干法SBS改性克拉瑪依瀝青在養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

克拉瑪依瀝青由于特殊的結(jié)構(gòu)組成，難以進(jìn)行改性，影響了新疆本土瀝青的發(fā)展與應(yīng)用。而干法SBS改性劑解決了濕法SBS改性瀝青難以直接改性的難題，對不同油源的基質(zhì)瀝青具有普遍適用性。文章依托新疆G7線昌吉片區(qū)大浪沙至大黃山段養(yǎng)護(hù)工程，進(jìn)行了克拉瑪依90#瀝青的干法SBS改性配伍性驗(yàn)證以及路用性能評價(jià)。結(jié)果表明：干法SBS改性技術(shù)解決了疆內(nèi)主流的克拉瑪依瀝青無法進(jìn)行SBS改性的技術(shù)難題，路用性能良好，具有突出的推廣價(jià)值。

克拉瑪依瀝青；干法SBS改性劑；配伍性驗(yàn)證；路用性能

U416.03A220714

作者簡介：

陳學(xué)光（1974—），教授級高級工程師，主要從事路基路面工程及養(yǎng)護(hù)工程新工藝、新材料、新技術(shù)研究工作。

0" 引言

克拉瑪依道路石油瀝青具有優(yōu)異的低溫、耐老化和抗疲勞等性能，是新疆地區(qū)主要生產(chǎn)和應(yīng)用的石油瀝青之一［1］。但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量逐漸增加，公路運(yùn)輸呈現(xiàn)出多軸次、多頻次、重輪載等特點(diǎn)，普通的道路石油瀝青已無法滿足公路建設(shè)的需求。

對瀝青進(jìn)行改性可提高瀝青混合料的高低溫及力學(xué)性能，提高瀝青路面的耐久性。SBS聚合物改性是目前應(yīng)用最多且最為廣泛的改性瀝青技術(shù)，其與瀝青是否具有良好的相容性會直接影響改性瀝青的品質(zhì)。根據(jù)組分組成理論，瀝青質(zhì)是瀝青膠體溶液的核心，瀝青能否形成穩(wěn)定的膠體體系與瀝青質(zhì)的含量密切相關(guān)，國內(nèi)外大多數(shù)改性用的瀝青質(zhì)含量一般在5%～10%［2］。但克拉瑪依道路石油瀝青具有的結(jié)構(gòu)組成特殊，相較我國常用的道路石油瀝青而言，其存在瀝青質(zhì)含量過低的問題，從而導(dǎo)致其難以制備成性能穩(wěn)定且質(zhì)量優(yōu)良的SBS改性瀝青［3］，這個(gè)問題導(dǎo)致部分工程建養(yǎng)需從外地引進(jìn)其他品牌的基質(zhì)瀝青來進(jìn)行改性，影響了新疆當(dāng)?shù)乜死斠罏r青產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與擴(kuò)張，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

相關(guān)研究表明，進(jìn)行組分調(diào)整以及加入化學(xué)交聯(lián)穩(wěn)定劑等方式可改善克拉瑪依瀝青與SBS體系的相容性［4］。干法SBS改性是以SBS為主要原材料，通過SBS結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、高標(biāo)號瀝青組分預(yù)溶脹、超速交聯(lián)等方式，解決傳統(tǒng)SBS改性劑需與瀝青預(yù)混后使用的難題，適用于不同油源的基質(zhì)瀝青改性［5］。對此，本文以新疆G7線昌吉片區(qū)大浪沙至大黃山段（以下簡稱新疆G7項(xiàng)目）應(yīng)用為例，對其進(jìn)行與克拉瑪依90#基質(zhì)瀝青的配伍性驗(yàn)證，并進(jìn)行混合料性能評價(jià)及施工應(yīng)用分析，為克拉瑪依瀝青進(jìn)行SBS改性應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1" 原材料性能

1.1" 原材料

1.1.1" 干法SBS改性劑

采用國路高科（北京）工程技術(shù)研究院生產(chǎn)的速熔型干法SBS改性劑，滿足《公路干法SBS改性瀝青路面技術(shù)指南》（T/CHTS 20003-2018）（以下簡稱技術(shù)指南）的要求，具體技術(shù)指標(biāo)見表1。由表1可知，干法SBS改性劑的單顆粒質(zhì)量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求，細(xì)化后的顆粒增加了其與瀝青接觸的比表面積，為其均勻穩(wěn)定地分布于瀝青基體中提供了條件，增加了瀝青的相容性。

1.1.2" 瀝青

采用新疆G7項(xiàng)目提供的克拉瑪依90#基質(zhì)瀝青，具體技術(shù)指標(biāo)見表2，均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）（以下簡稱技術(shù)規(guī)范）的要求，且低溫性能、耐老化性能表現(xiàn)優(yōu)異。

