干法SBS改性瀝青在國道312線的應用研究

文∕鄭軍

1 前言

隨著交通流量和行駛頻度的急劇增長，貨運車的軸重不斷增加，因此對路面提出了更高的要求。如提高路面抗流變性，即高溫下抗車轍的能力；提高柔性和彈性，即低溫抗裂能力；另外，提高耐磨耗能力和延長使用壽命。而這種情況下，使用普通道路石油瀝青已不能滿足要求，我們必須使用改性瀝青。

我國瀝青路面的主流改性技術，主要采用“濕法”工藝預先制備SBS 改性瀝青，但其存在無法克服的熱力學不穩定、容易變質的技術缺陷，SBS 改性劑從瀝青中離析，性能變異；SBS 在改性瀝青中受熱分解，使用前性能不斷衰減；使用過程占地、運輸和加熱能耗大等問題[1]。與此同時，市場上“低質低價”的無序競爭也嚴重侵害了行業健康發展。由于改性瀝青質量問題導致的短命工程頻頻上演，成為行業技術管理的痛點和難點。

2 直投式干法SBS 改性劑特點

SBS 是苯乙烯-丁二烯嵌段共聚型熱塑性彈性體，其高低溫等性能較為全面且疲勞性能好，不僅能夠有效改善瀝青的溫度性能、拉伸性能、彈性、內聚附著性能、混合料的穩定性、耐老化性等，還能改善了瀝青的水穩定性，提高路面的抗疲勞能力、抗車轍能力。使用SBS 對普通石油瀝青進行改性，占到國內外所有瀝青改性技術類型的90%以上。

直投式干法SBS 改性劑短鏈星型SBS 速熔化等技術將SBS 熔融速度提高了約100 倍。另外，還開發了新一代干法SBS 改性劑（SBS-T），它可直投于拌合樓，使SBS-T 與集料和基質瀝青在短時間拌合過程中快速熔融，達到微米級分散，在充分發揮SBS 改性效果的同時，直接拌合成為性能優良的SBS 改性瀝青混合料[2]。

2.1 技術性能優勢

干法SBS 改性滿足JTG F40《公路瀝青路面施工技術規范》對SBS 改性瀝青及改性瀝青混合料的各項要求，且性能指標優良，可滿足性能等級。干法SBS更為重要的技術優勢體現在：SBS 能在熔融改性后的性能高峰立即拌合、攤鋪混合料，而不是在濕法工藝的性能衰減中被動使用。

2.2 節能環保優勢

傳統SBS 改性瀝青加工占用大量土地資源，不僅能耗大、污染大，還會增加不必要的社會成本和間接費用。而干法SBS 僅涉及其中4～5%的SBS 改性劑，減少了不必要的瀝青中轉運輸和多次加熱，能耗僅為濕法SBS 瀝青的2%左右，以此可以為綠色公路建設提供科技支撐。干法SBS 改性材料本身無毒，但因其為細小粉末狀，所以施工時只需佩戴口罩和手套，以防吸入造成的不適以及皮膚接觸可能產生的過敏反應。

2.3 機動靈活優勢

干法SBS 技術很好地滿足和實現道路工程各種個性化需求，具體包括：

2.3.1 車轍易發路段，如交叉口、長上坡、公交車道等，可通過調節用量增強性能。

2.3.2 養護工程或小規模使用改性瀝青項目，無儲存問題，且機動靈活。

2.3.3 部分基質瀝青進行SBS 改性存在離析嚴重等缺陷，而干法SBS 則無相容性問題。

2.3.4 偏遠地區項目，采用干法SBS 技術可降低因運距較遠引起的改性瀝青儲存變質風險。

在實際工程應用中，濕法工藝制備的SBS 改性瀝青會因長途運輸、加熱溫度波動和儲存罐的攪拌等，導致SBS 進一步降解；而干法SBS 改性劑常溫儲存，使用的普通基質瀝青加熱溫度較低，不存在儲存變質問題，所以其性能始終如一。“拌合即改性”，應用時始終使SBS 是剛熔融的“新鮮”和高性能狀態，這是干法SBS 技術原理上的優勢，也是其工藝先進性的最有力證明。

3 干法SBS 改性瀝青在國道312 線的實際應用

G312 線永登縣苦水鎮至天祝縣華藏寺鎮界牌村公路，經過多年的運營，且隨著地方經濟的大力發展，超重載車輛的日益增多。特別是2017年全國二級公路收費站的取消和高速公路計重收費的實施，使車流量迅猛增加，車輛密集運行，導致路況日益降低。目前該路段路基路面變形、車轍嚴重，需要投入大量養護，并進行路面病害處置工作；這在增加養護成本的同時，還影響車輛通行的便捷和舒適性。

永登公路段在G312 線K2315+000-K2316+000 段實施了1km 干法SBS 改性瀝青混合料試驗段鋪筑，并結合甘肅暢隴公路養護技術研究院對試驗段開展了性能檢測和數據觀測收集。在試驗段鋪筑現場取料及鉆取芯樣后，對瀝青混合料進行了車轍試驗、浸水殘留穩定度試驗，同時對芯樣進行了體積指標、15℃劈裂強度測試，結果如下：

