2006 ～2016 年山东省SBS 改性沥青质量统计与分析

李永振，林江涛，姜 峰，梁 皓，樊 亮

（1 山东建筑大学，山东济南250101；2 山东省交通科学研究院，山东济南250102）

现代交通具有交通轴载重、流量大、胎压高和超载多等特点，对沥青路面的质量提出了更高的要求[1-2]。其中SBS 改性沥青以其改善道路的高低温性能的优良特性得到了大范围的使用。随着科技的发展沥青行业取得了很大的进步，在改性沥青生产过程中添加剂的种类也越来越多，随之也带来了各种各样的质量问题，其中SBS改性沥青出现了诸如离析、软化点偏低、SBS 掺量不够以及以各种添加剂取代部分SBS 改性剂等问题[3]。

因此，基于对2006～2016 年山东省交通科学研究院检测的SBS 改性沥青指标进行统计分析，研究SBS 改性沥青的发展趋势，针对目前出现的问题进行总结，提出针对道路工程施工过程中SBS 改性沥青的技术指标控制要求和检测方法。

1 SBS 改性沥青的指标统计

本文采用的统计方法为CNAS-GL002:2018《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》[4]，主要统计参数有样本数、平均值、标准差、变异系数等。

1.1 2006～2016 年SBS 改性沥青检测数据统计

根据现行公路施工技术规范（JTG F40-2004）[5]，山东地区的气候分区为1～3 区，该气候分区适用SBS（I-D）改性沥青。由统计数据可知，2006～2016 年山东省交通科学研究院检测SBS 改性沥青共计633 组，其中SBS（I-D）617 组。本文主要针对SBS（I-D）改性沥青进行统计分析见表1。

表1 2006～2016 年SBS（I-D）统计数据Table 1 SBS（I-D）statistics for 2006～2016

通过对所有SBS 改性沥青数据进行统计可知，见图1，全部单项指标除离析指标外，其他指标基本都能满足I-D 类技术要求，部分样品质量欠佳。其中针入度指数、135℃运动粘度、离析、质量变化及残留延度等指标变异系数较大；应在施工质量控制中加强控制这些关键指标。

图1 各指标的变异系数Fig.1 Coefficient of variation of each index

1.2 2014～2016 年第三方检测数据统计

2014～2016 年第三方质量检测共抽检SBS(I-D)40 余种，统计沥青三大指标、布氏粘度及老化试验等关键指标，整体检测情况统计见表2。

表2 2014～2016 年SBS（I-D）统计数据Table 2 SBS（I-D）statistics for 2014～2016

图2 为工地现场第三方抽检样品统计图，由表2 及图2 可知，全部的单项指标平均值除离析指标外，其他指标基本都能满足SBS（I-D）类技术要求，其中变异系数较大的指标有：软化点、运动粘度、质量变化、离析及残留延度等；指标变异系数越大，说明样品的质量越不稳定，出现不合格的情况就越多，为保证工程质量，应在施工质量控制中将这部分指标作为关键指标，加强控制。

图2 各指标的变异系数Fig.2 Coefficient of variation of each index

1.3 委托检测及抽检指标不合格率统计

通过委托检测和第三方质量抽检的沥青统计数据分析（图3），整体来讲在指标不合格率中，针入度不合格率为3.3%，软化点不合格率为12.1%，延度为1.2%，布氏粘度为4.8%、弹性回复为4.7%，离析为23.4%，残留延度为10.2%，通过统计可知，在检测的沥青中，主要是软化点、离析、残留延度等指标不合格。

图3 主要指标不合格率统计Fig.3 Statistics of unqualified rate of main indicators

2 对SBS 改性沥青统计指标分析

结合委托检测和第三方抽检统计数据分析认为，近年来工程沥青存在问题的指标主要有软化点、离析、残留延度等。

（1）软化点主要是衰减问题，改性沥青材料进场时都具有较高的软化点，经过一定时间的高温储存后，沥青软化点会发生一定程度的衰减甚至达到规范要求的下限[6]，例某原样沥青软化点为73.0℃，在163℃温度热储存48h 后，沥青软化点降为63.5℃，软化点下降了9.5℃。可知，随着沥青在沥青罐中储存时间的延长，沥青软化点将会继续降低，最终将小于60℃的最低要求，不能满足规范要求。

造成上述问题的原因，一方面是改性沥青的加工工艺（如改性沥青剪切、发育、改性剂掺量等）等产品自身问题；另一方面，改性沥青的长时间高温储存也是重要原因，SBS 改性剂在长时间高温储存下会发生降解，沥青从SBS 空间网络结构中析出，网络结构变小，导致SBS 改性沥青软化点、抗老化能力降低。

