SBS改性沥青混合料工程应用研究

谷秀丽

（张家口翰得交通公路勘察设计有限责任公司，河北 张家口 075000）

0 引言

近年来，我国部分高速公路路面损坏比较严重，除了施工、设计等方面的原因，超载也是导致沥青路面损坏的原因之一。长此以往，在环境及车载因素的共同作用下，路面将出现裂缝、沉陷等病害，影响车辆的通行安全与舒适度[1]。SBS 改性沥青在路用性能上能弥补传统沥青混凝土的劣势，不仅可以提高沥青路面的抗车辙及抗老化能力，还可以提高路面的稳定性和安全性，延长道路的使用年限。

1 工程概况

某高速公路全长120km，设计车速为100km/h，起点桩号为K1100+000，终点桩号为K1220+000，路基宽32m，路基平均填高43m。对此段道路进行水文地质探测，结果显示当地月降雨量较大，日交通量较大，日照时间长，导致沥青路面温度较高。因此，按照规范要求并结合实际情况，决定上面层采用SBS改性沥青混凝土，中面层采用6cm 的SBS橡胶粉复合改性沥青混凝土，下面层采用沥青稳定碎石，基层使用20cm 的水泥稳定碎石，并优选建筑材料，保证施工质量。路面结构层设计方案如表1所示。

表1 路面结构层设计方案

2 制备SBS改性沥青混合料

2.1 原材料性能指标检测

（1）沥青

对使用的90#A 石油沥青进行试验检测，结果均符合施工要求。沥青性能指标检测结果如表2所示。

表2 沥青性能指标检测结果

（2）集料

所用的粗集料为工厂加工的碎石，细集料就地取材。对粗细集料的物理化学性质进行室内试验检测，结果如表3所示。

表3 粗细集料的技术性能检测结果

（3）改性剂

SBS 改性剂可以有效增强基质沥青的耐久性和高温稳定性，故采用某公司生产的线形SBS改性剂，并在实验室内对其基本性能指标进行检测，检测结果如表4示。

表4 线形SBS改性剂性能指标检测结果

2.2 矿料配合比设计

结合工程实践经验及规范要求，本文采用级配A、级配B、级配C 三组不同级配，使用粗细集料占比不同的同种级配制备混合料，进行SMA-10 混合料配合比设计并验证。合成级配如表5和图1所示。

表5 SMA-10矿料设计级配

图1 SMA-10矿料级配曲线

由图1 可知，配合比A、配合比B、配合比C 中粗集料的占比依次增大，且这三种级配曲线均在级配上限与级配下限之间，但是级配A过于接近级配下限，级配C 接近级配上限，级配B 更趋近于级配中值。经综合考虑，选用级配B作为设计级配。

2.3 最佳油石比的确定

确定最佳油石比是SBS改性沥青混合料制备过程中最重要的一道工序。油石比过大会导致沥青混合料中沥青含量过大，多余的沥青会从集料中流出，导致路面泛油，高温时沥青路面会出现车辙等病害；油石比过小时，沥青混合料中沥青含量过小，沥青与集料黏附性不足，当车辆在沥青路面行驶时，会导致沥青路面出现裂缝等病害。因此，需要确定温拌沥青混合料的最佳油石比，以保证路用性能满足要求[2]。

本文在实验室内采用不同油石比，以0.4%为间隔，设计了4.5%,5%,5.5%三组油石比，采用级配B，在室内制备直径为101.5mm、高度为63.5mm 的标准马歇尔试件，并通过试验测定试件的毛体积相对密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度以及稳定度等指标。根据力学指标和体积指标确定最佳油石比。SMA-10 混合料马歇尔试验检测结果如表6所示，油石比与六组指标的关系如图2所示。

表6 SMA-10 混合料马歇尔试验结果

由图2 可知，当SBS 改性沥青混合料的油石比从4.5%增加到5.5%时，试件的毛体积相对密度从2.469缓慢上升到2.510，试件的最大理论相对密度从2.584小幅度上升到2.592再小幅度下降到2.589，试件稳定度从11.24kN 先增加到12.82kN 达到峰值后再减小到11.26kN。

