基于干法工艺的SBS 改性沥青混合料性能研究

刘雪松，郭辉，吴立强，王涵

（1.山东滨州公路工程公司，山东 滨州 256600；2.滨州市公路事业发展中心，山 东滨州 256600；3.国路高科（北京）工程技术研究院有限公司，北京 100083）

改性沥青混合料的生产工艺分为干法和湿法两种[1,2]。其中湿法工艺需要生产改性沥青，接着将生产的改性沥青运输至拌和厂与集料进行拌和。在运输过程中，改性沥青普遍存在的一个问题是改性剂与沥青离析[3,4]。其主要原因是改性剂与沥青的密度、分子量等性质存在较大差异，在长时间的热存储中，改性剂会上浮或下沉[5]。为此，技术人员进行了许多研究解决此问题。其中干法工艺取消了改性沥青的生产过程，直接将基质沥青、改性剂与矿料进行拌和，从根本上解决了改性沥青的离析[6,7]。与成品改性沥青不同，干法改性剂和沥青均可以长期存放，并且性质不会发生太大变化。此外，采用干法技术优化了改性沥青混合料的生产工艺，避免了成品改性沥青存在的一些管理问题。

为生产干法改性沥青混合料，技术人员采用了专用于干法工艺的改性剂。本研究以国路高科生产的干法改性剂SBS-T 为研究对象，基于前期试验成果，采用两种改性剂分别制备了AC-13、AC-20 两种级配的沥青混合料，测试了干法改性沥青混合料的性能，并对其现场应用的性能进行了评价。

1 沥青混合料设计

1.1 原材料

基质沥青选用东海70#道路石油沥青，其针入度为69dmm，软化点为47.6℃，15℃延度大于150cm，性能均满足规范要求。改性剂选用国路高科（北京）工程技术研究院有限公司生产的干法改性剂，型号为SBS-T。

1.2 沥青混合料设计

前期根据经验确定了SBS-T 的最佳掺量分别为5.5%，并证明了以改性剂最佳掺量制备的改性沥青具有良好的高温性能和低温性能。

试验采用两种级配的沥青混合料，分别是AC-13 和AC-20。沥青混合料的具体级配定为JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中推荐的AC-13 和AC-20 级配范围的中值。粗集料、细集料和矿粉的选择均满足规范要求。

在室内试验中，首先以基质沥青和干法改性剂最佳掺量制备了干法SBS 改性沥青，并与矿料进行拌合制备沥青混合料。接着通过马歇尔试验方法确定了干法SBS改性沥青混合料的最佳油石比。采用AC-13 级配时，SBS-T 改性沥青混合料的最佳油石比均为4.5%～4.7%，进行室内性能测试时采用4.6%的油石比。采用AC-20级配时，两种沥青混合料的最佳油石比为4.2%～4.4%，进行室内试验时选用4.3%。实际生产中，需要将其换算成等质量的基质沥青和改性剂。

1.3 制备工艺

干法改性沥青混合料制备工艺如下：（1）将干法SBS 改性剂和热集料干拌90s，以使干法SBS 改性剂均匀分散在矿料中；（2）加入预定用量的基质沥青，拌和90s，之后加入矿粉继续拌和90s；（3）将拌合好的混合料置于保温桶中，放入烘箱恒温发育2h，以模拟摊铺前运输车保温工况。沥青混合料制备过程中的温度控制见表1。上述步骤完成后，成型沥青混合料试件。

表1 室内干法SBS 改性沥青混合料的制备温度（℃）

2 沥青混合料性能

2.1 力学强度

为研究干法改性沥青混合料的强度，参照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料施工技术规程》对成型试件进行马歇尔稳定度试验，试验结果见表2。

表2 马歇尔稳定度

由表2 可知，干法SBS 改性剂在两种级配条件下制备的沥青混合料的马歇尔稳定度均大于10kN，满足规范要求，这表明基于干法工艺制备的沥青混合料具有潜力。值得注意的是，在同种改性沥青混合料，采用AC-13 级配时具有更高的力学强度。

2.2 高温稳定性评价

根据JTG E20-2011 中规定的车辙试验评价改性沥青混合料的高温稳定性，该试验结果用于表征混合料抵抗永久变形的能力，具体结果如表3 所示。

表3 干法沥青混合料的动稳定度

根据表中数据可知，干法SBS 改性剂制备的改性沥青混合料的动稳定度均满足规范中的技术要求（≥2800次/mm），这表明干法技术可以较好地保证沥青混合料的高温性能，使其具有较好的高温抗变形能力。此外可以发现，对于同种改性沥青混合料，AC-20 级配的动稳定度要高于AC-13 的动稳定度。这是因为AC-20 级配中的粗集料较多，可以在沥青混合料中提供骨架支撑作用，在高温情况下，减少沥青混合料的内部流动[8]。