為進(jìn)行干、濕法SBS改性瀝青混合料性能對比研究，選擇對比驗(yàn)證的濕法SBS改性瀝青技術(shù)性能見下頁表3。

1.2" 配伍性驗(yàn)證

干法SBS改性雖然具有普適性，但基質(zhì)瀝青的種類不同仍會影響其與干法SBS改性后的技術(shù)性能表現(xiàn)。與此同時(shí)，SBS瀝青體系的試驗(yàn)檢驗(yàn)相對比較穩(wěn)定，而混合料驗(yàn)證受礦料、配合比等因素的影響波動較大。因此，在進(jìn)行干法SBS應(yīng)用時(shí)，將其與新疆G7項(xiàng)目所選瀝青進(jìn)行配伍性驗(yàn)證，通過嚴(yán)控基質(zhì)瀝青質(zhì)量，保證項(xiàng)目質(zhì)量的穩(wěn)定性。

干法SBS改性劑與基質(zhì)瀝青的配伍性驗(yàn)證方法為［6］：（1）將500 g基質(zhì)瀝青放入180 ℃±5 ℃的烘箱中加熱30 min；（2）將項(xiàng)目規(guī)定摻量的干法SBS改性劑放入瀝青中攪拌均勻，新疆G7項(xiàng)目干法SBS改性劑的摻量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的5%，即需稱取25 g干法SBS改性劑；（3）使用剪切機(jī)對混合后的瀝青液進(jìn)行高速剪切，剪切速率為5 000 r/min，剪切時(shí)間為20 min，剪切溫度為180 ℃～190 ℃；（4）混熔好的瀝青立即澆模，并進(jìn)行配伍性指標(biāo)測試，具體測試結(jié)果見表4。

干法SBS改性克拉瑪依瀝青在養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用/陳學(xué)光，李和青，魏艷萍，彭" 琛

由表4可知，干法SBS改性劑與新疆G7項(xiàng)目采用的克拉瑪依90#瀝青具有良好的配伍性，技術(shù)要求滿足技術(shù)指南中Ⅰ-D的要求。

2" 改性瀝青混合料室內(nèi)性能研究

考慮到施工的便利性以及經(jīng)濟(jì)性，新疆G7項(xiàng)目選用AC-13C瀝青混合料路面結(jié)構(gòu)類型，具體處治方案為4 cm AC-13C細(xì)粒式干法SBS改性瀝青混凝土上面層+黏層+處治后既有路面剩余結(jié)構(gòu)層。AC-13C目標(biāo)配合比情況見表5，干法SBS摻量為克拉瑪依90#瀝青質(zhì)量的5%，最佳油石比為4.6%。

干法SBS改性瀝青混合料采用馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法，按照技術(shù)指南的方法室內(nèi)制備干法SBS改性瀝青混合料，各環(huán)節(jié)溫度控制見表6。

2.1" 與濕法改性瀝青技術(shù)的對比分析

對克拉瑪依瀝青進(jìn)行干法SBS改性后的力學(xué)性能及高低溫、抗水損性能測試，并與濕法SBS改性瀝青混合料進(jìn)行對比，相關(guān)測試結(jié)果見表7。

由上頁圖1、圖2可知。

（1）當(dāng)干法SBS摻量為5%時(shí)，可達(dá)到與濕法成品SBS改性瀝青同等的路用性能，證明了干法SBS改性技術(shù)可替代濕法SBS改性瀝青，充分實(shí)現(xiàn)克拉瑪依瀝青的本土化改性及應(yīng)用需求。

（2）成品SBS改性瀝青在高、低溫性能方面較干法SBS改性技術(shù)略有降低，這主要是由于成品SBS改性瀝青一直處于高溫加熱狀態(tài)，產(chǎn)生了高溫老化以及SBS降解失效等問題，從而導(dǎo)致其技術(shù)性能衰減。

2.2" 干法、濕法工況路用性能對比分析

為充分驗(yàn)證干法SBS改性技術(shù)的性能穩(wěn)定性，本文進(jìn)行了干、濕法工況條件下瀝青混合料的對比研究，其中，濕法工況下分別對選用的成品SBS改性瀝青在165 ℃的溫度條件下儲存1 d、2 d、3 d、5 d的瀝青性能進(jìn)行研究，并進(jìn)行動穩(wěn)定度指標(biāo)的驗(yàn)證測試，測試結(jié)果見表8。干法SBS改性技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)直接投入瀝青拌和樓制備SBS改性瀝青混合料，無須考慮改性瀝青的老化，為考慮“拌和站拌和-混合料運(yùn)輸-攤鋪”過程中混合料性能的變化，在室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，進(jìn)行了立即成型和老化2 h后混合料性能變化的測試，檢測結(jié)果見表9。

