2006 ～2016 年山東省SBS 改性瀝青質量統計與分析

李永振，林江濤，姜 峰，梁 皓，樊 亮

（1 山東建筑大學，山東濟南250101；2 山東省交通科學研究院，山東濟南250102）

現代交通具有交通軸載重、流量大、胎壓高和超載多等特點，對瀝青路面的質量提出了更高的要求[1-2]。其中SBS 改性瀝青以其改善道路的高低溫性能的優良特性得到了大范圍的使用。隨著科技的發展瀝青行業取得了很大的進步，在改性瀝青生產過程中添加劑的種類也越來越多，隨之也帶來了各種各樣的質量問題，其中SBS改性瀝青出現了諸如離析、軟化點偏低、SBS 摻量不夠以及以各種添加劑取代部分SBS 改性劑等問題[3]。

因此，基于對2006～2016 年山東省交通科學研究院檢測的SBS 改性瀝青指標進行統計分析，研究SBS 改性瀝青的發展趨勢，針對目前出現的問題進行總結，提出針對道路工程施工過程中SBS 改性瀝青的技術指標控制要求和檢測方法。

1 SBS 改性瀝青的指標統計

本文采用的統計方法為CNAS-GL002:2018《能力驗證結果的統計處理和能力評價指南》[4]，主要統計參數有樣本數、平均值、標準差、變異系數等。

1.1 2006～2016 年SBS 改性瀝青檢測數據統計

根據現行公路施工技術規范（JTG F40-2004）[5]，山東地區的氣候分區為1～3 區，該氣候分區適用SBS（I-D）改性瀝青。由統計數據可知，2006～2016 年山東省交通科學研究院檢測SBS 改性瀝青共計633 組，其中SBS（I-D）617 組。本文主要針對SBS（I-D）改性瀝青進行統計分析見表1。

表1 2006～2016 年SBS（I-D）統計數據Table 1 SBS（I-D）statistics for 2006～2016

通過對所有SBS 改性瀝青數據進行統計可知，見圖1，全部單項指標除離析指標外，其他指標基本都能滿足I-D 類技術要求，部分樣品質量欠佳。其中針入度指數、135℃運動粘度、離析、質量變化及殘留延度等指標變異系數較大；應在施工質量控制中加強控制這些關鍵指標。

圖1 各指標的變異系數Fig.1 Coefficient of variation of each index

1.2 2014～2016 年第三方檢測數據統計

2014～2016 年第三方質量檢測共抽檢SBS(I-D)40 余種，統計瀝青三大指標、布氏粘度及老化試驗等關鍵指標，整體檢測情況統計見表2。

表2 2014～2016 年SBS（I-D）統計數據Table 2 SBS（I-D）statistics for 2014～2016

圖2 為工地現場第三方抽檢樣品統計圖，由表2 及圖2 可知，全部的單項指標平均值除離析指標外，其他指標基本都能滿足SBS（I-D）類技術要求，其中變異系數較大的指標有：軟化點、運動粘度、質量變化、離析及殘留延度等；指標變異系數越大，說明樣品的質量越不穩定，出現不合格的情況就越多，為保證工程質量，應在施工質量控制中將這部分指標作為關鍵指標，加強控制。

圖2 各指標的變異系數Fig.2 Coefficient of variation of each index

1.3 委托檢測及抽檢指標不合格率統計

通過委托檢測和第三方質量抽檢的瀝青統計數據分析（圖3），整體來講在指標不合格率中，針入度不合格率為3.3%，軟化點不合格率為12.1%，延度為1.2%，布氏粘度為4.8%、彈性回復為4.7%，離析為23.4%，殘留延度為10.2%，通過統計可知，在檢測的瀝青中，主要是軟化點、離析、殘留延度等指標不合格。

圖3 主要指標不合格率統計Fig.3 Statistics of unqualified rate of main indicators

2 對SBS 改性瀝青統計指標分析

結合委托檢測和第三方抽檢統計數據分析認為，近年來工程瀝青存在問題的指標主要有軟化點、離析、殘留延度等。

（1）軟化點主要是衰減問題，改性瀝青材料進場時都具有較高的軟化點，經過一定時間的高溫儲存后，瀝青軟化點會發生一定程度的衰減甚至達到規范要求的下限[6]，例某原樣瀝青軟化點為73.0℃，在163℃溫度熱儲存48h 后，瀝青軟化點降為63.5℃，軟化點下降了9.5℃?？芍S著瀝青在瀝青罐中儲存時間的延長，瀝青軟化點將會繼續降低，最終將小于60℃的最低要求，不能滿足規范要求。

造成上述問題的原因，一方面是改性瀝青的加工工藝（如改性瀝青剪切、發育、改性劑摻量等）等產品自身問題；另一方面，改性瀝青的長時間高溫儲存也是重要原因，SBS 改性劑在長時間高溫儲存下會發生降解，瀝青從SBS 空間網絡結構中析出，網絡結構變小，導致SBS 改性瀝青軟化點、抗老化能力降低。

