SBS現(xiàn)場(chǎng)改性瀝青路用性能研究

郭云楓，劉　洋，陳　兵，王根強(qiáng)，3（.甘肅第七建設(shè)集團(tuán)股份有限公司基礎(chǔ)橋梁市政工程公司，甘肅 蘭州 730000；.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州730050；3.甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)三公司，甘肅 蘭州　730000）

SBS現(xiàn)場(chǎng)改性瀝青路用性能研究

郭云楓1，劉洋2，陳兵1，王根強(qiáng)2，3
（1.甘肅第七建設(shè)集團(tuán)股份有限公司基礎(chǔ)橋梁市政工程公司，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州730050；3.甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)三公司，甘肅 蘭州730000）

通過現(xiàn)場(chǎng)加工SBS改性瀝青，以AC-16級(jí)配瀝青混合料進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，在最佳油石比下，對(duì)不同摻量SBS改性瀝青成品及其瀝青混合料進(jìn)行了凍融劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)和小梁低溫彎曲試驗(yàn)，檢驗(yàn)了其水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，AC-16級(jí)配瀝青混合料SBS現(xiàn)場(chǎng)改性瀝青改性劑的最佳摻量為5%，通過現(xiàn)場(chǎng)加工SBS改性瀝青，水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及抗疲勞性表現(xiàn)良好，滿足瀝青路面使用要求。

現(xiàn)場(chǎng)加工；SBS改性瀝青；瀝青混合料；路用性能

0　引言

SBS改性瀝青在公路建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路交通量日益增大，車輛大型化、重載和超載車輛比重的加大，對(duì)公路建設(shè)提出了更高的要求，瀝青混凝土路面正面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)［1，2］。改性瀝青生產(chǎn)方式有現(xiàn)場(chǎng)加工和成品生產(chǎn)兩種工藝，其中成品生產(chǎn)雖然通過流水線作業(yè)提高了生產(chǎn)效率，但是為了能夠滿足從工廠到現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸、儲(chǔ)存，減少改性劑與瀝青的離析，在生產(chǎn)過程中添加了穩(wěn)定劑，影響了改性效果，給建設(shè)單位和施工單位帶來了不必要的經(jīng)濟(jì)損失［3］。而現(xiàn)場(chǎng)加工通過現(xiàn)場(chǎng)加工設(shè)備進(jìn)行SBS現(xiàn)場(chǎng)改性，生產(chǎn)出的改性瀝青在儲(chǔ)存罐中短暫保溫存放后即用于瀝青混合料的生產(chǎn)，不需加入穩(wěn)定劑，從而保證了改性效果［4］。因此本文通過摻加不同劑量SBS改性劑，用現(xiàn)場(chǎng)加工生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行瀝青現(xiàn)場(chǎng)改性，通過對(duì)不同劑量SBS改性瀝青和瀝青混合料性能的研究，考察SBS現(xiàn)場(chǎng)改性瀝青混合料的路用性能，提出SBS改性劑的合理?yè)搅俊?/p>

1　現(xiàn)場(chǎng)加工工藝

甘肅省金永高速公路，全長(zhǎng)42.14 km，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：全封閉、全立交、雙向四車道，路基寬度24.5 m，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，汽車荷載等級(jí)：公路-I級(jí)。路面結(jié)構(gòu)自上至下為5 cm AC-16 SBS改性瀝青混凝土上面層、SBR改性乳化瀝青黏層、7 cm ATB-25 SBS改性瀝青穩(wěn)定碎石下面層、SBS改性瀝青同步碎石封層、煤油稀釋瀝青透層、32 cm水泥穩(wěn)定砂礫基層、18 cm水泥穩(wěn)定砂礫底基層。

SBS改性瀝青加工基本原理是：將SBS改性劑加入基質(zhì)瀝青中，經(jīng)過高溫融混，膠體磨的循環(huán)煉磨、剪切等工藝，使瀝青介質(zhì)中SBS的數(shù)量級(jí)較小達(dá)到均勻分散的要求，進(jìn)而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使瀝青擁有聚合物某些固有的技術(shù)特性，同時(shí)瀝青對(duì)骨料的黏結(jié)力、黏結(jié)強(qiáng)度得到增強(qiáng)而對(duì)溫度的敏感性降低［2］。SBS現(xiàn)場(chǎng)改性瀝青加工流程如圖1所示。

圖1　SBS現(xiàn)場(chǎng)改性瀝青加工流程

為保證研磨質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)改性中高速剪切均化磨機(jī)的磨盤之間的間隙需經(jīng)過精心調(diào)試，若間隙過大，易導(dǎo)致研磨不充分，SBS改性劑與瀝青混合不均勻，影響改性效果；若間隙過小，研磨過程中，強(qiáng)力的摩擦容易使SBS改性瀝青溫度上升，可能會(huì)使瀝青老化［5-7］。

2　原材料測(cè)試

2.1瀝青

基質(zhì)瀝青采用韓國(guó)生產(chǎn)的SK AH-90，技術(shù)測(cè)試指標(biāo)見表1，均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）的要求。對(duì)SBS改性劑摻量分別為3%、4%、5%、6%的SBS改性瀝青性能進(jìn)行試驗(yàn)。不同摻量改性瀝青指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

