温拌型干法SBS 改性沥青及混合料性能研究

陈 欣,韦 清,马海涛,薛晓飞

[1.宁夏交通科学研究所有限公司，宁夏 银川 750001; 2.国路高科（北京）工程技术研究院有限公司,北京 100083]

0 引言

苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物改性沥青即SBS 改性沥青兼具橡胶和塑料的双重特性，具有良好的高温性能、低温性能、水稳定性和抗疲劳性能，具有沥青改性剂全能冠军的称号，在道路工程中被广泛应用[1-4]。目前应用较多的传统湿法成品SBS 改性沥青，存着在SBS 改性剂离析、受热分解，性能衰减、拌和站监管困难等技术上的缺陷和管理上的困难。

为了克服传统湿法SBS 改性沥青存在的问题，一些学者提出采用干法改性工艺，以制备SBS 改性沥青混合料，即将SBS 改性剂直接投入到沥青混合料中搅拌，做到随拌随用。干法SBS 改性沥青混合料解决了湿法改性监管困难、性能衰减等缺陷[5-6]。

干法和湿法SBS 改性沥青混合料的拌和温度基本在175~185 ℃能达到较好的改性效果，较高的拌和温度不仅增加能耗、排放温室气体造成污染环境，而且容易引起沥青的老化。温拌技术可以在保证沥青混合料性能不发生衰减的前提下有效降低混合料施工温度20~30 ℃，减少了能源消耗及温室气体的排放，对于推动绿色交通建设具有积极的推动作用[7]。

温拌型干法SBS 改性技术，充分融合了干法SBS 优点和温拌技术在节能减排方面的优势。该文将温拌型干法SBS 改性剂作为基质沥青改性剂，通过设置不同掺量的改性沥青性能试验，研究温拌型干法SBS 改性剂对基质沥青性能的影响，综合改性沥青性能、造价等因素，选择温拌型干法SBS 改性剂在沥青中的适宜掺量。基于优选出的温拌型干法SBS 改性剂掺量进行混合料性能试验，分析温拌型干法SBS 改性沥青混合料的路用性能，为温拌干法SBS 改性沥青混合料在道路工程中的应用提供支持。

1 材料

1.1 基质沥青

沥青采用SK-90#A 级道路石油沥青，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）T 0604、T 0605、T 0606 对沥青的性能指标进行试验，试验结果见表1。

表1 90#基质沥青技术指标

1.2 温拌型干法SBS 改性剂

温拌型干法SBS 改性剂在干法SBS 改性剂研发体系基础上，将SBS 改性剂与Sasobit 温拌剂通过胶体磨进行摩擦、剪切成的微米级颗粒，即温拌型干法SBS 改性剂（SBS-W）。SBS-W 由国路高科（北京）工程技术研究院有限公司提供。外观为绿色颗粒，灰粉含量为0.04%，熔融指数为4.15 g/10 min。改性剂干拌分散性好，可直接投放于沥青混合料拌和设备。

1.3 集料

粗细集料由宁夏博路面材料公司提供，性能指标符合《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）的要求。矿粉为石灰岩，产地为宁夏回族自治区。

1.4 配合比设计

依据行业标准《公路沥青施工技术规范》（JTG F40—2004）进行配合比设计，采用AC-13 级配范围中值[8]。级配曲线见图1。

图1 AC-13 型沥青混合料合成级配曲线图

2 SBS-W 对沥青性能影响

为研究温拌改性剂对沥青性能的影响，基于不同掺量的SBS-W 开展沥青性能试验，拟定SBS-W 剂量为基质沥青质量的0%、5%、6%、7%，分析不同剂量对沥青三大指标的影响，确定SWS-W 的最佳用量。

2.1 温拌型干法SBS 改性沥青制备

将基质沥青置于烘箱中并使其温度升至135 ℃，在加热好的基质沥青中加入设计掺量的SBS-W，使用高速搅拌器搅拌3 min，使添加的SBS-W与基质沥青混合均匀，得到3 组改性沥青样品。

2.2 基本物理指标

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）T 0604、T 0605、T0606 对3 组改性沥青进行针入度、延度和软化点试验。不同SBS-W 掺量下改性沥青三大指标结果见图2（a-c）。

