SBS改性沥青混合料在道路施工中的稳定性研究

孟本文，于远建，张建男，陈剑汉，江乾河，王光明

（中国建筑第七工程有限公司，河南郑州 450000）

随着我国交通事业的快速发展，使大型化车辆、重载以及超载车辆日益增长，该现象造成以往的路面质量不足以支撑现有交通的实际需求。为解决交通量过多引发的多种问题，市政道路对路面的要求越来越高。如何加强路面的水稳定性、高温稳定性、抗疲劳性以及低温抗裂性等问题，成为市政道路施工者重点关注的焦点之一。SBS改性剂具有耐高温、抗低温的优势，粘结能力强且韧性较好。因此，利用SBS的优势对沥青混合料的级配进行研究与设计，浊试不同含量的SBS改性剂对混合料稳定性的影响程度，以期为道路施工建设提供更具稳定性的解决方案。

1 SBS改性沥青混合料的级配选择与设计

为保证市政路面的性能稳定性，通过对沥青混合料进行级配设计进行实现。通常情况下，沥青混合料按照级配的不同可分为两大类：连续级配和间断级配。我国在市政道路施工建设中通常选择沥青作为主要路面，而对沥青路面的上面层进行选择时，大多采用密集配AC-16、AC-13或者间断级配SMA的沥青混合料类型，结合实际情况选用AC-16级配类型作为沥青路面的上面层［1］。

1.1 粗集料、细集料

SBS改性沥青混合料的内摩擦角可直接影响其高温稳定性，其原因为：随着SBS改性沥青混合料的内摩擦角不断增大，可使集料间各分子聚集在一起，并产生较强的嵌挤作用，从而提升SBS改性沥青混合料的高温稳定性。市政道路选用SBS改性材料作为上面层时，要求集料需要具有较强的抗压碎能力。因此，对粗集料进行级配选择时，主要采用坚硬的、粗糙的、有棱角的优质石料。对于碎石进行处理时，可采用锤击式或者锥式碎石机进行破碎，通过该方式有利于提升改性材料的抗压碎能力。而花岗岩、石英岩等酸性岩石的各方面性质皆符合市政道路的施工要求，但是该岩石与沥青之间的粘附性较差，需要进行石灰、水泥等材料的添加。对细集料进行级配选择时，由于细集料的机制砂主要选用坚硬岩石经过反复破碎等程序而成，故该材料的性能更符合市政道路的施工建设［2］。

1.2 矿粉

为提升沥青混合料的吸附作用，可在沥青混合料的制作过程中添加矿粉，而粗集料与细集料可通过沥青与矿粉的结合料形成一个整体。矿粉添加过程中应注意控制含量，若矿粉含量过少，可造成沥青混合料的粘稠度较低；若矿粉的含量过多，可使沥青混合料出现胶泥成团现象，最终导致路面出现胶泥离析等严重后果。因此，精准控制矿粉的含量对于SBS改性沥青混合料的配比至关重要［3］。

为了强化沥青混合料的粘附性，要求矿粉的亲水系数应小于1、细度小于0.075mm的矿粉含量控制在75%左右。由于矿粉经过拌合机搅拌后可产生大量粉尘，不利于市政道路的施工建设，对路面的性能可产生较大影响，为此该粉尘不可回收利用。通过试验表明，将粉尘回收利用可使车辙试验的动稳定度以及马歇尔试验的稳定度均出现不同程度的降低。为解决大量矿粉粉尘的产生，而使市政道路建设成本上涨的问题，应严格控制粗集料以及细集料的含泥量，并将矿粉放置于干燥、洁净的地方进行储存，该方式有利于最大限度地降低粉尘对改性材料质量的影响。

1.3 矿料级配设计

对SBS改性沥青混合料进行矿料级配设计时，选用密级配AC-16C型沥青混合料作为市政道路的上层面，并将最大理论密度线标准级配赫尔多级嵌挤密级配理论作为该设计的核心。最终将SBS改性沥青混合料矿料配比设计为：10～20 mm碎石：5～10 mm碎石：石屑：砂：矿粉=40：10：26：18：6。上层面AC-16C型沥青混合料矿料级配组成见表1［4］。

表1 上层面AC-16C型沥青混合料矿料级配组成表Table 1 Mineral gradation composition of AC-16C asphalt mixture in upper layer

2 市政道路施工中SBS改性沥青混合料 配合比设计

由于沥青的含量对于SBS对沥青混合料的性能具有重要影响。因此，采用马歇尔试验法对沥青的最佳用量OAC进行确定，与基质沥青的相对密度相比，掺加5% SBS的改性沥青混合料的相对密度为0.990，而基质沥青的相对密度为0.995。马歇尔试验进行过程中，分别采用不同的油石比对沥青混合料进行配制，SBS改性沥青混合料马歇尔稳定度试验数据见表2［5-6］。

表2 SBS改性沥青混合料马歇尔稳定度试验数据Table 2 Machiel stability test data of SBS modified asphalt mixture

3 SBS对沥青混合料路用性能的影响

3.1 高温稳定性

为了验证SBS改性剂对沥青混合料性能的影响，分别选用壳牌90以及壳牌90+5%SBS类型的沥青进行AC-16C型混合料车辙试验。其试验结果表明，随着不同含量的SBS改性剂逐渐掺入，使该材料的车辙动稳定度达到3997次/mm，使混合料的动稳定度提升了3.6倍，并且经过改性的混合料在高温状态下的抗流动变形性以及稳定性得到明显提高，可在温度高达20～30 ℃的环境下保证自身稳定性。试验结果表明，改性SBS使混合料的高温稳定性得到明显改善，满足不同气候条件下市政道路的实际需求［7-8］。

3.2 低温抗裂性

市政道路施工过程中主要采用沥青作为主要路面，但气候过于寒冷时，可使混合料的温度应力超过该材料的极限强度、温度应变超过极限拉伸，此时路面出现低温开裂现象。为验证SBS改性沥青混合料的低温抗裂性，采用低温弯曲试验进行评价。试验结果显示，经过改性后的混合料在极限抗弯拉强度、应变较之前分别提高了51%、47%，但劲度模量只增加了5.5%。对试验结果进行分析可知，沥青混合料的低温抗裂性在SBS改性剂的支持下得到明显提高［9］。

3.3 水稳定性

由于夏季属于雨水高发期，对于市政道路的影响较大，为验证沥青混合料水稳定性，采用残留稳定度和冻融劈裂强度比两种方式对SBS改性沥青混合料的性能进行验证。试验结果显示，经过改性后的混合料在残留稳定度方面提高了37.6%，冻融劈裂强度比提高了9.8%。该结果说明SBS改性剂对于沥青混合料的水稳定性具有提升作用，适用于市政道路沥青路面的上面层施工［10］。

4 结束语

为验证SBS改性剂对沥青混合料路用性能存在的影响，对SBS改性沥青混合料的各项组成材料进行级配选择与配合比设计，选用壳牌90以及壳牌90+5%SBS类型的沥青进行AC-16C型混合料车辙试验。研究表明，经过改性的沥青混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性，将SBS改性沥青混合料应用于市政道路的施工建设中，可提高市政道路的抗疲劳能力以及应变能力，并最大限度地减少路面永久变形，有利于延长市政道路的使用寿命。