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干法SBS改性克拉玛依沥青在养护工程中的应用

2024-10-14 103 上传者：管理员

摘要：克拉玛依沥青由于特殊的结构组成，难以进行改性，影响了新疆本土沥青的发展与应用。而干法SBS改性剂解决了湿法SBS改性沥青难以直接改性的难题，对不同油源的基质沥青具有普遍适用性。文章依托新疆G7线昌吉片区大浪沙至大黄山段养护工程，进行了克拉玛依90#沥青的干法SBS改性配伍性验证以及路用性能评价。结果表明：干法SBS改性技术解决了疆内主流的克拉玛依沥青无法进行SBS改性的技术难题，路用性能良好，具有突出的推广价值。

关键词：
克拉玛依沥青
干法SBS改性剂
抗疲劳
路用性能
配伍性验证
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克拉玛依道路石油沥青具有优异的低温、耐老化和抗疲劳等性能，是新疆地区主要生产和应用的石油沥青之一[1]。但随着经济的发展，交通量逐渐增加，公路运输呈现出多轴次、多频次、重轮载等特点，普通的道路石油沥青已无法满足公路建设的需求。

对沥青进行改性可提高沥青混合料的高低温及力学性能，提高沥青路面的耐久性。SBS聚合物改性是目前应用最多且最为广泛的改性沥青技术，其与沥青是否具有良好的相容性会直接影响改性沥青的品质。根据组分组成理论，沥青质是沥青胶体溶液的核心，沥青能否形成稳定的胶体体系与沥青质的含量密切相关，国内外大多数改性用的沥青质含量一般在5%～10%[2]。但克拉玛依道路石油沥青具有的结构组成特殊，相较我国常用的道路石油沥青而言，其存在沥青质含量过低的问题，从而导致其难以制备成性能稳定且质量优良的SBS改性沥青[3],这个问题导致部分工程建养需从外地引进其他品牌的基质沥青来进行改性，影响了新疆当地克拉玛依沥青产业的发展与扩张，造成了严重的经济损失。

相关研究表明，进行组分调整以及加入化学交联稳定剂等方式可改善克拉玛依沥青与SBS体系的相容性[4]。干法SBS改性是以SBS为主要原材料，通过SBS结构优化设计、高标号沥青组分预溶胀、超速交联等方式，解决传统SBS改性剂需与沥青预混后使用的难题，适用于不同油源的基质沥青改性[5]。对此，本文以新疆G7线昌吉片区大浪沙至大黄山段(以下简称新疆G7项目)应用为例，对其进行与克拉玛依90#基质沥青的配伍性验证，并进行混合料性能评价及施工应用分析，为克拉玛依沥青进行SBS改性应用提供技术参考。

1、原材料性能

1.1原材料

1.1.1干法SBS改性剂

采用国路高科(北京)工程技术研究院生产的速熔型干法SBS改性剂，满足《公路干法SBS改性沥青路面技术指南》(T/CHTS 20003-2018)(以下简称技术指南)的要求，具体技术指标见表1。由表1可知，干法SBS改性剂的单颗粒质量远低于标准要求，细化后的颗粒增加了其与沥青接触的比表面积，为其均匀稳定地分布于沥青基体中提供了条件，增加了沥青的相容性。

表1干法SBS改性剂性能指标表

1.1.2沥青

采用新疆G7项目提供的克拉玛依90#基质沥青，具体技术指标见表2,均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)(以下简称技术规范)的要求，且低温性能、耐老化性能表现优异。

为进行干、湿法SBS改性沥青混合料性能对比研究，选择对比验证的湿法SBS改性沥青技术性能见下页表3。

表2克拉玛依90#沥青性能指标表

1.2配伍性验证

干法SBS改性虽然具有普适性，但基质沥青的种类不同仍会影响其与干法SBS改性后的技术性能表现。与此同时，SBS沥青体系的试验检验相对比较稳定，而混合料验证受矿料、配合比等因素的影响波动较大。因此，在进行干法SBS应用时，将其与新疆G7项目所选沥青进行配伍性验证，通过严控基质沥青质量，保证项目质量的稳定性。

干法SBS改性剂与基质沥青的配伍性验证方法为[6]:(1)将500 g基质沥青放入180℃±5℃的烘箱中加热30 min; (2)将项目规定掺量的干法SBS改性剂放入沥青中搅拌均匀，新疆G7项目干法SBS改性剂的掺量为基质沥青质量的5%,即需称取25 g干法SBS改性剂；(3)使用剪切机对混合后的沥青液进行高速剪切，剪切速率为5 000 r/min,剪切时间为20 min,剪切温度为180℃～190℃;(4)混熔好的沥青立即浇模，并进行配伍性指标测试，具体测试结果见表4。

表4干法SBS改性剂与克拉玛依90#沥青配伍性验证结果表

由表4可知，干法SBS改性剂与新疆G7项目采用的克拉玛依90#沥青具有良好的配伍性，技术要求满足技术指南中Ⅰ-D的要求。

2、改性沥青混合料室内性能研究

考虑到施工的便利性以及经济性，新疆G7项目选用AC-13C沥青混合料路面结构类型，具体处治方案为4 cm AC-13C细粒式干法SBS改性沥青混凝土上面层+黏层+处治后既有路面剩余结构层。AC-13C目标配合比情况见表5,干法SBS掺量为克拉玛依90#沥青质量的5%,最佳油石比为4.6%。