图2 沥青三大指标随改性剂掺量变化规律

据试验结果可知，SBS-W 的加入使针入度降低、软化点升高，改性沥青延度低于基质沥青，但随着SBS-W掺量的增加，改性沥青三大指标均有所提升；SBS-W 掺量在0~5%范围内，三大指标增长速率较慢，掺量从5%加到6%时，三大指标快速增加，且优于传统SBS 改性沥青的经验值；掺量超出6%时，增长速度开始变缓，综合考虑沥青性能以及经济指标，确定SBS-W 的最佳用量为基质沥青质量的6%，以该用量开展以下沥青混合料的制备以及路用性能检验。

3 干法SBS-W 沥青混合料路用性能试验

温拌型干法SBS（干法SBS-W）改性沥青混合料是一种新型材料，工艺和材料都需要进行大量的试验来验证在实际应用中的可行性。

3.1 温拌型干法SBS 改性沥青混合料制备

先在集料中加入SBS-W 拌和90 s，使SBS-W 均匀分散在矿料中，再根据最佳沥青用量加入基质沥青拌和90 s，拌和温度为145 ℃，较传统SBS 改性沥青混合料拌和温度低20~30 ℃，拌和完成立即成型沥青混合料路用性能试验试件。

3.2 马歇尔稳定度

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的试验方法成型马歇尔试件，根据T0709 对SBS-W 改性沥青混合料的马歇尔稳定度进行评价，试验结果见表2。

表2 改性沥青混合料马歇尔稳定度试验结果

由试验结果可知，干法SBS-W 改性沥青混合料及传统SBS 改性沥青混合料的马歇尔稳定度符合技术要求。

3.3 高温性能

制作300 mm×300 mm×50 mm 干法SBS-W 改性沥青混合料车辙试件，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）T 0719 的试验方法进行车辙试验，验证干法SBS-W 改性沥青混合料的高温稳定性，试验结果见表3。

表3 改性沥青混合料车辙试验结果

由试验结果可以看出干法改性沥青混合料的动稳定度远超于技术指标且优于传统湿法改性沥青混合料，说明干法SBS-W 改性沥青混合料的抗车辙能力得到了显著的提升，是由于干法改性工艺避免了传统湿法工艺易离析的缺点，使得混合料整体稳定，具有良好的高温稳定性。

3.4 低温性能

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的试验方法进行三点小梁弯曲试验。通过验证试件破坏时梁底的最大弯拉强度和最大弯拉应变对比验证改性沥青混合料的低温稳定性，试验结果见表4。

表4 改性沥青混合料小梁弯曲试验结果

由试验结果可知，干法改性沥青混合料试件破坏时的最大弯拉应变略小于SBS 改性沥青混合料，是因为SBS-W 中的温拌剂中Sasobit 会影响混合料的低温性能。

3.5 水稳性

根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG E20—2011）的试验方法对改性沥青混合料进行冻融劈裂实验，验证SBS-W 在不同工艺手法下沥青混合料的水稳定性，试验结果见表5。

表5 改性沥青混合料冻融劈裂试验结果

由试验结果可知，干法改性沥青混合料的残留强度比略高于湿法改性沥青混合料，说明干法改性对沥青和骨料之间的黏结力影响更大，更能增大沥青膜的抗剥落能力，从而提升了改性沥青混合料的水稳定性。

4 结论

（1）通过研究SBS-W 不同掺量下的改性沥青性能指标，分析软化点、延度、针入度的变化规律，确定SBS-W 最佳掺量为6%。

（2）对比研究干法SBS-W 改性沥青混合料与湿法SBS 改性沥青混合料的路用性能，两者路用性能都符合规范要求，其中干法SBS-W 的马歇尔稳定度、高温性能、水稳定性优于湿法SBS 改性沥青混合料，低温性能略逊于湿法SBS 改性沥青。

（3）进一步提升干法SBS-W 改性沥青混合料的低温稳定性是之后的研究目标，可以采用掺入纤维来提升改性沥青混合料的低温性能，具体还需进一步研究。