胶粉/SBS复合改性沥青综合性能分析研究

韩飞飞

(1.河北省交通规划设计院 石家庄市 050000； 2.河北瑞志交通技术咨询有限公司 石家庄市 050091)

废旧轮胎中含有大量有益于提高沥青品质的成分，橡胶粉在沥青中可以产生溶胀作用，大大增加沥青的黏度，橡胶改性沥青混凝土具有较好的高温稳定性；由于橡胶粉改性沥青粘度较大，橡胶改性沥青混凝土的油石比较同等条件下的SBS改性沥青混凝土油石比大10%～15%，在一定程度上加大了沥青膜的厚度，从而大大提高沥青混凝土路面的抗老化能力，沥青混合料油石比越大，其低温抗裂能力越好。除此之外，橡胶改性沥青混凝土还具有降低行车噪音、提高视觉效果等优点，有着较为显著的社会和经济价值。

1 改性机理

(1)SBS 改性机理

SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)是最为普遍的改性剂，由刚性的聚苯乙烯段和柔性聚丁乙烯段构成。聚苯乙烯段具有较强的黏性、抗拉伸能力和较高的耐高温性能，柔性的聚丁乙烯链段使SBS具有良好的弹性和低温性，因此SBS使得沥青具有较好的延伸性、弹性和塑性。

(2)废胶粉改性机理

废轮胎橡胶粉具有较强的惰性，在橡胶粉与沥青拌和时会发生溶胀反应，同时能够进行颗粒之间的物理填充，对沥青的物理性能和化学性能均有改善。

(3)胶粉、SBS复合改性

SBS和橡胶粉双重改性的目的是发挥两种改性剂各自的优势，利用SBS来提高沥青的低温性能，利用橡胶粉提高沥青的黏性，从而改善沥青的高温稳定性。

2 胶粉/SBS复合改性沥青和SBS改性沥青技术性能比较

沥青针入度、延度、软化点是评价道路沥青品质的主要指标，以邢临高速公路路面养护罩面项目为依托，对河北省近年来普遍应用的SBS掺量为4%的SBS改性沥青和胶粉掺量为20%、SBS掺量为2%的胶粉/SBS双重改性沥青的技术指标进行比较，结果见表1。

表1 沥青指标对比

软化点、针入度在一定程度上表征了沥青材料的稳定性能，沥青的针入度越大、稠度越小，软化点高表明沥青的温度敏感性好。延度指标能够表征沥青的塑性或变形能力，延度指标大的沥青抗变形能力更强。

仅从沥青实验数据可以看出，两种沥青的高温性能几乎相当，胶粉/SBS复合改性沥青的变形能力低于SBS改性沥青。三大指标是评价沥青高低温性能的重要指标，但不是决定性指标，沥青的温度敏感性还受其黏度、蜡含量等的影响。

3 混合料性能指标对比

对河北省近年来普遍应用的ARHM-13胶粉/SBS 复合改性沥青混凝土和AC-13C SBS改性沥青混凝土的混合料路用性能进行对比，两种混合料的粗、细集料及矿粉均来自同一料场，其技术要求符合《旋转压实剪切实验法(GTM)沥青混合料设计与施工技术规范》的规定。从混合料性能指标(见表2)可以看出，ARHM-13的动稳定度明显优于AC-13C，根据河北省应用经验，ARHM-13的动稳定度一般在5000次/mm以上，而AC-13C的动稳定度一般小于5000次/mm；低温方面，ARHM-13的低温弯曲指标也比AC-13高出约17%，具有明显的优势；冻融劈裂试验残留强度比二者相差不大。因此，采用胶粉/SBS复合改性沥青可以有效提高沥青路面的使用性能。

表2 沥青混合料性能比较

4 施工工艺比较

在施工工艺方面，两种混合料的区别主要体现在产能和施工温度两个方面。

采用间歇式拌和机拌和混合料，胶粉/SBS改性沥青混凝土每盘的生产周期不宜少于50～60s，其中干拌时间不少于15～20s；SBS改性沥青混凝土每盘的生产周期不宜少于45s，其中干拌时间不少于5～10s。以4000型拌和楼为例，SBS改性沥青混凝土每小时最大产能为4t×3600s/45s=320t，胶粉/SBS改性沥青混凝土每小时最大产能4t×3600/55s=261t，产能下降约18.5%。

施工温度控制方面，和SBS改性沥青混凝土相比胶粉/SBS复合改性沥青混凝土在沥青的加热温度、矿料加热温度、混合料废弃温度控制上有较大提高，在其它工序上控制温度相差不大。

5 经济指标对比

(1)沥青价格对比

根据近年来河北省70#石油沥青和SBS改性沥青的价格波动范围，分别计算70#石油沥青单价为2600元/t、3100元/t、3600元/t时胶粉/SBS改性沥青的成品材料单价，并和同期的SBS改性沥青单价进行对比。计算比较结果显示，石油沥青单价越高，和SBS改性沥青相比胶粉/SBS改性沥青越经济。沥青单价分析表如表3。

表3 胶粉/SBS改性沥青单价分析表

(2)混合料价格对比

根据配合比设计结果，本项目中胶粉/SBS改性沥青混凝土油石比为5.32%，沥青含量为5.1%；SBS改性沥青混凝土油石比为4.8%(沥青含量4.58%)。

表4 两种沥青混合料单价对比表

(3)防水层价格对比

根据项目设计文件要求，4cm沥青混凝土上面层和中面层之间设置防水层。防水黏结层沥青采用和上面层相同种类的改性沥青，沥青洒布量为1.9kg/m2；防水黏结层的石料撒布量为8kg/m2±1kg/m2，覆盖率控制在55%～60%。因此，SBS改性沥青防水粘结层和胶粉/SBS改性沥青防水黏结层价格之差仅区别于沥青的价格。由此可计算：

ΔP=P1×1.9/1000-P2×1.9/1000=0.57(元/m2)

式中：P1—SBS改性沥青单价，取3700元/t；

P2—胶粉/SBS改性沥青单价，取3398元/t；

ΔP—两种防水层价格之差。

由此可以看出，当在高等级公路中采用胶粉/SBS改性沥青土作为上面层时，4cm胶粉/SBS改性沥青混凝土+防水层的综合单价仅比4cmSBS改性沥青混凝土+防水层的综合单价高0.83元/m2，而且这一差距会随着70#石油沥青单价的升高而减小。

6 结论

通过从配制机理、技术性能、施工工艺和经济指标方面对比分析研究，可以得出以下三个方面的结论：

(1)混合料性能方面，胶粉/SBS改性沥青混凝土ARHM-13具有良好的高低温性能，比河北省常用的AC-13 SBS改性沥青混凝土更加具有路用优势。

(2)在施工方面，胶粉/SBS改性沥青混凝土ARHM-13只是在个别工序的温度控制指标有所区别，并未增加施工难度，具有较好的可实施性。虽然在生产效率上降低了约18.5%，可以通过优化各施工工序之间的衔接、做好前后场的配合，来降低对施工造成的影响。

(3)由于ARHM-13比AC-13油石比大，4cm ARHM-13单价高于4cm AC-13。当考虑面层和防水层的综合单价时，两种改性沥青材料的综合单价之差将会缩小到1元/m2以内，并且随着70#石油沥青单价的提高，胶粉/SBS改性沥青的经济优势会更加明显。