表5 AC-13C沥青混合料目标配合比情况表

干法SBS改性沥青混合料采用马歇尔配合比设计方法，按照技术指南的方法室内制备干法SBS改性沥青混合料，各环节温度控制见表6。

表6室内制备干法SBS改性沥青混合料的温度控制表(℃)

2.1与湿法改性沥青技术的对比分析

对克拉玛依沥青进行干法SBS改性后的力学性能及高低温、抗水损性能测试，并与湿法SBS改性沥青混合料进行对比，相关测试结果见表7。

表7干法及湿法SBS改性沥青混合料性能测试结果表

图1干、湿法SBS改性沥青混合料水稳定性指标对比柱状图

图2干、湿法SBS改性沥青混合料高低温性能对比柱状图

由上页图1、图2可知。

(1)当干法SBS掺量为5%时，可达到与湿法成品SBS改性沥青同等的路用性能，证明了干法SBS改性技术可替代湿法SBS改性沥青，充分实现克拉玛依沥青的本土化改性及应用需求。

(2)成品SBS改性沥青在高、低温性能方面较干法SBS改性技术略有降低，这主要是由于成品SBS改性沥青一直处于高温加热状态，产生了高温老化以及SBS降解失效等问题，从而导致其技术性能衰减。

2.2干法、湿法工况路用性能对比分析

为充分验证干法SBS改性技术的性能稳定性，本文进行了干、湿法工况条件下沥青混合料的对比研究，其中，湿法工况下分别对选用的成品SBS改性沥青在165℃的温度条件下储存1d、2d、3d、5d的沥青性能进行研究，并进行动稳定度指标的验证测试，测试结果见表8。干法SBS改性技术在实际应用时直接投入沥青拌和楼制备SBS改性沥青混合料，无须考虑改性沥青的老化，为考虑“拌和站拌和-混合料运输-摊铺”过程中混合料性能的变化，在室内试验时，进行了立即成型和老化2h后混合料性能变化的测试，检测结果见表9。

表8湿法SBS改性沥青不同储存时间下的沥青指标变化情况表

表9干法SBS改性沥青混合料短期老化后动稳定变化情况表

图3不同储存时间下湿法SBS改性沥青软化点变化曲线图

图4不同储存时间下湿法SBS改性沥青延度变化曲线图

图5不同储存时间下湿法SBS改性沥青动稳定度变化曲线图

由表8、表9及图3～5可知：

(1)随着储存时间的增加，湿法SBS改性沥青及混合料的性能都存在较为严重的衰减，在储存3d时，延度指标已无法满足规范要求，动稳定度指标下降约30%。在实际使用过程中，湿法SBS改性沥青由于受施工进度、政策条件等影响，从生产到使用完平均需3d左右。而干法SBS改性沥青混合料在使用过程中不存在沥青使用前老化的影响。相较而言，干法SBS改性沥青的性能较湿法SBS改性沥青可提高约30%。

(2)模拟干法SBS改性沥青混合料施工过程中存在的老化，由测试结果可知其性能略有提升，可能是由于此过程延长了发育时间，使沥青混合料的性能得以充分表现。

3、试验段施工

为了更好地对克拉玛依沥青进行干法SBS改性后的效果进行验证，选择新疆G7线昌吉片区大浪沙至大黄山K2549+843～K2734+000段进行了试验段的铺筑，在项目施工前，新疆G7项目提前储备了干法SBS改性剂材料，常温储存，采取了防水、防火等保护措施。

3.1干法SBS改性克拉玛依沥青混合料的制备

干法SBS改性剂可直接投入沥青拌和楼，与基质沥青、集料等直接制备为SBS改性沥青混合料，具体见下页图6。该项目在3000型沥青混合料拌和楼施工，采用人工投放。施工时，需将干法SBS改性剂按设计用量分包成小包装，其质量计算方法如下：m=Μ×AA+100×BB+100(1)式中：m——干法SBS改性剂的质量(kg);M——沥青拌和楼每拌和缸生产的混合料质量(kg);A——油石比(%);B——干法SBS改性剂占基质沥青的比例(%)。

干法SBS改性沥青混合料可根据施工进度，随时应用随时生产，该技术避免了新疆本地远距离调运的复杂过程以及需加工制备SBS改性沥青的工艺过程，并避免了长时间的成品沥青高温储运环节，以及无法适应工期变化等难题[7]。

图6干法SBS改性沥青混合料制备过程示意图

3.2干法SBS改性沥青混合料的运输、摊铺及碾压

沥青混合料装车时，采用前、后、中移动三次装料，从而减少混合料的离析，并在运输车车厢顶部采用油布覆盖，做好保温措施。

由克拉玛依沥青制备的干法SBS改性沥青混合料的运输、摊铺、碾压工序与《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的要求一致。施工过程中，各环节温度控制见表10。

表10干法SBS改性沥青混合料施工过程中温度控制表(℃)

3.3施工中质量检测

在施工过程中，对生产的沥青混合料进行了性能检测，其技术指标见表11,满足规范及设计要求。另外，进行了现场厚度、压实度、平整度、渗水性等检测，均满足技术规范的要求。

表11干法SBS施工过程抽检结果表

4、结语

干法SBS改性技术在新疆G7线项目中得到了良好应用，为克拉玛依沥青在西北地区的应用奠定了良好的基础。

(1)干法SBS改性技术解决了新疆主流的克拉玛依沥青无法进行SBS改性的技术难题。经验证其与克拉玛依90#沥青具有良好的配伍性，且各项技术指标均满足技术规范的要求。