浅析SBS改性沥青配合比设计

摘要：针对SBS改性沥青在全国第一条沙漠高速公路中的应用，重点介绍了SBS改性沥青生产原理、技术指标及配合比设计方法。

关键词：改性沥青；改性沥青混合料；配合比设计

一、引言

聚合物改性沥青是一种技术含量和附加值较高的新型优质筑路材料。它通过把聚合物掺入道路沥青中而改善使用性能，能显著提高路面的高温和低温性能、延长路面寿命、降低噪声、提高行车舒适性和安全性，SBS沥青作为一种改性沥青胶结料，早在20世纪90年代就已出现，由于SBS是一种热塑性橡胶共聚物，其技术含量高，生产成本较高，受当时的经济、技术的条件限制，所以在国内一直没有大面积推广使用。近年来随着公路交通流量的不断增加和超限运输的情况越来越严重，对沥青路面的路用性能要求越来越高，而普通沥青混合料路面已无法适应目前公路运输发展的需要。改性沥青混合料路面具有很好的高低温性能，其稳定度、抗老化及耐久性也都优于普通沥青混合料，因而近年来改性沥青在我国公路建设中得到了越来越广泛的应用。 2003年全国第一条沙漠高速公路“榆林~靖边高速公路”M-3标段上面层AC-16Ⅰ中粒式沥青混凝土采用深圳路安特SBS改性沥青进行铺筑，现场加工SBS改性沥青。目前使用状况良好，现就根据榆靖高速公路使用SBS改性沥青进行配合比设计情况，谈谈SBS改性沥青使用过程中的一点体会。

二、SBS改性沥青概述

榆靖高速公路使用的SBS改性沥青是在基质沥青（克拉玛依重交AH-90）的基础上，掺加沥青用量的5.0％YH-796SBS改性剂和4.5%糠醛油添加助剂，经过高速剪切、发育生成的改性沥青。是一种热塑性弹性体，兼具橡胶的弹性和树脂的热塑性，与原基质沥青相比，具有高温粘度增大、软化点升高、低温延度增大等优点，在良好的配合比设计和施工条件下，沥青路面的耐久性、高温稳定性和低温抗裂性能够明显提高。在SBS改性沥青生产过程中进行了大量的室内试验，试验结果表明，SBS的改性沥青的各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40－2004对Ⅰ-B的要求，同时也符合美国SHRP计划PG64-28各项指标的要求，可以进行SBS改性沥青沥青混合料的配合比设计。

三、SBS改性沥青混合料配合比设计

为了使设计的改性沥青混合料能够达到应有的效果，进行配合比设计时需要从材料要求、施工工艺、质量控制标准和质量控制方法等诸多方面提出以下要求，希望能够引起各位同行的注意。

（一）、原材料技术要求

1.1粗集料：

粗集料的作用是通过集料颗粒间的嵌挤作用提高稳定性抵抗位移。粗集料的形状和表面对混合料的稳定性都有影响，因此，要求其应洁净、干燥、无风化、无有害杂质，有较高的强度，表面粗糙，形状接近立方体，在榆靖高速公路建设中采用了反击破式加工粗集料，以确保其规格。用于改性沥青混合料上面层的粗集料为石灰岩和砂岩，作为上面层时石灰岩碎石的磨光值BNP=41，砂岩碎石的磨光值BNP=62.1，规范要求BNP≥42，为了满足规范要求，提高路面的抗滑能力，粗集料分别采用石灰岩碎石和砂岩碎石各占50%，掺配后磨光值为BNP=46，效果比较明显。其它指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032-94G F40－2004）的规定。改性沥青和石灰岩的粘附性为5级，和砂岩的粘附性为4级，规范规定不小于4级，符合规范要求。

1.2细集料

沥青混合料中的细集料主要是为了改善矿料级配，增强嵌挤作用，考虑到榆靖高速公路的地理位置和经济性，在细集料的选用上采用了风积砂，然而其形状无棱角比较圆滑，细度模数为1.8，级配较差，略呈酸性，与沥青的粘附性差，对沥青混合料动稳定度影响较大。所以，我们在建设中规定风积砂的掺量不超过12％，其余部分用0-3mm的石灰岩石屑代替风积砂，通过一定比例的掺配，以改善改性沥青混合料的性能。

1.3填料（矿粉）

使用矿粉可以减小集料间的空隙，增大矿料的比表面积，从而提高粘聚力，改善其稳定性和密实性，用于改性沥青混合料面层的填料应洁净、干燥，其质量指标应符合《公路沥青路面技术规范》JTJ032-9G F40－2004的技术要求。采用磨细生灰石粉，不允许使用水泥和回收粉代替矿粉。

1.4 SBS改性沥青技术要求（见下表）

改性沥青技术指标表

技术指标项目 SBS（技术指标） 实测值

Ⅰ-B

（二）、沥青混合料配合比设计：

改性沥青混合料的配合比设计，应按照《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40－2004中关于热拌沥青混合料配合比设计的规定，分别进行目标配合比、生产配合比及生产配合比验证三阶段配合比设计，通过马歇尔试验确定矿料级配及最佳改性沥青用量。并进行残留稳定度、冻融劈裂强度比、动稳定度试验，以检验其水稳定性和高温稳定性是否符合要求，有条件时北方地区还应进行低温弯曲试验，检验其低温抗裂性能。

