干法SBS改性沥青在国道312线的应用研究

文∕郑军

1 前言

随着交通流量和行驶频度的急剧增长，货运车的轴重不断增加，因此对路面提出了更高的要求。如提高路面抗流变性，即高温下抗车辙的能力；提高柔性和弹性，即低温抗裂能力；另外，提高耐磨耗能力和延长使用寿命。而这种情况下，使用普通道路石油沥青已不能满足要求，我们必须使用改性沥青。

我国沥青路面的主流改性技术，主要采用“湿法”工艺预先制备SBS 改性沥青，但其存在无法克服的热力学不稳定、容易变质的技术缺陷，SBS 改性剂从沥青中离析，性能变异；SBS 在改性沥青中受热分解，使用前性能不断衰减；使用过程占地、运输和加热能耗大等问题[1]。与此同时，市场上“低质低价”的无序竞争也严重侵害了行业健康发展。由于改性沥青质量问题导致的短命工程频频上演，成为行业技术管理的痛点和难点。

2 直投式干法SBS 改性剂特点

SBS 是苯乙烯-丁二烯嵌段共聚型热塑性弹性体，其高低温等性能较为全面且疲劳性能好，不仅能够有效改善沥青的温度性能、拉伸性能、弹性、内聚附着性能、混合料的稳定性、耐老化性等，还能改善了沥青的水稳定性，提高路面的抗疲劳能力、抗车辙能力。使用SBS 对普通石油沥青进行改性，占到国内外所有沥青改性技术类型的90%以上。

直投式干法SBS 改性剂短链星型SBS 速熔化等技术将SBS 熔融速度提高了约100 倍。另外，还开发了新一代干法SBS 改性剂（SBS-T），它可直投于拌合楼，使SBS-T 与集料和基质沥青在短时间拌合过程中快速熔融，达到微米级分散，在充分发挥SBS 改性效果的同时，直接拌合成为性能优良的SBS 改性沥青混合料[2]。

2.1 技术性能优势

干法SBS 改性满足JTG F40《公路沥青路面施工技术规范》对SBS 改性沥青及改性沥青混合料的各项要求，且性能指标优良，可满足性能等级。干法SBS更为重要的技术优势体现在：SBS 能在熔融改性后的性能高峰立即拌合、摊铺混合料，而不是在湿法工艺的性能衰减中被动使用。

2.2 节能环保优势

传统SBS 改性沥青加工占用大量土地资源，不仅能耗大、污染大，还会增加不必要的社会成本和间接费用。而干法SBS 仅涉及其中4～5%的SBS 改性剂，减少了不必要的沥青中转运输和多次加热，能耗仅为湿法SBS 沥青的2%左右，以此可以为绿色公路建设提供科技支撑。干法SBS 改性材料本身无毒，但因其为细小粉末状，所以施工时只需佩戴口罩和手套，以防吸入造成的不适以及皮肤接触可能产生的过敏反应。

2.3 机动灵活优势

干法SBS 技术很好地满足和实现道路工程各种个性化需求，具体包括：

2.3.1 车辙易发路段，如交叉口、长上坡、公交车道等，可通过调节用量增强性能。

2.3.2 养护工程或小规模使用改性沥青项目，无储存问题，且机动灵活。

2.3.3 部分基质沥青进行SBS 改性存在离析严重等缺陷，而干法SBS 则无相容性问题。

2.3.4 偏远地区项目，采用干法SBS 技术可降低因运距较远引起的改性沥青储存变质风险。

在实际工程应用中，湿法工艺制备的SBS 改性沥青会因长途运输、加热温度波动和储存罐的搅拌等，导致SBS 进一步降解；而干法SBS 改性剂常温储存，使用的普通基质沥青加热温度较低，不存在储存变质问题，所以其性能始终如一。“拌合即改性”，应用时始终使SBS 是刚熔融的“新鲜”和高性能状态，这是干法SBS 技术原理上的优势，也是其工艺先进性的最有力证明。

3 干法SBS 改性沥青在国道312 线的实际应用

G312 线永登县苦水镇至天祝县华藏寺镇界牌村公路，经过多年的运营，且随着地方经济的大力发展，超重载车辆的日益增多。特别是2017年全国二级公路收费站的取消和高速公路计重收费的实施，使车流量迅猛增加，车辆密集运行，导致路况日益降低。目前该路段路基路面变形、车辙严重，需要投入大量养护，并进行路面病害处置工作；这在增加养护成本的同时，还影响车辆通行的便捷和舒适性。

永登公路段在G312 线K2315+000-K2316+000 段实施了1km 干法SBS 改性沥青混合料试验段铺筑，并结合甘肃畅陇公路养护技术研究院对试验段开展了性能检测和数据观测收集。在试验段铺筑现场取料及钻取芯样后，对沥青混合料进行了车辙试验、浸水残留稳定度试验，同时对芯样进行了体积指标、15℃劈裂强度测试，结果如下：

