干法SBS改性瀝青混合料性能研究

歐陽奕波 鄭松松 郭建

摘要 文章研究干法SBS改性劑對基質瀝青改性效果，分析干法SBS改性劑在高速公路中應用的可行性及社會經濟效益。結合室內試驗及實際工程應用，系統研究利用干法SBS進行改性后瀝青的流變性能、干法SBS改性瀝青混合料的各項性能，通過與普通SBS改性混合料對比。試驗結果表明干法SBS改性瀝青混合料的各項性能指標均滿足規范要求，并且相對于SBS改性瀝青混合料，其高低溫性能均有提高。干法SBS改性劑具有較好社會經濟效益，能夠在實際工程中進行推廣應用。

關鍵詞 干法改性;SBS;瀝青混合料;性能研究

中圖分類號 U416.217 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0105-04

0 引言

SBS改性瀝青現為應用最多的改性瀝青種類，占比達90%以上。其本質為苯乙烯-丁二烯嵌段共聚型熱塑性彈性體，高低溫性能、耐疲勞性能優良。在對SBS改性劑使用過程中，工藝分類為干法SBS及濕法SBS。為了研究干法SBS改性劑對瀝青改性效果，通過對干法SBS改性瀝青及干法SBS瀝青混合料性能的研究，與傳統濕法SBS改性瀝青混合料性能進行對比分析，研究其社會經濟效益及推廣應用的前景。

1 SBS技術簡介

1.1 濕法SBS改性瀝青

傳統濕法工藝為當前國內生產SBS改性瀝青的主要工藝。在工廠或工地現場，以一定比例的SBS改性劑加入基質瀝青，采用大型的瀝青剪切機及膠體磨設備，充分磨細、分散和溶脹SBS改性劑，以達到SBS改性劑均勻地分散于基質瀝青的目的。但SBS改性劑難以充分融合于基質瀝青，因此需要加入一定比例的專屬穩定劑，從而制成瀝青與SBS的物理共混材料后，再將成品SBS改性瀝青運輸工地現場儲存及使用。

目前濕法SBS改性瀝青生產加工工藝等各方面技術較成熟，用其生產的瀝青混合料高低溫性能全面、抗疲勞性能好。同時針對濕法SBS改性瀝青的研究很多，該技術及工藝是我國瀝青路面的主流，并廣泛被行業所接受應用。但濕法工藝也有很多不足，在生產環節中要經過“溶解、剪切或膠磨、發育、穩定、儲存”過程，瀝青加工過程中能耗大、污染環境，與國家提出的碳中和、碳達峰的宗旨相違背。通過長期對SBS改性瀝青成品本身性能的研究，發現其屬于熱力學不穩定體系，因此在加工和儲存中，SBS改性瀝青存在離析、熱分解導致性能衰變等技術問題，導致其存儲時間無法超過半年[1]。

1.2 干法SBS改性瀝青混合料技術

干法改性工藝是將改性劑直接在拌合樓中投放，先與加熱后集料進行攪拌、再加入基質瀝青，從而達到改性瀝青混合料性能的目的。這種改性劑的特點為易松散、高溫易熔融，可在混合料生產周期1 min內改性瀝青混合料。

干法SBS改性劑只需要在瀝青混合料拌和過程中以規定的質量加入，不需要制備成品改性瀝青，省去濕法改性工藝中的必要步驟，從而減少改性瀝青以及運輸過程中能源消耗，因此也就不存在濕法改性工藝中SBS 改性劑熱分解、離析等問題[2]。

苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物是SBS改性劑的主要成分，其分子量大，與基質瀝青的融合較差、分散性能差。基于上述原因，造成干法SBS改性劑直接投放拌合樓后難以熔融分散，在過去很長時間內對干法工藝生產SBS改性瀝青混合料的研究及應用較少。近幾年直投式速溶型SBS改性劑的研發成功，促進了干法SBS改性劑的應用及發展，2018年中國公路學會制定了《公路干法SBS改性瀝青路面技術指南》，該技術2019年被交通運輸部納入交通運輸科技推廣項目，目前已具備推廣應用基礎[3-4]。

2 干法SBS改性劑試驗

2.1 改性瀝青基本性能

為了檢測干法SBS改性劑的性能，在基質瀝青中摻配5.0%摻量的干法SBS改性劑，對改性后的瀝青檢測其25 ℃針入度、軟化點、5 ℃延度、25 ℃彈性恢復等指標。檢測指標結果如表1所示。由于干法改性工藝中，不涉及瀝青存儲穩定性、儲存過程中短期老化等問題，故不檢測其儲存穩定性及短期老化后的指標。

2.2 改性瀝青流變試驗

動態剪切流變試驗（DSR）可以較好的研究瀝青流變性能，采用奧地利安東帕公司生產的流變儀進行流變性能測試，利用MCR高級流變儀分別對摻量為5%的干法SBS改性劑瀝青和常規SBS改性瀝青進行測試。試驗角頻率為10 rad/s，角頻率區間0.1～100 rad/s，在40 ℃、60 ℃、80 ℃溫度下對瀝青的復合模量（G*）、車轍因子（G*/Sinδ）、疲勞因子（G*Sinδ）進行檢測。

溫度40 ℃時，SBS改性瀝青的復合模量略高于干法SBS改性瀝青，表明SBS改性瀝青在此溫度下抗變形能力較好;溫度60 ℃時，兩種瀝青復合模量基本一致，表明此溫度下抗變形能力相差不大;溫度80 ℃時，SBS改性瀝青復合模量低于干法SBS改性瀝青，表明此溫度下干法SBS改性瀝青抗變形能力優于SBS改性瀝青。綜上所述，可總結出在溫度逐漸升高的情況下，干法SBS改性瀝青抵抗變形能力逐漸高于SBS改性瀝青，見圖1、圖2、圖3。

