不同工艺制备的SBS 改性沥青混合料性能研究*

代霞

(河南正兴工程管理有限公司， 河南 郑州 450001)

传统SBS改性沥青路面随着使用年限的增加，会出现车辙、裂缝、拥包及坑槽等病害。传统SBS改性沥青通过大型剪切设备剪切湿法预先制备而成，这种生产工艺存在技术缺陷及监管难题，同时改性沥青储存时间久了会出现离析现象。干法生产工艺选用SBS-T速溶型改性剂在拌和现场对普通沥青混合料进行改性，具有以下优点：1) 改性剂直接投放到拌和楼与混合料拌和，能降低改性沥青运输过程中的能耗；2) SBS-T改性剂易于储存和保管，交通不便地区发挥空间更大；3) 可避免SBS改性沥青质量监管难题及长期储存离析风险。干法生产SBS-T 改性沥青混合料能省去预先对沥青改性的环节，但它是一种新型工艺，应参照室内成熟的试验对沥青混合料进行研究。为此，该文以传统 SBS 改性沥青及混合料作为参考，研究SBS及SBS-T的最佳掺量，然后对不同改性工艺制备的AC-13C、SMA-13混合料进行高温抗车辙、低温抗开裂、抗水损害性能研究，为干法 SBS-T 改性沥青混合料在工程中的应用提供指导。

1 原材料

1.1 沥青

选用道路工程中常用的70#A级道路石油沥青，其主要技术指标见表1。

1.2 改性剂

湿法工艺采用LG501 线型改性剂，干法工艺采用速溶型 SBS-T 改性剂，其主要技术指标见表2。

表1 70#A级道路石油沥青的主要技术指标

表2 两种改性剂的主要技术指标

1.3 纤维

在沥青混合料中加入适量的纤维，能起到加筋作用，增强沥青路面的承载能力，提高混合料的整体力学性能。采用木质素纤维，其技术指标见表3。

表3 木质素纤维的主要技术指标

2 改性沥青性能对比分析

影响改性沥青性能的因素较多，其中改性剂掺量起关键作用。不同 SBS及SBS-T 改性剂掺量(占沥青质量)下改性沥青的性能指标见表4，其TFOT后残留物的试验结果见表5。

由表4可知：随着SBS、SBS-T掺量的增加，沥青软化点逐渐升高，延度和针入度逐渐降低；SBS、SBS-T改性剂掺量分别大于4%、8%时，沥青软化点的增幅逐渐降低，延度和针入度的降幅逐渐增大。

由表5可知：随着SBS、SBS-T掺量的增加，TFOT后残留物的针入度比先升高后降低，延度逐渐降低；SBS、SBS-T掺量分别为4%、8%时，沥青针入度比达到峰值。综合考虑，SBS的最佳掺量为4%，SBS-T的最佳掺量为8%。

表4 SBS及SBS-T改性沥青性能指标试验结果

表5 SBS及SBS-T改性沥青TFOT后残留物的试验结果

3 路用性能分析

选取AC-13C、SMA-13两种级配类型混合料，分别进行湿法 SBS、干法 SBS-T 改性，研究改性沥青混合料的高温抗车辙、低温抗开裂及抗水损害等路用性能。

3.1 矿料级配及马歇尔试验结果

AC-13C、SMA-13沥青混合料中，粗集料为3～5、5～10、11～15 mm玄武岩碎石，细集料为0～3 mm石灰岩机制砂，填料为石灰岩矿粉，其各项指标均满足相关规范的要求。两种混合料的矿料级配见表6。SBS、SBS-T掺量分别为4%、8%，SMA-13混合料中木质素纤维掺量为0.4%(占混合料质量)。两种混合料的最佳油石比及马歇尔试验结果见表7。

表7 沥青混合料的最佳油石比及马歇尔试验结果

3.2 高温稳定性

沥青路面是一种柔性结构层，其物理力学性能不仅与环境温度有关，还与车辆轴载及轴载作用次数密切相关。选用车辙试验评价混合料的高温抗车辙能力，各沥青混合料(其表示方式见表8)动稳定度及车辙深度试验结果分别见图1、图2。

表8 不同混合料类型的表示方式

图1 沥青混合料动稳定度试验结果

图2 沥青混合料车辙深度试验结果

由图1、图2可知：两种类型改性沥青混合料的高温抗车辙能力明显优于普通沥青混合料；相同改性方式下，SMA-13混合料的高温抗车辙能力优于AC-13C混合料；同类型混合料的高温抗车辙能力为SBS-T干法改性SMA-13>SBS湿法改性SMA-13>普通SMA-13，SBS-T干法改性AC-13C>SBS湿法改性AC-13C>普通AC-13C。

3.3 低温抗裂性

沥青路面裂缝会严重降低路面使用年限和行车舒适性。采用低温小梁弯曲试验分析混合料的低温抗开裂能力，各沥青混合料抗弯拉强度及最大弯拉破坏应变试验结果分别见图3、图4。

图3 沥青混合料抗弯拉强度试验结果

图4 沥青混合料最大弯拉应变试验结果

由图3、图4可知：两种类型改性沥青混合料的低温抗开裂能力明显优于普通混合料；相同改性方式下，SMA-13混合料的低温抗开裂能力优于AC-13C混合料；同类型混合料的低温抗开裂能力为SBS-T干法改性SMA-13>SBS湿法改性SMA-13>普通SMA-13， SBS-T干法改性AC-13C>SBS湿法改性AC-13C>普通AC-13C。

3.4 水稳定性

选用浸水马歇尔及冻融劈裂试验评价沥青混合料的水稳定性，各种SBS改性沥青混合料浸水马歇尔残留稳定度及冻融劈裂残留强度比试验结果分别见图5、图6。

图5 沥青混合料浸水马歇尔残留稳定度试验结果

图6 沥青混合料冻融劈裂残留强度比试验结果

由图5、图6可知：两种类型改性混合料的抗水损害能力明显优于普通混合料；相同改性方式下，AC-13C混合料的抗水损害能力优于SMA-13混合料；同类型混合料的低温抗开裂能力为SBS湿法改性SMA-13>SBS-T干法改性SMA-13>普通SMA-13，SBS湿法改性AC-13C>SBS-T干法改性AC-13C>普通AC-13C。

4 结论

(1) 随着SBS、SBS-T掺量的增加，沥青软化点逐渐升高，延度和针入度逐渐降低，TFOT后残留物的针入度比先升高后降低，延度逐渐降低。SBS、SBS-T的最佳掺量分别为4%、8%。

(2) SMA-13、AC-13C改性沥青混合料的高温抗车辙、低温抗开裂、抗水损害能力明显优于普通沥青混合料；相同改性方式下，SMA-13混合料的高温抗车辙及低温抗开裂能力优于AC-13C混合料，抗水损害能力相反；相同类型混合料中，SBS-T 干法改性沥青混合料的高温抗车辙及低温抗开裂能力优于SBS湿法改性沥青混合料，SBS湿法改性沥青混合料的抗水损害能力优于SBS-T 干法改性沥青混合料。