且容易引起瀝青的老化。溫拌技術(shù)可以在保證瀝青混合料性能不發(fā)生衰減的前提下有效降低混合料施工溫度20~30 ℃，減少了能源消耗及溫室氣體的排放，對(duì)于推動(dòng)綠色交通建設(shè)具有積極的推動(dòng)作用[7]。

溫拌型干法SBS 改性技術(shù)，充分融合了干法SBS 優(yōu)點(diǎn)和溫拌技術(shù)在節(jié)能減排方面的優(yōu)勢(shì)。該文將溫拌型干法SBS 改性劑作為基質(zhì)瀝青改性劑，通過(guò)設(shè)置不同摻量的改性瀝青性能試驗(yàn)，研究溫拌型干法SBS 改性劑對(duì)基質(zhì)瀝青性能的影響，綜合改性瀝青性能、造價(jià)等因素，選擇溫拌型干法SBS 改性劑在瀝青中的適宜摻量?；趦?yōu)選出的溫拌型干法SBS 改性劑摻量進(jìn)行混合料性能試驗(yàn)，分析溫拌型干法SBS 改性瀝青混合料的路用性能，為溫拌干法SBS 改性瀝青混合料在道路工程中的應(yīng)用提供支持。

1 材料

1.1 基質(zhì)瀝青

瀝青采用SK-90#A 級(jí)道路石油瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）T 0604、T 0605、T 0606 對(duì)瀝青的性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 90#基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 溫拌型干法SBS 改性劑

溫拌型干法SBS 改性劑在干法SBS 改性劑研發(fā)體系基礎(chǔ)上，將SBS 改性劑與Sasobit 溫拌劑通過(guò)膠體磨進(jìn)行摩擦、剪切成的微米級(jí)顆粒，即溫拌型干法SBS 改性劑（SBS-W）。SBS-W 由國(guó)路高科（北京）工程技術(shù)研究院有限公司提供。外觀為綠色顆粒，灰粉含量為0.04%，熔融指數(shù)為4.15 g/10 min。改性劑干拌分散性好，可直接投放于瀝青混合料拌和設(shè)備。

1.3 集料

粗細(xì)集料由寧夏博路面材料公司提供，性能指標(biāo)符合《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）的要求。礦粉為石灰?guī)r，產(chǎn)地為寧夏回族自治區(qū)。

1.4 配合比設(shè)計(jì)

依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路瀝青施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，采用AC-13 級(jí)配范圍中值[8]。級(jí)配曲線見圖1。

圖1 AC-13 型瀝青混合料合成級(jí)配曲線圖

2 SBS-W 對(duì)瀝青性能影響

為研究溫拌改性劑對(duì)瀝青性能的影響，基于不同摻量的SBS-W 開展瀝青性能試驗(yàn)，擬定SBS-W 劑量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的0%、5%、6%、7%，分析不同劑量對(duì)瀝青三大指標(biāo)的影響，確定SWS-W 的最佳用量。

2.1 溫拌型干法SBS 改性瀝青制備

將基質(zhì)瀝青置于烘箱中并使其溫度升至135 ℃，在加熱好的基質(zhì)瀝青中加入設(shè)計(jì)摻量的SBS-W，使用高速攪拌器攪拌3 min，使添加的SBS-W與基質(zhì)瀝青混合均勻，得到3 組改性瀝青樣品。

2.2 基本物理指標(biāo)

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）T 0604、T 0605、T0606 對(duì)3 組改性瀝青進(jìn)行針入度、延度和軟化點(diǎn)試驗(yàn)。不同SBS-W 摻量下改性瀝青三大指標(biāo)結(jié)果見圖2（a-c）。