溫度40 ℃時，SBS改性瀝青的車轍因子高于干法SBS改性瀝青;溫度60 ℃時，兩種改性瀝青車轍因子基本一致;溫度80 ℃時，干法SBS改性瀝青的車轍因子高于SBS改性瀝青。綜上所述，可總結出隨溫度的升高，干法SBS改性瀝青的抗高溫車轍的能力逐漸高于SBS改性瀝青，見圖4、圖5、圖6。

溫度40 ℃時，SBS改性瀝青的疲勞因子高于干法SBS改性瀝青;溫度60 ℃時，兩種瀝青疲勞因子基本一致;溫度80 ℃時，干法SBS改性瀝青的疲勞因子高于SBS改性瀝青。綜上所述，隨著溫度升高，SBS改性瀝青的抗疲勞性能逐漸高于干法SBS改性瀝青[5]，見圖7、圖8、圖9。

3 混合料試驗

選取AC-20C級配，根據《公路干法SBS改性瀝青路面技術指南》，重點驗證摻量4.5%、5.0%、5.5%的干法SBS瀝青混合料的各項性能，并與相同配比下普通SBS（I-D）改性瀝青混合料的性能進行對比分析。

制備混合料時，第一步，加熱的集料與SBS改性劑干拌60 s;第二步，在此基礎上再加入預定用量的基質瀝青后拌和90 s;第三步，加入礦粉后拌和90 s。最后按照JGT E20—2011試驗規程要求成型馬歇爾混合料試件。在最佳油石比4.4%和確定的級配條件下進行混合料性能驗證試驗，具體試驗結果如表2所示。

由表2的相關檢測數據可以看出，4.5%、5.0%、5.5%三種干法SBS改性劑摻量下的瀝青混合料試驗檢測結果均能滿足規范要求。

由表3可知，與常規SBS改性混合料相比較，4.5%、5.0%、5.5%三種干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料殘留穩定度均能滿足規范要求。

由表4可知，與常規SBS改性混合料相比較，4.5%、5.0%、5.5%三種干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料劈裂強度比均滿足規范要求。

根據表5車轍試驗的結果，4.5%、5.0%、5.5%三種干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料高溫穩定性均能滿足規范要求。其中5.0%摻量的動穩定度最好，且5.0%、5.5%干法SBS摻量的高溫性能均優于常規SBS改性瀝青混合料。

根據表6低溫彎曲試驗的結果，在?10 ℃時，常規SBS改性瀝青混合料與5.0%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料的低溫性能相差不大。常規SBS改性瀝青混合料的低溫性能遠低于5.5%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料。

4 經濟性分析

高速公路中面層結構設計一般為油石比4.4%，厚度6 cm的AC-20C SBS改性瀝青混合料。2021年3月，湖北地區SBS改性瀝青單價為4 800元/t，基質瀝青單價為4 070元/t，以1 t混合料計算，對SBS改性瀝青混合料與干法SBS改性瀝青混合料的進行成本分析（如表7）。

由成本分析可知：石料成本一致，用干法SBS改性劑+基質瀝青取代SBS改性瀝青后，節約的瀝青成本即為節省的混合料材料成本。通過計算，SBS改性瀝青與基質瀝青差價在950元時，濕法與干法瀝青兩者成本基本一致;差價小于950元，SBS改性瀝青的經濟效益更好;差價高于950元，干法SBS改性瀝青經濟效益更好。

5 結論

（1）干法SBS改性劑摻入70#瀝青后，瀝青的軟化點、延度試驗結果滿足規范要求（干法SBS技術指南中對針入度指標未作要求）;根據流變試驗檢測結果，80 ℃時干法SBS改性瀝青的抗變形能力、抗高溫車轍能力均優于SBS改性瀝青。

（2）從混合料試驗結果可看出，4.5%、5.0%、5.5%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料水穩定性能均能滿足規范要求。

（3）4.5%、5.0%、5.5%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料的高溫穩定性均滿足規范要求，其中5.0%、5.5%干法SBS摻量的瀝青混合料高溫性能均優于常規SBS改性瀝青混合料。5.0%摻量瀝青混合料的動穩定度相對于濕法提高約10%。5.5%干法SBS改性劑摻量的瀝青混合料低溫性能優于濕法SBS改性瀝青混合料，整體性能提高約為30%。

（4）干法SBS改性瀝青存在一定的經濟效益和社會價值，整體性能具備優勢，其混合料的產品質量更穩定，可有效避免SBS改性瀝青離析、熱分解導致性能衰變等技術問題，適合推廣應用。

參考文獻

[1]劉瑩，王涵，郭娜，等.干法工藝生產改性瀝青混合料的發展現狀[J].石油瀝青，2017（2）：67-71.

[2]付超，周雄，吳林生.濕法和干法SBS改性瀝青混合料對比研究[J].公路工程，2018（6）：216-219+297.

[3]常向征，李佩，韓貴賓.新型干拌速熔SBS改性劑技術可行性研究[J].施工技術，2019（S1）：1190-1192.

[4]馮海燕.干法直投式SBS改性瀝青技術應用[J].交通世界，2018（22）：138-139.

[5]徐寧.濕法和干法SBS改性瀝青混合料路用性能及改性機理對比研究[D].西安：長安大學，2019.