SBS改性沥青混合料在高速公路上的应用

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　　摘 要：本文主要论述了改性沥青的定义、机理及分类，SBS改性沥青混合料及其在高速公路上的应用；并通过车辙试验和浸水马歇尔试验，对SBS改性沥青混合料的实际性能进行评价。
　　关键词：改性沥青；SBS改性沥青混合料；车辙试验
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.080
　　随着国民经济高速发展带来的交通量地迅速增长，公路建设面临着巨大的挑战。交通流量和行驶频度的急剧增长、货运车辆轴重的不断增加、超载现象的频频出现，这些都对路面结构和路用材料提出了更高的要求。很多公路沥青路面即使使用了重交通道路沥青或进口沥青，仍不能满足需要，车辙、开裂、坑槽等病害依旧严重。提高公路的高温抗车辙能力、低温抗开裂能力、耐磨耗能力和使用寿命已成为目前急需解决的问题。经过多年的研究和实践，改性沥青的出现和应用使问题得到了有效缓解。改性沥青由于添加了具有良好弹性的高分子，其性能和技术指标已经远远超越了道路沥青和重交通道路沥青的性能，其良好的高温稳定性和低温延展性，对提高路面质量、延长使用周期具有显著的效果。我国改性沥青的研究开发及应用，虽然起步较晚，但发展迅猛，各省市都在开发和应用改性沥青路面。
　　1 改性沥青介绍
　　1.1 改性沥青定义
　　改性沥青是指掺加橡胶、树脂高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。
　　我国现行行业标准《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40―2004）中对改性沥青的描述如下：掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉，或者其他材料等外掺剂（改性剂）制成的沥青结合料。基质沥青是指用于生产改性沥青，掺加改性剂进行改性的基础沥青。改性剂是指在沥青或沥青混合料中加入的天然或人工合成的有机或无机材料，可熔融或分散在沥青中，以改善或提高沥青的路用性能的材料。
　　1.2 改性机理及改性过程
　　改性沥青的改性机理遵循化学组成和结构相似相容的原则，大致可分为两种：一是通过化学反应改变沥青的组成成分，二是使改性剂均匀分布在沥青基质中并形成一定的空间网格结构。改性沥青良好的性能来源于对其添加的品种繁多的改性剂，这些改性剂中的聚合物粒子在基质沥青中通过溶胀、增塑、分解或交联等复杂的物理、化学过程，与沥青混溶形成新的稳定的分散体系，从而很大程度地改善了沥青的力学性能。这就如同在混凝土中加了钢筋，使其材料的力学性能得到提高和充分利用一样。
　　改性过程一般需要熔胀、分散磨细、继续发育三个过程。在沥青的改性过程中，为了阻止有可能发生的离析现象，沥青的改性过程是在一种专门的移动设备中完成的。即首先将液态的包括沥青和改性剂的混合料通过满布沟槽的胶体磨，改性剂的分子在高速旋转的胶体磨的作用下逐渐被裂解，在改性剂分子裂解后形成了新的结构的同时被激射到胶体磨壁上再反弹回来，均匀地混合到沥青当中。如此往复循环，不仅使沥青与改性剂得到了均化处理，而且使改性剂的分子链形成了新的网状排列，形成聚合物，进而提高了强度，增强了抗疲劳能力。
　　1.3 改性沥青分类
　　国、内外沥青改性剂常用的主要有SBS、SBR、EVA、PE等四种。但这些改性剂通常不单独面向沥青路面工程供应，而是以改性沥青厂家的工厂预制为应用渠道。用户在现场往往直接使用成品改性沥青，看不到改性剂本身。目前市场上面向沥青路面用户的沥青改性剂主要是一些专用功能的外加材料，国内外均有一些相关产品，多数以抗车辙和水损坏为主打方向。
　　通过沥青改性剂的类型可将改性沥青分为三类。I类为SBS类，属于热塑性橡胶类聚合物改性沥青，其中I-A型和I-B型适用于寒冷地区，I-C型适用于较热地区，I-D型适用于炎热地区及重交通量路段；II类为SBR类，属于橡胶类聚合物改性沥青，其中II-A型适用于寒冷地区，II-B和II-C型适用于较热地区；III类为EVA、PE类，属于聚合物改性沥青，适用于较热地区和炎热地区，通常要求软化点温度比最高月使用温度的最大日空气温度要高20℃。我国公路使用最广泛的为SBS改性沥青。
　　2 SBS改性沥青在盘营高速公路上的研究结果
　　2.1 SBS改性沥青
　　SBS是一种热塑性弹性体（热塑性丁苯橡胶），表现为条形或星形的分子结构，常用做高等级路面的沥青混合料。其对沥青的改性机理除了一般的混合、溶解、溶胀等物理作用外，通过一定条件下产生交联作用，形成不可逆化学键，形成立体网状结构，使沥青获得弹性和强度。目前SBS改性沥青的质量特性主要由针入度、软化点、粘度、脆点、弹性恢复率等指标评价。欧美的研究表明，在石油沥青中掺入4%?10%的SBS材料，可较大幅度提高使沥青的软化点和粘度。但在施工温度为160℃以上时，改性沥青的粘度却与石油沥青未改性时相近。改性后沥青在低于脆点温度时仍具有柔性，使韧性增加，改善低温抗裂性能。
　　2.2 研究成果
　　盘营高速公路是辽宁省的重点工程之一。盘营高速公路全线设计为双向四车道，整体呈Y字形走向。盘营高速公路沥青路面面层结构为：上面层5cm厚AC-16I沥青混凝土，采用“辽河AH-110”SBS改性沥青；中面层6cm厚AC-20I沥青混凝土，采用辽河“AH-110”重交通石油沥青；下面层7cm厚AC-25I沥青混凝土，采用“辽河AH-110”重交通石油沥青。按我国沥青路用性能气候分区图，盘营高速公路地区属于2-2区。
　　笔者通过对盘营高速公路主线第三、四、五标段SBS改性沥青混合料进行车辙试验检验其动稳定度（DS）、水稳定性试验检验其残留稳定度，得出如下结论。具体检验结果如表1、图1和表2所示。
　　按照改性沥青混合料高温稳定性技术要求，2-2区动稳定度不小于1400次/mm，残留稳定度不小于80%。本次试验结果，动稳定度为1552.6次/mm，残留稳定度为84.3%。两项指标均满足要求。
　　通过对SBS改性沥青混合料进行马歇尔试验、（60℃，0.7MPa条件下）车辙试验和浸水马歇尔试验，可以得出SBS改性沥青混合料的马歇尔稳定度、动稳定度及残留稳定度要明显好于未改性沥青混合料的稳定度。虽然盘营高速公路的后期施工中没有对SBS沥青混合料的低温性能再次进行检测，但由上述试验结果可以推测，其低温性能也是优良的。综上所述，在盘营高速公路上使用国产“AH-110”SBS改性沥青，其实际的使用效果是满足要求的；SBS改性沥青混合料以其良好的弹性及高温和低温性能，在盘营高速公路上的应用是比较成功的。
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