高溫干旱地區干法SBS配制高模量瀝青混合料配合比設計研究

梁鋒，胡新順

（中交一公局集團有限公司，北京 100024）

隨著中資企業承建海外道路項目的市場份額逐漸增多，如何將我國道路建設技術和經驗與當地道路設計相結合成為了一個重要研究方向。海外瀝青道路項目有較大部分采用的高模量設計體系，采用我國常用的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（styrene butadiene styrene tri-block copolymer，SBS）改性瀝青技術很難滿足15℃、10 Hz的動態模量≥14 000 MPa［1-3］的技術要求。同時，海外道路項目多沒有成熟的改性瀝青配套產業，尤其是非洲等欠發達地區。如何結合國內瀝青改性技術解決海外道路項目所在地瀝青改性產業匱乏、進口改性瀝青價格昂貴的痛點，對海外道路施工項目的實施十分關鍵。本文結合吉布提T港口連接線項目，依托干法SBS技術，對海外高溫干旱地區的瀝青混合料改性技術、瀝青面層配合比設計及性能評價進行研究。

1 項目設計指標

1.1 瀝青膠結料設計指標

對于路面中間層和基層用的瀝青膠結料，項目設計要求為PG76-10，技術指標見表1。

表1 PG76-10技術指標要求Tab.1 PG76-10 Technical specifications requirements

1.2 瀝青混合料設計指標

該項目瀝青路面結構層共分為厚4 cm的瀝青混凝土磨耗層、厚6 cm的高模量瀝青混凝土中間層和厚14 cm的高模量瀝青碎石基層，各層瀝青混合料均采用馬歇爾設計方法，中間層和基層均為高模量瀝青混合料，要求在15℃、10 Hz條件下，動態模量≥14 000 MPa［1-3］。

2 原材料與改性工藝

磨耗層和中間層均采用60～70#中東Y國瀝青作為基質瀝青，基層則采用40～50#中東Y國瀝青作為基質瀝青，干法SBS改性劑的生產廠家為國路高科，集料采用0～3 mm機制砂、0～5 mm細集料、5～20 mm碎石和19～37.5 mm碎石，集料為項目自行加工生產。

3 干法SBS最優摻量確定

該項目采用干法SBS改性工藝，即將SBS改性劑直接投入瀝青拌和站的拌缸，對基質瀝青及混合料進行改性。本項目初擬了4.5%、5.5%、6.5%和7.5% 4個摻量的SBS改性劑與60～70#基質瀝青制備了中間層用SBS改性瀝青；初擬了3.0%、4.0%和5.0% 3個摻量的SBS改性劑與40～50#基質瀝青制備了基層用SBS改性瀝青，并進行了PG分級評價［4-7］，具體試驗結果見表2～表3。

表2 不同摻量下SBS改性瀝青性能指標（60～70#中東Y國瀝青）Tab.2 Performance indexes of SBS modified asphalt with different dosage（Middle East Country Y 60～70# bitumen）

表3 不同摻量下SBS改性瀝青性能指標（40～50#中東Y國瀝青）Tab.3 Performance indexes of SBS modified asphalt with different dosage（Middle East Country Y 40～50# bitumen）

由試驗結果可以得出：①對于60～70#中東Y國瀝青，當干法SBS摻量為4.5%和5.5%時，G*/sinδ不滿足技術要求；當干法SBS摻量6.5%和7.5%時，技術指標滿足PG76-10技術要求。因此，優選6.5%作為中間層最優干法SBS用量。②對于40～50#中東Y國瀝青，當SBS改性劑摻量為3.0%時，G*/sinδ不滿足 規范要求；當干法SBS摻量4.0%和5.0%時，技術指標滿足PG76-10技術要求。因此，優選4.0%作為基層最優干法SBS用量。

4 混合料配合比設計

根據馬歇爾設計方法對瀝青中間層和基層進行配合比設計，確定級配及最佳油石比，瀝青混合料級配采用高模量技術體系要求。

4.1 礦料級配

瀝青中間層采用0～20 mm的級配設計，中間層各種礦料級配的比例為（19～37.5 mm）∶（5～20 mm）∶（0～5 mm）∶（0～3 mm）=20：35∶18∶27，級配曲線如圖1所示。瀝青基層采用0～40 mm的級配設計，各種礦料級配的比例為（19～37.5 mm）∶（5～20 mm）∶（0～5 mm）∶（0～3 mm）=20∶30∶22∶28，級配曲線如圖2所示。

圖1 0～20 mm礦料級配Fig.1 0～20 mm aggregate grading

圖2 0～40 mm礦料級配Fig.2 0～40 mm aggregate grading

4.2 混合料油石比

中間層初擬5個油石比，依次為3.5%、4.0%、4.5%、5.0%和5.5%，制備瀝青混合料的部分物理性能指標見表4。基層初擬5個油石比，分別為3.0%、3.5%、4.0%、4.5%和5.0%，以不同油石比制備的瀝青混合料的物理性能指標見表5。

表4 不同油石比時中間層瀝青混合料的物理性能指標Tab.4 Physical performance index of intermediate layer asphalt mixture with different oil-tostone ratios

表5 不同油石比時基層瀝青混合料的物理性能指標Tab.5 Physical performance index of base asphalt mixture with different oil-to-stone ratios

由于中間層要求瀝青混合料空隙率介于3%～7%之間，表4中數據顯示，當油石比為3.5%和4.0%時，空隙率超出要求的范圍。同時，綜合考慮油石比和各項物理性能指標，確定中間層用瀝青混合料的最佳油石比為4.5%。由于基層要求瀝青混合料空隙率介于3%～7%之間，表5中數據顯示，當油石比為3.0%和3.5%時，空隙率超出要求的范圍。同時，綜合考慮油石比和各項物理性能指標，確定基層用瀝青混合料的最佳油石比為4.0%。

5 動態模量性能評價

因該項目中間層和基層設計為高模量瀝青混凝土路面，要求同時滿足動態模量（15℃，10 Hz）≥14 000 MPa。因此，對兩層所設計的瀝青混合料進行動態模量測試，在15℃條件下，兩層瀝青混合料10 Hz時的動態模量均高于14 000 MPa，滿足高模量瀝青混合料對動態模量的要求［8-10］，如圖3所示。

圖3 中間層與基層瀝青混合料的動態模量Fig.3 Dynamic modulus of asphalt mixtures of intermediate and base layers

6 結語

根據東非高溫干旱地區及瀝青路面的設計特點，采用干法SBS技術進行了中間層、基層的配合比設計及性能評價，主要結論如下：①對于60～70#中東Y國瀝青，當干法SBS摻量為6.5%時，可以滿足PG76-10技術要求；對于40～50#中東Y國瀝青，當干法SBS摻量為4.0%時，可以滿足PG76-10技術要求。②在上述干法SBS摻量的前提下，吉布提T港口連接線項目設計的中間層、基層均具有優良的性能，且滿足高模量技術體系中動態模量（15℃，10 Hz）≥14 000 MPa的技術要求［11-12］。由本研究可知，在優良的配合比設計及合適的干法SBS摻量下，可以滿足PG分級要求和高模量技術體系要求，可以為中資企業在海外道路路面工程設計和施工時提供參考。