2.3 低温抗裂性评价

为评价改性沥青混合料的低温抗裂性，根据JTG E20-2011 中的方法进行低温小梁弯曲试验，试验温度为-10℃，试验结果见表4。

表4 干法沥青混合料的极限破坏应变

由表4 可知，干法SBS 改性沥青混合料的极限破坏应变均满足技术规范要求，具有良好的低温抗裂性。可以看出，对于同种沥青混合料，级配类型可能会对其低温性能产生影响。例如，对于SBS-T 沥青混合料，AC-13 级配时的极限破坏应变高于级配AC-20，该值约为后者的103.6%。这是因为AC-13 级配中包含较多的细集料，在低温情况下，细集料与沥青相比粗集料具有更好的柔性，所以采用AC-13 级配的沥青混合料具有较高的极限破坏应变。

2.4 水稳定性评价

通过浸水马歇尔、冻融劈裂试验评价干法SBS 改性沥青混合料的水稳定性，试验方法参照JTG E20-2011。

2.4.1 浸水马歇尔试验

浸水马歇尔试验结果如表5 所示。表中数据显示，两种沥青混合料的残留马歇尔稳定度比均高于90%，这表明其均具有较好的水稳定性。对比发现，两种级配下的稳定度和残留稳定度差异较小。然而，其残留稳定度却表现出较为明显的差异。采用AC-20 级配沥青混合料的残留稳定度要略高于级配AC-13。这可能是因为，AC-13 中细集料较多，而细集料吸附沥青，使沥青不能完全裹附在粗集料之上，这使得该级配下的沥青混合料较容易受到水侵害。相反，采用级配AC-20 时的沥青混合料具有相对更加优良的水稳定性。

表5 浸水马歇尔试验结果

2.4.2 冻融劈裂试验

冻融劈裂试验和浸水马歇尔稳定度试验均可以表征沥青混合料的水稳定性。冻融劈裂试验结果如表6 所示，与浸水马歇尔稳定度类似，沥青混合料的不同级配之间的标准劈裂强度和冻融劈裂强度差异较小。整体来说，两种沥青混合料均具有较高的冻融劈裂强度比，可以有效的提高抗水损能力。

表6 冻融劈裂试验结果

2.5 小结

根据室内可得，基于干法技术制备的SBS-T 沥青混合料具有较好的高温抗永久变形能力、低温抗裂能力和抗水损害能力，路用性能优良，可应用于高等级公路面层。

3 现场应用

3.1 应用概况

2021 年，在山东省滨州市国省道G340 大中修的部分路段应用了SBS-T 沥青混合料，级配采用AC-13、AC-20。根据配合比设计的结果，在现场制备了干法改性沥青混合料。

3.2 现场沥青混合料质量检测

施工时，取拌合完成的改性沥青混合料，测试其性能，具体结果见表7。现场拌合的沥青混合料的马歇尔稳定度均大于规范要求的8kN，与室内试验结果一致性较好。沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳定性均满足规范的要求。施工结束两天后，进行现场取芯检测，观测到芯样表观密实，层间粘结良好。上述结果表明干法工艺实际应用效果良好。

表7 温拌型干法改性沥青混合料技术指标

3.3 应用观测

2022 年11 月，对铺设的试验路进行现场观测，如图1 所示。经过行车碾压、气候作用后，路面无车辙、裂缝、飞散掉粒等病害发生。这表明干法改性沥青混合料具有较好的耐久性。

图1 干法改性沥青混合料的试验路观测情况

4 结论

（1）马歇尔稳定度试验和车辙试验结果显示，干法SBS 改性沥青混合料的力学强度、高温性能均符合相关要求，具有较好的抗车辙、抗永久变形能力。

（2）低温小梁弯曲试验和水稳定性试验结果显示，干法SBS 改性沥青混合料具有良好的低温抗裂性和水稳定性，能够较高的预防低温裂缝、坑槽等病害。

（3）现场应用结果显示，干法工艺制备的沥青混合料的性能满足要求，且具有良好的长期使用性能。

（4）干法改性工艺还具有一定的环保优势，可以降低施工阶段能耗，减轻了环境污染压力。