AC-13型SBS改性瀝青混合料性能試驗及應用研究

王俊青

(山西省文水公路管理段 呂梁市 032100)

0 引言

為了適應我國道路運輸重載大、交通量大的特點，同時減少路面早期病害的發生，我國在道路建設中較大范圍地采用了改性瀝青，而SBS改性瀝青即是其中最典型的代表。

國外自上世紀80年代中期開始逐漸采用SBS作為主要瀝青改性劑，國外研究發現SBS改性劑的摻入可以將瀝青混合料抗車轍性能提高近10倍，同時顯著增強混合料的抗裂能力，可達4倍[1-3]。我國對SBS改性劑的研究起步較晚，但短時間內取得了較為廣泛的成果，黃衛東等[4]基于微端角度全面細致地解讀了SBS改性瀝青的內部結構特點。目前，SBS改性瀝青已在我國各重要公路上廣泛應用，但國內對于SBS改性劑的摻量研究較少，其摻量多采用經驗法確定，缺乏系統的試驗與應用支撐。

研究了SBS改性瀝青AC-13型瀝青混合料的相關性能，并在實際工程中檢驗了其應用效果。

1 室內試驗

1.1 試驗材料

(1)瀝青：采用齊魯石化生產的基質瀝青(東海牌70A)，參照規范[5]進行檢測，如表1。

表1 基質瀝青檢測結果

(2)集料：材料同工地現場，參照規范[5]進行檢測，如表2。所用粗集料為石灰巖，細集料為石屑，礦粉為研磨后的石灰石礦粉。

表2 碎石集料的性能檢測結果

1.2 SBS改性瀝青的制備

選用FLUKO高速剪切機，制備步驟如下：首先將基質瀝青加熱至160℃，接著分別將不同摻量的SBS加入基質瀝青中，摻量分別取3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%。然后設定剪切機的轉速與剪切時間分別為5000r/min、45min，對改性瀝青進行剪切，使得SBS顆粒在瀝青中分散均勻，最后將改性瀝青轉至180℃恒溫烘箱中發育2h。

1.3 改性瀝青混合料配合比設計

(1)礦料級配

采用AC-13型礦料級配，級配設計見表3。

表3 混合料級配組成(AC-13)

(2)油石比設計

采用馬歇爾試驗，首先預估選取4.5%作為油石比中值，并以0.5%的間隔增加4種油石比，根據設定油石比分別成型馬歇爾試件，每組制備5個平行試樣進行試驗，如表4，參照規范[5]計算后取油石比的最佳值為4.9%。

表4 馬歇爾試驗結果

1.4 試驗方案

參照相關規范標準[6]，分別制備不同SBS摻量下改性瀝青混合料試件進行相關室內試驗。

2 室內試驗結果分析

2.1 高溫穩定性

采用車轍試驗進行檢驗，試驗設備為LDCZ-8S 型全自動車轍試驗機，試驗溫度60℃，軸載設定0.7MPa，加載速率42次/min。試驗結果如表5、圖1所示。

表5 車轍試驗結果

圖1 車轍試驗結果

由圖1可知，一方面，不同SBS摻量下的混合料動穩定度均大于2800次/mm，表明SBS改性瀝青混合料高溫穩定性能優異，根據相應規范[5]要求，可用于炎熱地區。另一方面，動穩定度隨著SBS摻量的增加而增加，相比于摻量3%，動穩定度在摻量為4.5%時，提高了56.1%。但當SBS摻量進一步加大為5%時，相比于摻量4.5%，混合料動穩定度僅提高了5.7%，因此，綜合經濟性考慮，SBS的最佳摻入量應取4.5%。

2.2 低溫抗裂性能

采用小梁彎曲試驗進行測定，結果見表6、圖2。儀器為MTS-810型試驗機，確定加載速率與溫度分別為50mm/min、-10℃。

表6 小梁彎曲試驗結果

圖2 彎拉破壞應變與SBS摻入量的關系

由圖2可知，混合料的破壞應變在4%SBS摻量時最大，達到了3070.2με，其次為4.5%，破壞應變為2988.4με，二者相差不大。但當SBS摻量超過4.5%后，試件破壞應變大幅度降低，這是因為摻量過高后，瀝青混合料粘稠度相應增加，脆性隨之加大，導致低溫彈性降低。另外，當SBS摻量過低時，如摻量為3%時，試件的破壞應變較低，這是因為低摻量的SBS尚不足以使瀝青混合料形成完整的網狀結構，粘結力不夠。