2.1目标配合比

矿料级配设计时宜将级配曲线走向设计成略呈S型状，AC-16I型矿料级配以9. 5mm筛孔通过量为中轴，上抬头下沉尾，形成嵌挤、密实状态，根据实践经验总结，增加粒径2.36mm~13.2mm的集料用量，可以提高沥青混合料的稳定度和抗车辙能力，详细级配见下表：

LM-3标AC-16Ⅰ矿料组成级配表

2.1.3注意事项

在改性沥青混和料的设计过程中以下问题应引起注意：

（1）、混和料的拌合和击实温度根据改性沥青路面施工技术规范和沥青胶结料的粘温关系曲线进行确定。由于改性沥青具有较高的粘度，使得改性沥青混合料路面的施工控制难度较大，如拌合、摊铺、碾压的温度控制不严。这样的话会造成改性沥青混合料路面因空隙率过大而发生渗水现象，从而导致沥青路面早期破坏，所以，要求改性沥青混合料的各种温度应高于基质沥青混合料10~20℃，进行室内配合比设计时的拌合、击实温度应与拌合厂拌合温度、现场碾压温度相一致。各种温度规定如下：

拌合温度 不小于160℃

初压温度 不小于150℃

复压温度 不小于140℃

终压温度 不小于120℃

成型试件的工作要紧凑，以保证温度散失最小，必须按照规定的击实温度完成试验工作，否则将不能够准确反映出改性沥青及改性沥青混合料的优良性能。

（2）、改性沥青的贮存温度应控制在120℃左右，加热温度为165~170℃，贮存时间不宜过长，应定时进行搅拌，避免改性沥青产生离析。在进行配合比设计时使用的改性沥青也应在规定温度下贮存、加热，并在使用时充分搅拌使其始终处于均匀状态。

（3）、混合料体积指标的测定要统一，对于密级配沥青混合料试件密度的测定统一采用表干法。

（4）、改性沥青混合料的水稳定性应符合以下两个指标要求，达不到要求时应采取抗剥落措施：

a、采用“沥青混合料马歇尔稳定度试验”方法测定的48h浸水马歇尔稳定度试验残留稳定度不应小于80%。

b、采用“沥青混合料冻融劈裂试验”方法测定的劈裂强度比不应小于75%。

2.1.4最佳沥青用量确定

根据马歇尔试验结果，结合实践经验和公路等级、气候条件、交通情况、施工条件综合确定目标配合比最佳沥青用量OAC，然后按最佳沥青用量进行残留稳定度、动稳定度、劈裂强度比检验。如有部分指标不合格，则应重新调整级配或适当调整OAC，改性沥青混合料的最佳沥青用量略大于基质沥青的最佳沥青用量，本工程确定目标最佳沥青用量为4.7%，各项指标均符合要求，不需掺加抗剥落剂。

2.2生产配合比

用经高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性检验合格的最佳沥青用量及±0.3 %三个沥青用量进行马歇尔试验，确定生产配合比的最佳沥青用量，生产配合比的矿料级配应力求接近目标配合比的矿料级配。详见下表：

LM-3标AC-16Ⅰ矿料组成级配表

筛孔尺寸

根据马歇尔试验生产配合比最佳沥青用量确定为4.74%，经残留稳定度、动稳定度和劈裂强度比检验，该沥青用量的各项指标均符合规范要求。

2.3生产配合比验证（标准配合比）

拌合机采用生产配合比进行试拌、试铺，并用拌合的混合料和钻取芯样进行马歇尔试验检验，由此确定生产用的标准配合比即为生产配合比的沥青用量和矿料级配。试验证明，矿料级配在施工过程中应严格控制，特别是粒径在4.75mm以下各筛孔的通过量大小对沥青用量有很大的影响，如果通过量偏大，使设计空隙率变小，则实际沥青用量与最佳沥青用量比较偏大，致使铺筑成的沥青路面就会出现泛油现象，甚至可能出现拥包、车辙等病害；反之则使设计空隙率变大，实际沥青用量与最佳沥青用量比较偏小，沥青混合料会出现贫油现象，影响路面的使用寿命，因此，严格控制矿料级配是保证沥青路面质量的前提。标准配合比应作为生产上控制依据和质量检验的标准。经设计确定的标准配合比在施工过程中不得随意变更，当材料发生变化或马歇尔指标不符合要求时再重新进行配合比设计。

四、结束语

通过改性沥青的各项指标检验和沥青混合料的各项指标检验，所有指标都优于普通沥青和普通沥青混合料。根据道路的使用状况观察，只要配合比设计合理，且在原材料、施工工艺方面严格加以控制，使用SBS改性沥青混合料路用性能将会得到很大的提高，铺筑的路面可以在很大程度上消除或抑制由超限车辆引起的车辙、拥包等病害。随着我国道路交通流量和超限车辆的迅猛增加，SBS改性沥青必将在公路建设中体现越来越重要的作用。希望通过对SBS改性沥青在生产施工中应用的实例，对大家在今后改性沥青的配合比设计中有所帮助，有不足之处，望各位同仁提出宝贵意见。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看