对SBS改性沥青混合料的油石比与试件空隙率进行分析，得到其线性关系式为：y=-1.1x+5.8333, R² =0.9891。试件空隙率随着油石比增大而下降，当混合料油石比为5.5%时，实测试件空隙率为2.6%。而《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）要求马歇尔试件空隙率在3%～4.5%范围内，此时试件不满足规范要求。

对SBS改性沥青混合料油石比与试件矿料间隙率进行分析，得到其线性关系式为：y=-1.7x+21.267, R² =0.9988。试件矿料间隙率随油石比增大而下降，当混合料油石比为5.5%时，实测试件的矿料间隙率为16.0%。而《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）要求马歇尔试件的矿料间隙率应大于等于17%，此时试件不满足规范要求。

图2 混合料马歇尔试验结果

对SBS改性沥青混合料的油石比与沥青饱和度进行分析，得到其线性关系式为：y=3.75x+0.367, R² =0.9971。沥青饱和度随着油石比增大而线性上升，当混合料油石比为4.5%时，实测沥青饱和度为74.2%。而《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）要求马歇尔试件的沥青饱和度在75%～85%，此时试件不满足规范要求[3]。

根据试验结果，结合规范要求及工程经验，确定最佳油石比为5.0%。在这一最佳油石比下，毛体积密度为2.487g/cm3，最大理论密度为2.593g/cm3，空隙率为3.4%，矿料间隙率为17.8%，沥青饱和度为78.1%，马歇尔稳定度为12.82kN。

3 路用性能

3.1 施工工艺

（1）施工前准备工作

为研究不同改性剂掺量对SBS改性沥青路面路用性能的影响，以1%为间隔，设计0%, 1%, 2%, 3%, 4%,5%六组改性剂掺量。为了保证施工的安全性，需要提前对施工路段采取封闭措施，清扫路面的杂物和垃圾，使施工作业面洁净，并对路面进行测量，保证路面标高一致。

（2）拌和与摊铺

在SBS改性沥青混合料拌和前应检测其各项指标是否符合施工要求。拌和过程中应保证沥青混合料的均匀性，拌和温度不低于180℃。混合料拌和完成后需要进行摊铺作业。选取项K1120+000—K1120+600 段作为SBS 改性沥青混凝土路面试验段，全长600m。将试验路段平均分成6 段，每段100m，用改性剂掺量为0%的混合料摊铺试验路段A，用改性剂掺量为1%的混合料摊铺试验路段B，用改性剂掺量为2%的混合料摊铺试验路段C，用改性剂掺量为3%的混合料摊铺试验路段D，用改性剂掺量为4%的混合料摊铺试验路段E，用改性剂掺量为5%的混合料摊铺试验路段F。

（3）压实

SBS 改性沥青混合料的压实过程包括初压、复压和终压三个阶段。采用“紧跟、慢压、高频、地幅”的方式进行压实。压路机不得在中途停留、转向或制动[4]。

3.2 性能检测

为研究不同改性剂掺量对SBS改性沥青路面路用性能的影响，本文选用六种不同改性剂掺量制备混合料并摊铺试验段。施工完成后，分别在A、B、C、D、E、F 试验路段的车辙位置处选取采样点钻芯取样。在实验室内对芯样进行浸水48h 稳定度试验和动稳定度试验，试验结果如表7 所示。混合料油石比与浸水48h 稳定度及动稳定度的关系如图3所示。

表7 六组不同改性剂掺量的SBS改性沥青试验结果

图3 油石比与浸水48h稳定度以及动稳定度关系图

由图3 可知，试件浸水48h 的稳定度及动稳定度随着改性剂掺量的增加先增大然后趋于稳定。当改性剂掺量从0%增加到1%时，试件浸水48h稳定度及动稳定度都大幅增大，分别达到5.9kN和5 127次/mm。当改性剂掺量从1%增加到2%时，试件浸水48h稳定度及动稳定度均小幅增大。因此，推荐改性剂最佳掺量为2%。

4 结语

为深入了解SBS改性沥青技术在沥青路面中的应用情况，本文采用了三种级配，油石比采用4.5%, 5.0%,5.5%三组方案，通过试验确定了最佳油石比。依托实际工程进行SBS改性沥青路面施工，竣工后对沥青路面浸水48h 稳定度及动稳定度进行检测，结果表明SBS 改性沥青能够提高道路的路用性能。