SBS改性瀝青混合料在道路施工中的穩定性研究

孟本文，于遠建，張建男，陳劍漢，江乾河，王光明

（中國建筑第七工程有限公司，河南鄭州 450000）

隨著我國交通事業的快速發展，使大型化車輛、重載以及超載車輛日益增長，該現象造成以往的路面質量不足以支撐現有交通的實際需求。為解決交通量過多引發的多種問題，市政道路對路面的要求越來越高。如何加強路面的水穩定性、高溫穩定性、抗疲勞性以及低溫抗裂性等問題，成為市政道路施工者重點關注的焦點之一。SBS改性劑具有耐高溫、抗低溫的優勢，粘結能力強且韌性較好。因此，利用SBS的優勢對瀝青混合料的級配進行研究與設計，濁試不同含量的SBS改性劑對混合料穩定性的影響程度，以期為道路施工建設提供更具穩定性的解決方案。

1 SBS改性瀝青混合料的級配選擇與設計

為保證市政路面的性能穩定性，通過對瀝青混合料進行級配設計進行實現。通常情況下，瀝青混合料按照級配的不同可分為兩大類：連續級配和間斷級配。我國在市政道路施工建設中通常選擇瀝青作為主要路面，而對瀝青路面的上面層進行選擇時，大多采用密集配AC-16、AC-13或者間斷級配SMA的瀝青混合料類型，結合實際情況選用AC-16級配類型作為瀝青路面的上面層［1］。

1.1 粗集料、細集料

SBS改性瀝青混合料的內摩擦角可直接影響其高溫穩定性，其原因為：隨著SBS改性瀝青混合料的內摩擦角不斷增大，可使集料間各分子聚集在一起，并產生較強的嵌擠作用，從而提升SBS改性瀝青混合料的高溫穩定性。市政道路選用SBS改性材料作為上面層時，要求集料需要具有較強的抗壓碎能力。因此，對粗集料進行級配選擇時，主要采用堅硬的、粗糙的、有棱角的優質石料。對于碎石進行處理時，可采用錘擊式或者錐式碎石機進行破碎，通過該方式有利于提升改性材料的抗壓碎能力。而花崗巖、石英巖等酸性巖石的各方面性質皆符合市政道路的施工要求，但是該巖石與瀝青之間的粘附性較差，需要進行石灰、水泥等材料的添加。對細集料進行級配選擇時，由于細集料的機制砂主要選用堅硬巖石經過反復破碎等程序而成，故該材料的性能更符合市政道路的施工建設［2］。

1.2 礦粉

為提升瀝青混合料的吸附作用，可在瀝青混合料的制作過程中添加礦粉，而粗集料與細集料可通過瀝青與礦粉的結合料形成一個整體。礦粉添加過程中應注意控制含量，若礦粉含量過少，可造成瀝青混合料的粘稠度較低；若礦粉的含量過多，可使瀝青混合料出現膠泥成團現象，最終導致路面出現膠泥離析等嚴重后果。因此，精準控制礦粉的含量對于SBS改性瀝青混合料的配比至關重要［3］。

為了強化瀝青混合料的粘附性，要求礦粉的親水系數應小于1、細度小于0.075mm的礦粉含量控制在75%左右。由于礦粉經過拌合機攪拌后可產生大量粉塵，不利于市政道路的施工建設，對路面的性能可產生較大影響，為此該粉塵不可回收利用。通過試驗表明，將粉塵回收利用可使車轍試驗的動穩定度以及馬歇爾試驗的穩定度均出現不同程度的降低。為解決大量礦粉粉塵的產生，而使市政道路建設成本上漲的問題，應嚴格控制粗集料以及細集料的含泥量，并將礦粉放置于干燥、潔凈的地方進行儲存，該方式有利于最大限度地降低粉塵對改性材料質量的影響。