3.1 芯樣檢測數據

試驗段現場鉆取4 個芯樣，經4 個芯樣檢測得出，干法SBS 改性瀝青混合料的壓實度為96%、96.4%、97.1%、96.4%，壓實度合格率為100%，空隙率為3.8、3.4、3.6、4.4，空隙率均處于3～6 范圍內，壓實度和空隙率均符合技術要求[3]。

測試15℃劈裂強度得出，4 個芯樣劈裂強度為1.089MPa、1.334MPa、1.321MPa、1.090MPa，劈裂強度均＞1MPa，平均值達到1.209MPa。

3.2 混合料檢測數據

測試了所取現場瀝青混合料的車轍動穩定度指標和水穩殘留穩定度指標，并采用車轍試驗驗證干法SBS改性瀝青混合料的高溫穩定性，平行兩組車轍試驗結果顯示：試件1、2 在車轍深度為2.937mm 和3.647mm 時，車轍動穩定度為3089 次/mm、2856 次/mm，指標均滿足≥2800 次/mm 的技術要求。

利用殘留穩定度指標驗證干法SBS 改性瀝青混合料的水穩性能，平行4 組試件的普通穩定度指標均滿足技術要求，且平均值為16.23kN。經過48h 浸水處理后，其殘留穩定度指標平均值為82.1%，滿足技術要求（≥80）。表明通過干法SBS 改性瀝青的方式得到的瀝青混合料水溫性能可以保證滿足技術要求。

4 經濟性分析

干法SBS 技術方案使用的是基質瀝青，而單獨采購干法SBS 改性劑時，干法SBS 改性劑推薦摻量為5%～6%（外摻，干法SBS 可等量替代基質瀝青使用量），該用量下瀝青混合料性能可以達到性能優良的改性瀝青混合料的性能。

4.1 干法與濕法改性瀝青經濟性比較

在經濟性上，干法與濕法兩者的施工溫度和拌合時間基本相當，干法需要投入投料機，濕法則需要更高的瀝青保溫。兩者抵消后，施工成本相當，所以主要對比兩者的材料成本。濕法改性成本由原材料+加工費+固定資產折舊+管理費組成，其中材料費按4.5%SBS、單價1.8 萬，替換瀝青（按4000 元/噸）量后，增加價格為630 元；生產及運輸能耗及人工費為100+100=200 元，設備折舊按每噸50 元；管理費及利潤按10%～15%，合計約1000 元[4]。

干法SBS 改性成本與用量有關，基質瀝青按單價4000 元/噸計，成品SBS 改性瀝青在基質瀝青基礎上增加約1000 元左右，即成本SBS 改性瀝青5000 元/噸；干法SBS 單價以22000 元/噸計。干法工藝換算為每噸瀝青改性的費用增加平均在700～1200 之間，具體可根據項目需求選擇。這就是干法改性的機動靈活性所在。

若按照5.5%推薦用量，則干法SBS 方案改性比普通瀝青價格增加938 元/噸，而濕法改性瀝青比普通瀝青平均高出1000 元/噸，干法SBS 比濕法SBS 瀝青降低，具有顯著的經濟性優勢。

從全壽命周期看，使用干法SBS 改性劑，投入成本不僅低于傳統SBS 瀝青，還換來了充足的SBS 改性劑用量、優良的路用性能，克服了諸多傳統SBS 瀝青技術質量缺陷，預期可將路面使用壽命延長25% 以上。初步測算，按照每公里大修投資200 萬元計算、平均8年維修周期，每公里可節約養護資金50 萬元，以此能夠減少維修活動對道路通行和環境的影響，并具有十分突出的經濟效益與社會效益。

4.2 干法SBS 改性瀝青的投入產出比、經濟效益

國內目前的工廠化濕法SBS 改性瀝青存在儲存離析和降解衰變等缺陷，無法遠運；而在當地建廠生產，則在征用土地、環評、用工、配套產業（包括化工材料和機械設備）等環節都存在較大的實施難度，費用投入也非常巨大。

相比干法SBS 僅需將瀝青直接運輸到工地，濕法改性瀝青需要在第三方工廠將基質瀝青和SBS 預混加工，其增加的能耗包括：

4.2.1 瀝青加熱煤炭或燃料油。

4.2.2 改性瀝青儲存保溫成本，平均約48h。

4.2.3 膠體磨等設備運轉耗電。

4.2.4 改性瀝青中轉運輸增加的運輸車能耗。

4.2.5 改性瀝青在施工單位拌合站比普通瀝青加熱高20℃。

由此5 項疊加，比干法（僅在拌合樓投料環節耗費一定電能）增加了90%以上的能耗。

5 結語

干法SBS 改性技術已經在山東、江蘇、河南、新疆、河北、湖北等十多個省市示范應用，解決了濕法SBS 改性瀝青在加熱儲存中的性能衰變難題，使SBS改性劑在拌合樓實現了速熔，并在達到性能高峰時完成了混合料攤鋪，其施工組織更具機動性。永登公路段通過試驗路段鋪筑，對比其他路段路面，得出干法SBS 改性瀝青試驗段具有較強的抗疲勞、抗車轍性能。干法SBS 改性技術施工管理簡單、可靠，取消改性瀝青工廠能夠實現90%以上的節能減排效益，并成為瀝青路面踐行品質工程和綠色公路理念的重要科技支撐。