（2）離析問題較為突出，離析不合格率達到10%，處于臨界位置的瀝青約占20%，共計30% 左右的瀝青不能達到規范的使用要求或者接近規范要求的上限。

離析試驗為室內48h 熱儲存的靜態試驗，表征了改性瀝青的熱儲存穩定性指標，瀝青罐儲存時都加有攪拌設備或者泵送循環裝置，可防止或減小離析的發生；但對于離析程度嚴重的樣品，應該引起足夠的重視。離析嚴重表明SBS 改性劑已經析出，產生集聚，造成瀝青的結皮現象。例如抽檢中離析嚴重的樣品其上、下部軟化點差可到25℃以上，其上部1/3 樣品軟化點可到80℃～90℃，而下部1/3 軟化點只有50℃～60℃。瀝青的不均勻不利于拌合施工，局部軟化點的降低會對工程質量產生不利影響。

現行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）[7]中離析試驗方法（T0661-2011），對樣品的封口時間和冰箱的冷凍溫度沒有規定，不同的檢測單位在離析試驗時采用的冷凍溫度不同，根據林江濤[8]學者的研究發現，不同的封口時間及冷凍溫度對離析指標有很大的影響，建議采用澆樣結束后立馬封口和-20℃的冰箱冷凍溫度。

(3）殘留延度的問題

殘留延度變異性大的一部分原因是SBS 改性瀝青在高溫儲存后部分改性劑降解，導致SBS 改性瀝青抗老化能力降低，造成殘留延度偏小。另一部分原因是由于SBS 改性瀝青的加工工藝導致儲存穩定性不好，存儲過程中SBS 改性劑上浮，在瀝青廠取樣時未做到上中下取樣，只從底部取樣送檢，造成送檢樣品中實際改性劑摻量偏小，使檢測出的殘留延度指標偏低。

結合上述指標統計發現的問題及對問題的分析，隨著現代技術的發展，認為在道路工程施工過程中進行瀝青質量控制，可以采用現在的一些新技術。主要有以下幾個新方向：

（a）紅外光譜技術在瀝青檢測中的應用。采用紅外光譜儀建立瀝青指紋庫，來監控瀝青源穩定，同時在施工過程中，采用紅外光譜儀制作SBS 改性瀝青改性劑摻量方程，進行改性劑摻量的測定。

（b）建立檢測數據庫。在大量統計數據的基礎上分析瀝青指標的變化趨勢，進而制定滿足施工技術要求的指標要求，通過控制幾個在工地上可操作性強的常規指標，實現在施工過程中對瀝青質量的有效快捷控制。

（c）通過流變學與熱力學指標，以一定的化學手段輔助。例如通過DSR 改變加載條件，測定瀝青模量或粘度，通過等粘度等一定的換算原則代替軟化點(R&B) 或動力粘度的測定甚至是高溫針入度指數的測定。

3 結論與建議

本文通過統計分析2006～2016 年山東省交通科學研究院檢測的SBS 改性瀝青指標與2013～2016 年第三方抽檢SBS 改性瀝青指標，得出以下結論：

（1）針入度指數PI、135 ℃運動粘度、離析、質量變化及殘留延度等指標的變異性比較大。建議施工單位加強對原材料的進場檢測，嚴格控制瀝青質量，儲存SBS 改性瀝青的溫度設置在140±5 ℃范圍內，且不宜長時間儲存，同時安裝攪拌設備并注意對攪拌時間、頻率的控制；施工單位可針對儲存罐中的瀝青增加必要試驗檢測頻率及指標，即不要只局限于原材料進場時三大指標的檢測，有必要在使用過程中進行老化試驗及離析試驗，密切監測其熱儲存穩定性，以保證瀝青有良好的使用質量。

（2）針對SBS 改性瀝青變形性較大的指標進行分析，認為針入度指數變異性大的原因是實驗設備無持續性保溫設施的原因；軟化點變異性較大的原因是改性瀝青的加工工藝（如改性瀝青剪切、發育、改性劑摻量等）等產品自身問題及改性瀝青的長時間高溫儲存；離析試驗變異性大的原因是規程中未對封口時間及冷凍溫度明確規定，造成了不同實驗室間試驗數據的差別；殘留延度變異性大的原因是長時間的高溫存儲致使部分改性劑降解。

（3）在現行規范的基礎上，基于檢測結果統計分析，提出了幾種用于控制施工過程中瀝青質量控制的方法。一是采用紅外光譜儀進行瀝青源穩定性的控制和對SBS改性瀝青改性劑摻量的檢測；二是利用檢測數據庫通過幾個簡單指標達到控制瀝青質量的目的；三是采用流變學及熱力學指標的手段測定瀝青的模量和粘度，通過換算關系替代軟化點等指標的測定。