1.3 礦料級配設計

對SBS改性瀝青混合料進行礦料級配設計時，選用密級配AC-16C型瀝青混合料作為市政道路的上層面，并將最大理論密度線標準級配赫爾多級嵌擠密級配理論作為該設計的核心。最終將SBS改性瀝青混合料礦料配比設計為：10～20 mm碎石：5～10 mm碎石：石屑：砂：礦粉=40：10：26：18：6。上層面AC-16C型瀝青混合料礦料級配組成見表1［4］。

表1 上層面AC-16C型瀝青混合料礦料級配組成表Table 1 Mineral gradation composition of AC-16C asphalt mixture in upper layer

2 市政道路施工中SBS改性瀝青混合料 配合比設計

由于瀝青的含量對于SBS對瀝青混合料的性能具有重要影響。因此，采用馬歇爾試驗法對瀝青的最佳用量OAC進行確定，與基質瀝青的相對密度相比，摻加5% SBS的改性瀝青混合料的相對密度為0.990，而基質瀝青的相對密度為0.995。馬歇爾試驗進行過程中，分別采用不同的油石比對瀝青混合料進行配制，SBS改性瀝青混合料馬歇爾穩定度試驗數據見表2［5-6］。

表2 SBS改性瀝青混合料馬歇爾穩定度試驗數據Table 2 Machiel stability test data of SBS modified asphalt mixture

3 SBS對瀝青混合料路用性能的影響

3.1 高溫穩定性

為了驗證SBS改性劑對瀝青混合料性能的影響，分別選用殼牌90以及殼牌90+5%SBS類型的瀝青進行AC-16C型混合料車轍試驗。其試驗結果表明，隨著不同含量的SBS改性劑逐漸摻入，使該材料的車轍動穩定度達到3997次/mm，使混合料的動穩定度提升了3.6倍，并且經過改性的混合料在高溫狀態下的抗流動變形性以及穩定性得到明顯提高，可在溫度高達20～30 ℃的環境下保證自身穩定性。試驗結果表明，改性SBS使混合料的高溫穩定性得到明顯改善，滿足不同氣候條件下市政道路的實際需求［7-8］。

3.2 低溫抗裂性

市政道路施工過程中主要采用瀝青作為主要路面，但氣候過于寒冷時，可使混合料的溫度應力超過該材料的極限強度、溫度應變超過極限拉伸，此時路面出現低溫開裂現象。為驗證SBS改性瀝青混合料的低溫抗裂性，采用低溫彎曲試驗進行評價。試驗結果顯示，經過改性后的混合料在極限抗彎拉強度、應變較之前分別提高了51%、47%，但勁度模量只增加了5.5%。對試驗結果進行分析可知，瀝青混合料的低溫抗裂性在SBS改性劑的支持下得到明顯提高［9］。

3.3 水穩定性

由于夏季屬于雨水高發期，對于市政道路的影響較大，為驗證瀝青混合料水穩定性，采用殘留穩定度和凍融劈裂強度比兩種方式對SBS改性瀝青混合料的性能進行驗證。試驗結果顯示，經過改性后的混合料在殘留穩定度方面提高了37.6%，凍融劈裂強度比提高了9.8%。該結果說明SBS改性劑對于瀝青混合料的水穩定性具有提升作用，適用于市政道路瀝青路面的上面層施工［10］。

4 結束語

為驗證SBS改性劑對瀝青混合料路用性能存在的影響，對SBS改性瀝青混合料的各項組成材料進行級配選擇與配合比設計，選用殼牌90以及殼牌90+5%SBS類型的瀝青進行AC-16C型混合料車轍試驗。研究表明，經過改性的瀝青混合料具有良好的高溫穩定性、低溫抗裂性以及水穩定性，將SBS改性瀝青混合料應用于市政道路的施工建設中，可提高市政道路的抗疲勞能力以及應變能力，并最大限度地減少路面永久變形，有利于延長市政道路的使用壽命。