欧阳奕波 郑松松 郭建

摘要 文章研究干法SBS改性剂对基质沥青改性效果，分析干法SBS改性剂在高速公路中应用的可行性及社会经济效益。结合室内试验及实际工程应用，系统研究利用干法SBS进行改性后沥青的流变性能、干法SBS改性沥青混合料的各项性能，通过与普通SBS改性混合料对比。试验结果表明干法SBS改性沥青混合料的各项性能指标均满足规范要求，并且相对于SBS改性沥青混合料，其高低温性能均有提高。干法SBS改性剂具有较好社会经济效益，能够在实际工程中进行推广应用。

关键词 干法改性;SBS;沥青混合料;性能研究

中图分类号 U416.217 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）02-0105-04

0 引言

SBS改性沥青现为应用最多的改性沥青种类，占比达90%以上。其本质为苯乙烯-丁二烯嵌段共聚型热塑性弹性体，高低温性能、耐疲劳性能优良。在对SBS改性剂使用过程中，工艺分类为干法SBS及湿法SBS。为了研究干法SBS改性剂对沥青改性效果，通过对干法SBS改性沥青及干法SBS沥青混合料性能的研究，与传统湿法SBS改性沥青混合料性能进行对比分析，研究其社会经济效益及推广应用的前景。

1 SBS技术简介

1.1 湿法SBS改性沥青

传统湿法工艺为当前国内生产SBS改性沥青的主要工艺。在工厂或工地现场，以一定比例的SBS改性剂加入基质沥青，采用大型的沥青剪切机及胶体磨设备，充分磨细、分散和溶胀SBS改性剂，以达到SBS改性剂均匀地分散于基质沥青的目的。但SBS改性剂难以充分融合于基质沥青，因此需要加入一定比例的专属稳定剂，从而制成沥青与SBS的物理共混材料后，再将成品SBS改性沥青运输工地现场储存及使用。

目前湿法SBS改性沥青生产加工工艺等各方面技术较成熟，用其生产的沥青混合料高低温性能全面、抗疲劳性能好。同时针对湿法SBS改性沥青的研究很多，该技术及工艺是我国沥青路面的主流，并廣泛被行业所接受应用。但湿法工艺也有很多不足，在生产环节中要经过“溶解、剪切或胶磨、发育、稳定、储存”过程，沥青加工过程中能耗大、污染环境，与国家提出的碳中和、碳达峰的宗旨相违背。通过长期对SBS改性沥青成品本身性能的研究，发现其属于热力学不稳定体系，因此在加工和储存中，SBS改性沥青存在离析、热分解导致性能衰变等技术问题，导致其存储时间无法超过半年[1]。

1.2 干法SBS改性沥青混合料技术

干法改性工艺是将改性剂直接在拌合楼中投放，先与加热后集料进行搅拌、再加入基质沥青，从而达到改性沥青混合料性能的目的。这种改性剂的特点为易松散、高温易熔融，可在混合料生产周期1 min内改性沥青混合料。

干法SBS改性剂只需要在沥青混合料拌和过程中以规定的质量加入，不需要制备成品改性沥青，省去湿法改性工艺中的必要步骤，从而减少改性沥青以及运输过程中能源消耗，因此也就不存在湿法改性工艺中SBS 改性剂热分解、离析等问题[2]。

苯乙烯和丁二烯的嵌段共聚物是SBS改性剂的主要成分，其分子量大，与基质沥青的融合较差、分散性能差。基于上述原因，造成干法SBS改性剂直接投放拌合楼后难以熔融分散，在过去很长时间内对干法工艺生产SBS改性沥青混合料的研究及应用较少。近几年直投式速溶型SBS改性剂的研发成功，促进了干法SBS改性剂的应用及发展，2018年中国公路学会制定了《公路干法SBS改性沥青路面技术指南》，该技术2019年被交通运输部纳入交通运输科技推广项目，目前已具备推广应用基础[3-4]。

2 干法SBS改性剂试验

2.1 改性沥青基本性能

为了检测干法SBS改性剂的性能，在基质沥青中掺配5.0%掺量的干法SBS改性剂，对改性后的沥青检测其25 ℃针入度、软化点、5 ℃延度、25 ℃弹性恢复等指标。检测指标结果如表1所示。由于干法改性工艺中，不涉及沥青存储稳定性、储存过程中短期老化等问题，故不检测其储存稳定性及短期老化后的指标。

2.2 改性沥青流变试验

动态剪切流变试验（DSR）可以较好的研究沥青流变性能，采用奥地利安东帕公司生产的流变仪进行流变性能测试，利用MCR高级流变仪分别对掺量为5%的干法SBS改性剂沥青和常规SBS改性沥青进行测试。试验角频率为10 rad/s，角频率区间0.1～100 rad/s，在40 ℃、60 ℃、80 ℃温度下对沥青的复合模量（G*）、车辙因子（G*/Sinδ）、疲劳因子（G*Sinδ）进行检测。

温度40 ℃时，SBS改性沥青的复合模量略高于干法SBS改性沥青，表明SBS改性沥青在此温度下抗变形能力较好;温度60 ℃时，两种沥青复合模量基本一致，表明此温度下抗变形能力相差不大;温度80 ℃时，SBS改性沥青复合模量低于干法SBS改性沥青，表明此温度下干法SBS改性沥青抗变形能力优于SBS改性沥青。综上所述，可总结出在温度逐渐升高的情况下，干法SBS改性沥青抵抗变形能力逐渐高于SBS改性沥青，见图1、图2、图3。