圖2 瀝青三大指標(biāo)隨改性劑摻量變化規(guī)律

據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，SBS-W 的加入使針入度降低、軟化點(diǎn)升高，改性瀝青延度低于基質(zhì)瀝青，但隨著SBS-W摻量的增加，改性瀝青三大指標(biāo)均有所提升；SBS-W 摻量在0~5%范圍內(nèi)，三大指標(biāo)增長(zhǎng)速率較慢，摻量從5%加到6%時(shí)，三大指標(biāo)快速增加，且優(yōu)于傳統(tǒng)SBS 改性瀝青的經(jīng)驗(yàn)值；摻量超出6%時(shí)，增長(zhǎng)速度開始變緩，綜合考慮瀝青性能以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，確定SBS-W 的最佳用量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的6%，以該用量開展以下瀝青混合料的制備以及路用性能檢驗(yàn)。

3 干法SBS-W 瀝青混合料路用性能試驗(yàn)

溫拌型干法SBS（干法SBS-W）改性瀝青混合料是一種新型材料，工藝和材料都需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。

3.1 溫拌型干法SBS 改性瀝青混合料制備

先在集料中加入SBS-W 拌和90 s，使SBS-W 均勻分散在礦料中，再根據(jù)最佳瀝青用量加入基質(zhì)瀝青拌和90 s，拌和溫度為145 ℃，較傳統(tǒng)SBS 改性瀝青混合料拌和溫度低20~30 ℃，拌和完成立即成型瀝青混合料路用性能試驗(yàn)試件。

3.2 馬歇爾穩(wěn)定度

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）的試驗(yàn)方法成型馬歇爾試件，根據(jù)T0709 對(duì)SBS-W 改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 改性瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知，干法SBS-W 改性瀝青混合料及傳統(tǒng)SBS 改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度符合技術(shù)要求。

3.3 高溫性能

制作300 mm×300 mm×50 mm 干法SBS-W 改性瀝青混合料車轍試件，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）T 0719 的試驗(yàn)方法進(jìn)行車轍試驗(yàn)，驗(yàn)證干法SBS-W 改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出干法改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度遠(yuǎn)超于技術(shù)指標(biāo)且優(yōu)于傳統(tǒng)濕法改性瀝青混合料，說(shuō)明干法SBS-W 改性瀝青混合料的抗車轍能力得到了顯著的提升，是由于干法改性工藝避免了傳統(tǒng)濕法工藝易離析的缺點(diǎn)，使得混合料整體穩(wěn)定，具有良好的高溫穩(wěn)定性。

3.4 低溫性能

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）的試驗(yàn)方法進(jìn)行三點(diǎn)小梁彎曲試驗(yàn)。通過(guò)驗(yàn)證試件破壞時(shí)梁底的最大彎拉強(qiáng)度和最大彎拉應(yīng)變對(duì)比驗(yàn)證改性瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 改性瀝青混合料小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知，干法改性瀝青混合料試件破壞時(shí)的最大彎拉應(yīng)變略小于SBS 改性瀝青混合料，是因?yàn)镾BS-W 中的溫拌劑中Sasobit 會(huì)影響混合料的低溫性能。

3.5 水穩(wěn)性

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG E20—2011）的試驗(yàn)方法對(duì)改性瀝青混合料進(jìn)行凍融劈裂實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證SBS-W 在不同工藝手法下瀝青混合料的水穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 改性瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知，干法改性瀝青混合料的殘留強(qiáng)度比略高于濕法改性瀝青混合料，說(shuō)明干法改性對(duì)瀝青和骨料之間的黏結(jié)力影響更大，更能增大瀝青膜的抗剝落能力，從而提升了改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)研究SBS-W 不同摻量下的改性瀝青性能指標(biāo)，分析軟化點(diǎn)、延度、針入度的變化規(guī)律，確定SBS-W 最佳摻量為6%。

（2）對(duì)比研究干法SBS-W 改性瀝青混合料與濕法SBS 改性瀝青混合料的路用性能，兩者路用性能都符合規(guī)范要求，其中干法SBS-W 的馬歇爾穩(wěn)定度、高溫性能、水穩(wěn)定性優(yōu)于濕法SBS 改性瀝青混合料，低溫性能略遜于濕法SBS 改性瀝青。

（3）進(jìn)一步提升干法SBS-W 改性瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性是之后的研究目標(biāo)，可以采用摻入纖維來(lái)提升改性瀝青混合料的低溫性能，具體還需進(jìn)一步研究。