由表8、表9及圖3～5可知：

（1）隨著儲存時(shí)間的增加，濕法SBS改性瀝青及混合料的性能都存在較為嚴(yán)重的衰減，在儲存3 d時(shí)，延度指標(biāo)已無法滿足規(guī)范要求，動穩(wěn)定度指標(biāo)下降約30%。在實(shí)際使用過程中，濕法SBS改性瀝青由于受施工進(jìn)度、政策條件等影響，從生產(chǎn)到使用完平均需3 d左右。而干法SBS改性瀝青混合料在使用過程中不存在瀝青使用前老化的影響。相較而言，干法SBS改性瀝青的性能較濕法SBS改性瀝青可提高約30%。

（2）模擬干法SBS改性瀝青混合料施工過程中存在的老化，由測試結(jié)果可知其性能略有提升，可能是由于此過程延長了發(fā)育時(shí)間，使瀝青混合料的性能得以充分表現(xiàn)。

3" 試驗(yàn)段施工

為了更好地對克拉瑪依瀝青進(jìn)行干法SBS改性后的效果進(jìn)行驗(yàn)證，選擇新疆G7線昌吉片區(qū)大浪沙至大黃山K2549+843～K2734+000段進(jìn)行了試驗(yàn)段的鋪筑，在項(xiàng)目施工前，新疆G7項(xiàng)目提前儲備了干法SBS改性劑材料，常溫儲存，采取了防水、防火等保護(hù)措施。

3.1" 干法SBS改性克拉瑪依瀝青混合料的制備

干法SBS改性劑可直接投入瀝青拌和樓，與基質(zhì)瀝青、集料等直接制備為SBS改性瀝青混合料，具體見下頁圖6。

該項(xiàng)目在3000型瀝青混合料拌和樓施工，采用人工投放。施工時(shí)，需將干法SBS改性劑按設(shè)計(jì)用量分包成小包裝，其質(zhì)量計(jì)算方法如下：

m=M×AA+100×BB+100（1）

式中：m——干法SBS改性劑的質(zhì)量（kg）；

M——瀝青拌和樓每拌和缸生產(chǎn)的混合料質(zhì)量（kg）；

A——油石比（%）；

B——干法SBS改性劑占基質(zhì)瀝青的比例（%）。

干法SBS改性瀝青混合料可根據(jù)施工進(jìn)度，隨時(shí)應(yīng)用隨時(shí)生產(chǎn)，該技術(shù)避免了新疆本地遠(yuǎn)距離調(diào)運(yùn)的復(fù)雜過程以及需加工制備SBS改性瀝青的工藝過程，并避免了長時(shí)間的成品瀝青高溫儲運(yùn)環(huán)節(jié)，以及無法適應(yīng)工期變化等難題［7］。

3.2" 干法SBS改性瀝青混合料的運(yùn)輸、攤鋪及碾壓

瀝青混合料裝車時(shí)，采用前、后、中移動三次裝料，從而減少混合料的離析，并在運(yùn)輸車車廂頂部采用油布覆蓋，做好保溫措施。

由克拉瑪依瀝青制備的干法SBS改性瀝青混合料的運(yùn)輸、攤鋪、碾壓工序與《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中的要求一致。施工過程中，各環(huán)節(jié)溫度控制見表10。

3.3" 施工中質(zhì)量檢測

在施工過程中，對生產(chǎn)的瀝青混合料進(jìn)行了性能檢測，其技術(shù)指標(biāo)見表11，滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。另外，進(jìn)行了現(xiàn)場厚度、壓實(shí)度、平整度、滲水性等檢測，均滿足技術(shù)規(guī)范的要求。

4" 結(jié)語

干法SBS改性技術(shù)在新疆G7線項(xiàng)目中得到了良好應(yīng)用，為克拉瑪依瀝青在西北地區(qū)的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

（1）干法SBS改性技術(shù)解決了新疆主流的克拉瑪依瀝青無法進(jìn)行SBS改性的技術(shù)難題。經(jīng)驗(yàn)證其與克拉瑪依90#瀝青具有良好的配伍性，且各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足技術(shù)規(guī)范的要求。

（2）應(yīng)用干法SBS改性劑時(shí)需進(jìn)行其與基質(zhì)瀝青的配伍性驗(yàn)證，嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，有效保證瀝青路面質(zhì)量。

（3）干法SBS改性工藝相比傳統(tǒng)濕法改性瀝青性能優(yōu)勢明顯，其可直接采購，常溫儲存，應(yīng)用方便，避免了SBS改性瀝青在儲存和運(yùn)輸過程中容易產(chǎn)生的改性劑離析、性能指標(biāo)衰減等質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高了施工組織靈活性，提升了公路養(yǎng)護(hù)工程施工質(zhì)量。

（4）干法SBS改性瀝青技術(shù)避免了濕法SBS改性瀝青的高溫加工、儲存過程，大幅減少了公路施工過程中的碳排放，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

［1］袁" 野，時(shí)敬濤，李" 存，等.克拉瑪依瀝青改性工藝對比研究［J］.公路與汽車運(yùn)，2019（5）：56-59.

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20240310