另外，從表6數據可以發現，不同摻量下SBS改性瀝青混合料彎拉破壞應變均滿足相應規范要求[5]，但破壞應變值均不是很大。這是因為高溫穩定性與低溫抗裂性能往往相互制約，性能檢驗時應針對改性目的進行，如以增強高溫穩定性為目的，則低溫性能按普通瀝青混合料執行即可。

2.3 水穩定性能

測試SBS改性瀝青混合料水穩定性時采用浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗綜合進行檢測，其中浸水馬歇爾試件分為兩組，普通組60℃水浴養護0.5h，另一組60℃水浴養護48h，分別測定殘留穩定度。凍融試驗一組25℃水浴養護2h，水浴后測定劈裂時最大荷載。另一組先真空養護15min，接著浸水0.5h后放入-18℃冰箱中，在60℃水浴養護24h，最終轉入25℃水中進行2h養護后測定劈裂時最大荷載，試驗結果如表7所示。

表7 浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗結果

由圖3、圖4可知，試件的劈裂強度比與殘留穩定度均隨著SBS摻量的增加而增加，但增加幅度有區別：增加幅度在SBS摻量小于4.5%時增加較快，摻量大于4.5%后增加幅度開始降低。這是因為SBS摻入后，有效增強了瀝青與骨料之間的粘結力，抗剝落能力隨之增大，因此混合料的水穩定性能有較大提高，但當摻入量達到一定程度時，過多的SBS改性劑會吸收瀝青的油分使得起粘附作用的成分減少。因此，考慮到經濟效益與混合料的水穩定性能，4.5%是較合理的摻量。

圖3 劈裂強度比與SBS摻入量的關系

圖4 殘留穩定度與SBS摻入量的關系

3 工程應用

3.1 試驗路段概況

某市瀝青路面次差路段綜合處治工程為路面養護工程，擬對路面局部強度不足或坑槽嚴重路段進行病害處治。病害處治后的瀝青路面上面層采用SBS改性瀝青混合料(AC-13型)。本次研究選定國道307線K618+255～K618+700段作為試驗路段，現場施工所用瀝青、SBS改性劑及礦料等材料均同室內試驗，配合比設計參照室內試驗，油石比取4.9%，SBS摻量取4.5%。試驗路段鋪筑過程中參照相關規范要求嚴格控制施工工藝與施工質量并及時做好試驗檢測。

3.2 施工要點

(1)SBS改性瀝青的裝車溫度需控制在160℃以上，并及時放置瀝青罐中150℃儲存，到達混合料拌和現場溫度不應低于150℃。因為SBS改性瀝青粘度大，低溫將導致管道阻塞。

(2)宜采用間歇式拌和機進行拌和，投料順序如下：倒入熱集料干拌(時間≥7s)→噴入改性瀝青→濕拌(45～55S為宜)→出料。

(3)拌和時，混合料的溫度先后控制要點見表8。

表8 混合料溫度控制要點

其他施工工藝參照相應規范要求進行[5]。

3.3 性能檢測

施工現場對拌和料進行了抽樣檢測，如表9所示。

由表9可知，檢測結果均滿足相關規范標準[5]，且與室內試驗所測值相差不大，路用性能良好。

表9 抽樣檢測結果

K618+255～K618+700試驗路段上面層完成鋪筑后，對其相關性能進行了驗收檢測，如表10所示。

表10 試驗路段上面層驗收檢測結果

由表10可知，相應性能檢測結果均滿足規范要求[5]，上面層采用SBS改性瀝青AC-13型混合料施工后表面密實平整，無離析、輪跡、擁包等現象出現。

3.4 持續觀測與評價

試驗段國道307線K618+255～K618+700段，車流量大，重載交通多。經過一段時間的通車考驗，目前該路段路面平整，無車轍、擁包及裂縫等病害產生，表明SBS改性瀝青混合料的實際應用效果優異。

4 結語

(1)摻入SBS后的瀝青混合料，高溫性能顯著提升，但當SBS摻入量超過4.5%后，提高幅度趨緩。

(2) SBS摻量為4%時，瀝青混合料破壞應變最大，其次為4.5%，二者數值相差不大。但當SBS摻入量超過4.5%后，瀝青混合料的破壞應變將較大幅度降低。

(3)瀝青混合料的劈裂強度比與殘留穩定度均隨著SBS摻量的增加而增加，但增加幅度有區別：增加幅度在SBS摻量小于4.5%時較大，但摻量大于4.5%后增加幅度開始降低。

(4)SBS改性劑的摻入顯著提升了瀝青混合料的路用性能，綜合經濟效益考慮SBS的最佳摻入量為4.5%。

(5)工程應用實例表明：瀝青路面的上面層采用SBS改性瀝青AC-13型混合料進行鋪筑后，實際應用效果優異。