温度40 ℃时，SBS改性沥青的车辙因子高于干法SBS改性沥青;温度60 ℃时，两种改性沥青车辙因子基本一致;温度80 ℃时，干法SBS改性沥青的车辙因子高于SBS改性沥青。综上所述，可总结出随温度的升高，干法SBS改性沥青的抗高温车辙的能力逐渐高于SBS改性沥青，见图4、图5、图6。

温度40 ℃时，SBS改性沥青的疲劳因子高于干法SBS改性沥青;温度60 ℃时，两种沥青疲劳因子基本一致;温度80 ℃时，干法SBS改性沥青的疲劳因子高于SBS改性沥青。综上所述，随着温度升高，SBS改性沥青的抗疲劳性能逐渐高于干法SBS改性沥青[5]，见图7、图8、图9。

3 混合料试验

选取AC-20C级配，根据《公路干法SBS改性沥青路面技术指南》，重点验证掺量4.5%、5.0%、5.5%的干法SBS沥青混合料的各项性能，并与相同配比下普通SBS（I-D）改性沥青混合料的性能进行对比分析。

制备混合料时，第一步，加热的集料与SBS改性剂干拌60 s;第二步，在此基础上再加入预定用量的基质沥青后拌和90 s;第三步，加入矿粉后拌和90 s。最后按照JGT E20—2011试验规程要求成型马歇尔混合料试件。在最佳油石比4.4%和确定的级配条件下进行混合料性能验证试验，具体试验结果如表2所示。

由表2的相关检测数据可以看出，4.5%、5.0%、5.5%三种干法SBS改性剂掺量下的沥青混合料试验检测结果均能满足规范要求。

由表3可知，与常规SBS改性混合料相比较，4.5%、5.0%、5.5%三种干法SBS改性剂掺量的沥青混合料残留稳定度均能满足规范要求。

由表4可知，与常规SBS改性混合料相比较，4.5%、5.0%、5.5%三种干法SBS改性剂掺量的沥青混合料劈裂强度比均满足规范要求。

根据表5车辙试验的结果，4.5%、5.0%、5.5%三种干法SBS改性剂掺量的沥青混合料高温稳定性均能满足规范要求。其中5.0%掺量的动稳定度最好，且5.0%、5.5%干法SBS掺量的高温性能均优于常规SBS改性沥青混合料。

根据表6低温弯曲试验的结果，在−10 ℃时，常規SBS改性沥青混合料与5.0%干法SBS改性剂掺量的沥青混合料的低温性能相差不大。常规SBS改性沥青混合料的低温性能远低于5.5%干法SBS改性剂掺量的沥青混合料。

4 经济性分析

高速公路中面层结构设计一般为油石比4.4%，厚度6 cm的AC-20C SBS改性沥青混合料。2021年3月，湖北地区SBS改性沥青单价为4 800元/t，基质沥青单价为4 070元/t，以1 t混合料计算，对SBS改性沥青混合料与干法SBS改性沥青混合料的进行成本分析（如表7）。

由成本分析可知：石料成本一致，用干法SBS改性剂+基质沥青取代SBS改性沥青后，节约的沥青成本即为节省的混合料材料成本。通过计算，SBS改性沥青与基质沥青差价在950元时，湿法与干法沥青两者成本基本一致;差价小于950元，SBS改性沥青的经济效益更好;差价高于950元，干法SBS改性沥青经济效益更好。

5 结论

（1）干法SBS改性剂掺入70#沥青后，沥青的软化点、延度试验结果满足规范要求（干法SBS技术指南中对针入度指标未作要求）;根据流变试验检测结果，80 ℃时干法SBS改性沥青的抗变形能力、抗高温车辙能力均优于SBS改性沥青。

（2）从混合料试验结果可看出，4.5%、5.0%、5.5%干法SBS改性剂掺量的沥青混合料水稳定性能均能满足规范要求。

（3）4.5%、5.0%、5.5%干法SBS改性剂掺量的沥青混合料的高温稳定性均满足规范要求，其中5.0%、5.5%干法SBS掺量的沥青混合料高温性能均优于常规SBS改性沥青混合料。5.0%掺量沥青混合料的动稳定度相对于湿法提高约10%。5.5%干法SBS改性剂掺量的沥青混合料低温性能优于湿法SBS改性沥青混合料，整体性能提高约为30%。

（4）干法SBS改性沥青存在一定的经济效益和社会价值，整体性能具备优势，其混合料的产品质量更稳定，可有效避免SBS改性沥青离析、热分解导致性能衰变等技术问题，适合推广应用。

参考文献

[1]刘莹，王涵，郭娜，等.干法工艺生产改性沥青混合料的发展现状[J].石油沥青，2017（2）：67-71.

[2]付超，周雄，吴林生.湿法和干法SBS改性沥青混合料对比研究[J].公路工程，2018（6）：216-219+297.

[3]常向征，李佩，韩贵宾.新型干拌速熔SBS改性剂技术可行性研究[J].施工技术，2019（S1）：1190-1192.

[4]冯海燕.干法直投式SBS改性沥青技术应用[J].交通世界，2018（22）：138-139.

[5]徐宁.湿法和干法SBS改性沥青混合料路用性能及改性机理对比研究[D].西安：长安大学，2019.