（2）离析问题较为突出，离析不合格率达到10%，处于临界位置的沥青约占20%，共计30% 左右的沥青不能达到规范的使用要求或者接近规范要求的上限。

离析试验为室内48h 热储存的静态试验，表征了改性沥青的热储存稳定性指标，沥青罐储存时都加有搅拌设备或者泵送循环装置，可防止或减小离析的发生；但对于离析程度严重的样品，应该引起足够的重视。离析严重表明SBS 改性剂已经析出，产生集聚，造成沥青的结皮现象。例如抽检中离析严重的样品其上、下部软化点差可到25℃以上，其上部1/3 样品软化点可到80℃～90℃，而下部1/3 软化点只有50℃～60℃。沥青的不均匀不利于拌合施工，局部软化点的降低会对工程质量产生不利影响。

现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）[7]中离析试验方法（T0661-2011），对样品的封口时间和冰箱的冷冻温度没有规定，不同的检测单位在离析试验时采用的冷冻温度不同，根据林江涛[8]学者的研究发现，不同的封口时间及冷冻温度对离析指标有很大的影响，建议采用浇样结束后立马封口和-20℃的冰箱冷冻温度。

(3）残留延度的问题

残留延度变异性大的一部分原因是SBS 改性沥青在高温储存后部分改性剂降解，导致SBS 改性沥青抗老化能力降低，造成残留延度偏小。另一部分原因是由于SBS 改性沥青的加工工艺导致储存稳定性不好，存储过程中SBS 改性剂上浮，在沥青厂取样时未做到上中下取样，只从底部取样送检，造成送检样品中实际改性剂掺量偏小，使检测出的残留延度指标偏低。

结合上述指标统计发现的问题及对问题的分析，随着现代技术的发展，认为在道路工程施工过程中进行沥青质量控制，可以采用现在的一些新技术。主要有以下几个新方向：

（a）红外光谱技术在沥青检测中的应用。采用红外光谱仪建立沥青指纹库，来监控沥青源稳定，同时在施工过程中，采用红外光谱仪制作SBS 改性沥青改性剂掺量方程，进行改性剂掺量的测定。

（b）建立检测数据库。在大量统计数据的基础上分析沥青指标的变化趋势，进而制定满足施工技术要求的指标要求，通过控制几个在工地上可操作性强的常规指标，实现在施工过程中对沥青质量的有效快捷控制。

（c）通过流变学与热力学指标，以一定的化学手段辅助。例如通过DSR 改变加载条件，测定沥青模量或粘度，通过等粘度等一定的换算原则代替软化点(R&B) 或动力粘度的测定甚至是高温针入度指数的测定。

3 结论与建议

本文通过统计分析2006～2016 年山东省交通科学研究院检测的SBS 改性沥青指标与2013～2016 年第三方抽检SBS 改性沥青指标，得出以下结论：

（1）针入度指数PI、135 ℃运动粘度、离析、质量变化及残留延度等指标的变异性比较大。建议施工单位加强对原材料的进场检测，严格控制沥青质量，储存SBS 改性沥青的温度设置在140±5 ℃范围内，且不宜长时间储存，同时安装搅拌设备并注意对搅拌时间、频率的控制；施工单位可针对储存罐中的沥青增加必要试验检测频率及指标，即不要只局限于原材料进场时三大指标的检测，有必要在使用过程中进行老化试验及离析试验，密切监测其热储存稳定性，以保证沥青有良好的使用质量。

（2）针对SBS 改性沥青变形性较大的指标进行分析，认为针入度指数变异性大的原因是实验设备无持续性保温设施的原因；软化点变异性较大的原因是改性沥青的加工工艺（如改性沥青剪切、发育、改性剂掺量等）等产品自身问题及改性沥青的长时间高温储存；离析试验变异性大的原因是规程中未对封口时间及冷冻温度明确规定，造成了不同实验室间试验数据的差别；残留延度变异性大的原因是长时间的高温存储致使部分改性剂降解。

（3）在现行规范的基础上，基于检测结果统计分析，提出了几种用于控制施工过程中沥青质量控制的方法。一是采用红外光谱仪进行沥青源稳定性的控制和对SBS改性沥青改性剂掺量的检测；二是利用检测数据库通过几个简单指标达到控制沥青质量的目的；三是采用流变学及热力学指标的手段测定沥青的模量和粘度，通过换算关系替代软化点等指标的测定。