3.1 芯样检测数据

试验段现场钻取4 个芯样，经4 个芯样检测得出，干法SBS 改性沥青混合料的压实度为96%、96.4%、97.1%、96.4%，压实度合格率为100%，空隙率为3.8、3.4、3.6、4.4，空隙率均处于3～6 范围内，压实度和空隙率均符合技术要求[3]。

测试15℃劈裂强度得出，4 个芯样劈裂强度为1.089MPa、1.334MPa、1.321MPa、1.090MPa，劈裂强度均＞1MPa，平均值达到1.209MPa。

3.2 混合料检测数据

测试了所取现场沥青混合料的车辙动稳定度指标和水稳残留稳定度指标，并采用车辙试验验证干法SBS改性沥青混合料的高温稳定性，平行两组车辙试验结果显示：试件1、2 在车辙深度为2.937mm 和3.647mm 时，车辙动稳定度为3089 次/mm、2856 次/mm，指标均满足≥2800 次/mm 的技术要求。

利用残留稳定度指标验证干法SBS 改性沥青混合料的水稳性能，平行4 组试件的普通稳定度指标均满足技术要求，且平均值为16.23kN。经过48h 浸水处理后，其残留稳定度指标平均值为82.1%，满足技术要求（≥80）。表明通过干法SBS 改性沥青的方式得到的沥青混合料水温性能可以保证满足技术要求。

4 经济性分析

干法SBS 技术方案使用的是基质沥青，而单独采购干法SBS 改性剂时，干法SBS 改性剂推荐掺量为5%～6%（外掺，干法SBS 可等量替代基质沥青使用量），该用量下沥青混合料性能可以达到性能优良的改性沥青混合料的性能。

4.1 干法与湿法改性沥青经济性比较

在经济性上，干法与湿法两者的施工温度和拌合时间基本相当，干法需要投入投料机，湿法则需要更高的沥青保温。两者抵消后，施工成本相当，所以主要对比两者的材料成本。湿法改性成本由原材料+加工费+固定资产折旧+管理费组成，其中材料费按4.5%SBS、单价1.8 万，替换沥青（按4000 元/吨）量后，增加价格为630 元；生产及运输能耗及人工费为100+100=200 元，设备折旧按每吨50 元；管理费及利润按10%～15%，合计约1000 元[4]。

干法SBS 改性成本与用量有关，基质沥青按单价4000 元/吨计，成品SBS 改性沥青在基质沥青基础上增加约1000 元左右，即成本SBS 改性沥青5000 元/吨；干法SBS 单价以22000 元/吨计。干法工艺换算为每吨沥青改性的费用增加平均在700～1200 之间，具体可根据项目需求选择。这就是干法改性的机动灵活性所在。

若按照5.5%推荐用量，则干法SBS 方案改性比普通沥青价格增加938 元/吨，而湿法改性沥青比普通沥青平均高出1000 元/吨，干法SBS 比湿法SBS 沥青降低，具有显著的经济性优势。

从全寿命周期看，使用干法SBS 改性剂，投入成本不仅低于传统SBS 沥青，还换来了充足的SBS 改性剂用量、优良的路用性能，克服了诸多传统SBS 沥青技术质量缺陷，预期可将路面使用寿命延长25% 以上。初步测算，按照每公里大修投资200 万元计算、平均8年维修周期，每公里可节约养护资金50 万元，以此能够减少维修活动对道路通行和环境的影响，并具有十分突出的经济效益与社会效益。

4.2 干法SBS 改性沥青的投入产出比、经济效益

国内目前的工厂化湿法SBS 改性沥青存在储存离析和降解衰变等缺陷，无法远运；而在当地建厂生产，则在征用土地、环评、用工、配套产业（包括化工材料和机械设备）等环节都存在较大的实施难度，费用投入也非常巨大。

相比干法SBS 仅需将沥青直接运输到工地，湿法改性沥青需要在第三方工厂将基质沥青和SBS 预混加工，其增加的能耗包括：

4.2.1 沥青加热煤炭或燃料油。

4.2.2 改性沥青储存保温成本，平均约48h。

4.2.3 胶体磨等设备运转耗电。

4.2.4 改性沥青中转运输增加的运输车能耗。

4.2.5 改性沥青在施工单位拌合站比普通沥青加热高20℃。

由此5 项叠加，比干法（仅在拌合楼投料环节耗费一定电能）增加了90%以上的能耗。

5 结语

干法SBS 改性技术已经在山东、江苏、河南、新疆、河北、湖北等十多个省市示范应用，解决了湿法SBS 改性沥青在加热储存中的性能衰变难题，使SBS改性剂在拌合楼实现了速熔，并在达到性能高峰时完成了混合料摊铺，其施工组织更具机动性。永登公路段通过试验路段铺筑，对比其他路段路面，得出干法SBS 改性沥青试验段具有较强的抗疲劳、抗车辙性能。干法SBS 改性技术施工管理简单、可靠，取消改性沥青工厂能够实现90%以上的节能减排效益，并成为沥青路面践行品质工程和绿色公路理念的重要科技支撑。