表1　基質(zhì)瀝青（AH-90）技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果

表2　I-C級(jí)SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出：3%的SBS改性劑摻量時(shí)，儲(chǔ)存穩(wěn)定性離析，48 h軟化點(diǎn)差為2.6℃，不符合技術(shù)要求；6%的摻量時(shí)，運(yùn)動(dòng)黏度過高，過于黏稠，不符合技術(shù)要求；SBS摻量在4%和5%時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)能夠滿足聚合物改性瀝青的質(zhì)量要求，因此確定SBS合理?yè)搅糠秶鸀?%～5%。

2.2集料

粗集料選用金昌市二道溝玄武巖，技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果見表3。細(xì)集料選用1～2 cm碎石軋制的機(jī)制砂，技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果見表4。礦粉主要技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果見表5。

表3　粗集料的技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果

表4　細(xì)集料的技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果

表5　礦粉主要技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果

從表3～表5可以得出，集料各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

2.3配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)該公路的公路等級(jí)及甘肅省氣候可知，該公路處于2-2-3（夏熱冬冷濕潤(rùn)）區(qū)，對(duì)AC-16進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)（見圖2）。根據(jù)改性瀝青路面工程的經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)研究，通過馬歇爾試驗(yàn)（擊實(shí)溫度170℃±5℃，擊實(shí)次數(shù)雙面各75次），獲得的最佳油石比為6.1%。

圖2　AC-16級(jí)配曲線圖

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）所采用的試驗(yàn)方法，對(duì)最佳油石比為6.1%的AC-16瀝青混合料在不同SBS改性劑摻量下開展了水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及抗疲勞性能試驗(yàn)研究。

3.1水穩(wěn)定性

在規(guī)定的試驗(yàn)條件下進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)檢驗(yàn)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6　水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

從表6可以得出，SBS改性劑摻量在3%～6%范圍內(nèi)變化時(shí)，3%、4%的SBS改性劑摻量不滿足2-2-3（夏熱冬冷濕潤(rùn)）區(qū)改性瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度必須不小于85%的規(guī)定；當(dāng)SBS改性劑摻量在3%時(shí)，不滿足改性瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)的殘留強(qiáng)度比必須不小于80%的規(guī)定；提高SBS改性劑摻量可以提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性，但是摻量從5%增加到6%的過程中，水穩(wěn)定性提高不明顯。故SB改性劑摻量為5%時(shí)，瀝青混合料水穩(wěn)定性較好。

3.2高溫穩(wěn)定性

為了檢驗(yàn)瀝青混合料在高溫下的穩(wěn)定性，對(duì)瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，SBS改性劑摻量在3%～6%范圍內(nèi)變化時(shí)，車轍動(dòng)穩(wěn)定度隨摻量增加而增強(qiáng)，且均滿足2-2-3（夏熱冬冷濕潤(rùn)）區(qū)改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度必須不小于2 400次/mm的要求。

圖3　車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

3.3低溫抗裂性

通過低溫小梁破壞試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖4的試驗(yàn)結(jié)果可以得知，僅當(dāng)SBS改性劑摻量在3%時(shí)，不滿足改性瀝青混合料破壞應(yīng)變必須不小于2 500 με的規(guī)定，SBS摻量在4%～6%范圍內(nèi)變化時(shí)，低溫抗裂性在滿足規(guī)范要求的前提下得到了提高。

圖4　低溫小梁破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果

3.4抗疲勞性能

利用四點(diǎn)疲勞試驗(yàn)來評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗疲勞性能，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，隨SBS摻量的增加，瀝青混凝土抗疲勞性逐漸增強(qiáng)，但是改性劑摻量從5%變化到6%時(shí)，抗疲勞性沒有得到顯著的增強(qiáng)。

4　結(jié)語(yǔ)

（1）SBS改性劑摻量在4%～5%范圍內(nèi)時(shí)，I-C級(jí)SBS聚合物改性瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求，同時(shí)為提高改性瀝青路面使用性能和從經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā)，SBS改性瀝青混合料的SBS改性劑最佳摻量應(yīng)為5%。

（2）按照5%SBS改性劑摻量，通過現(xiàn)場(chǎng)加工生產(chǎn)的改性瀝青質(zhì)量穩(wěn)定，水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及抗疲勞性表現(xiàn)良好，滿足瀝青路面使用要求。

圖5　四點(diǎn)疲勞試驗(yàn)結(jié)果

（3）建議進(jìn)一步細(xì)化研究，本文沒有進(jìn)行生產(chǎn)配合比的驗(yàn)證，后續(xù)將目標(biāo)配合比轉(zhuǎn)為生產(chǎn)配合比的過程中，需要針對(duì)不同廠家的基質(zhì)瀝青，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定出更加準(zhǔn)確的SBS摻加配方，兼顧建設(shè)成本經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，提高公路路面使用性能。

［1］袁萬杰，陳忠達(dá)，孫長(zhǎng)新.低劑量SBS改性瀝青的路用性能［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，29（05）:7-11.

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U414

B

1009-7716（2016）06-0062-04

2016-02-29

甘肅省科技支撐項(xiàng)目（1504GKCA031）

郭云楓（1977-），女，甘肅蘭州人，總工程師，從事技術(shù)管理工作。