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1、SBS改性沥青路用性能研究XX省交通勘测设计院2008年1月目次1引言42概述62.1改性沥青的发展62.2改性沥青的分类62.3改性沥青的生产73 SBS改性沥青的室内试验93.1室内试验所采用的材料93.2室内试验评价改性沥青的指标103.3室内改性沥青的加工方法113.4室内试验的主要内容113.5室内试验主要结论123.6基质沥青的选择和改性剂剂量的确定133.7改性沥青路用性能指标控制标准的确定153.8 SBS改性沥青的相容性和贮存稳定性164改性沥青混合料的室内试验194.1室内混合料试验所采用的材料194.2室内试验所采用的级配194.3沥青混合料的马歇尔试验194.4沥青混合
2、料的水稳定性204.5沥青混合料的高温性能204.6沥青混合料的低温性能224.7沥青混合料的疲劳性能234.8沥青混合料的路用性能指标245现场SBS改性沥青的生产工艺及质量控制255.1改性沥青加工设备的工艺流程255.2施工现场数据检测结果276改性沥青上面层试验路施工技术总结296.1试验路施工的目的296.2沥青混合料的目标配合比296.3沥青混合料的生产配合比296.4施工准备306.5改性沥青混合料的施工工艺306.6总结327 SBS改性沥青效益分析及应用前景347.1改性沥青路面的成本分析347.2 SBS改性沥青的经济效益347.3 SBS改性沥青的社会效益357.4 SB
3、S改性沥青在我省高速公路中的应用前景359竣工路面的跟踪调查369.1路面结构369.2路面横向裂缝产生的原因369.3路面裂缝调查情况369.4调查结论378结论与建议388.1结论388.2建议391引言近几年来，随着我国高速公路建设事业的迅猛发展，交通及气候条件对高速公路路面使用性能的要求也越来越高，一方面高速公路行驶车辆的重载、超载现象严重，并且渠化交通加重了车辆轴载对路面的破坏；另一方面，我国多数地区四季温差变化很大，沥青路面经受着气候条件变化的考验。我省从沈大高速公路通车之后开始进入到高速公路的快速发展期，沈阳至抚顺、沈阳至本溪、沈阳环城、沈阳至四平、沈阳至山海关高速公路相继通车，
4、为我省交通运输事业的发展起到了极大的推动作用，但是应该看到的是，一些路段的路面在使用过程中出现了程度不同的破坏现象，尤其在交通量较大、重载、超载车辆较多的路段上，路面的破坏现象体现的更为明显。沈阳至四平高速公路铁岭至四平段在通车一年后路面即产生大面积破坏现象，经过分析主要是路面表面层沥青混合料的空隙率较大，水稳定性不足，由于水的作用使集料与沥青之间的粘结力丧失，导致路面产生水损害；沈阳至山海关高速公路通车两年后一些路段产生车辙，通过对路面的钻芯取样筛分试验，经过分析认为是由于路面沥青混合料的高温稳定性不足，施工单位对混合料级配及油石比的控制有偏差，造成沥青混合料的级配偏细，油石比偏大，致使路面
5、的高温抗车辙能力不强，而这两条高速公路均是我省交通量较大的路段，重载超载车辆很多，因此如何保证重载超载路段路面的使用性能，使之能够高温抗车辙、低温抗开裂并具有良好的水稳定性和抗老化能力，已经成为现阶段我省高速公路路面设计与施工的一个关键问题。提高沥青路面的使用性能，采用合理的混合料级配是一方面，另一方面沥青的性能对路面的影响也非常大。我省在沈山高速公路之前沥青路面表面层和中面层都是采用普通重交通道路石油AH-90号，路面下面层采用AH-110号沥青，早期竣工的高速公路使用的沥青标号更高。在沈山高速公路的表面层我省首次采用了进口壳牌AH-90沥青，但是通过沥青及混合料的室内试验表明，壳牌沥青与国
6、产重交通沥青没有本质的区别，省交通科学研究院曾经对沈山高速公路表面层所采用的壳牌沥青进行了SHRP分级试验，其评价等级为PG64-22，只能满足一般路段的交通要求，沥青混合料的室内试验也显示，采用壳牌沥青的AK-13A型抗滑表层混合料车辙试验的动稳定度只能达到8001000次/mm，这样对于重载交通路段或者上坡路段，其高温性能明显不足，很容易使路面产生车辙，同时沥青混合料的水稳定性也不好。现阶段国外以及我国许多省份都开始采用改性沥青来提高路面的高低温使用性能，2002年我省的丹本、盘海、锦阜以及锦朝高速公路的建设都将进入到最后的沥青面层铺筑阶段，设计上已经考虑对这几个项目沥青路面的表面层和中面
7、层都采用SBS改性沥青，因此本项目就是对目前我国最常用的SBS改性沥青进行研究，提出其设计与施工指南，用以指导上述在建项目的施工。2概述2.1改性沥青的发展从40年代欧洲开始使用改性沥青以来，改性沥青的发展已有50多年的历史。从品种上看，80年代初开始欧洲曾经广泛使用过EVA,到80年代中期认识到SBS的优良性能，EVA逐渐被SBS所取代，1991年欧洲用改性沥青总量为52.5吨。据壳牌公司介绍，现在SBS/SIS占改性沥青的比例为44%，EVA占11%，SB占10%，废旧轮胎橡胶粉占9%，EPDM占12%,PE占3%，Betaplast占7%,其他占4%。2.2改性沥青的分类2.2.1几类主
8、要的改性沥青所谓改性沥青，也包括改性沥青混合料，按照我国公路沥青路面施工技术规范（JTJ032）及公路改性沥青路面施工技术规范（JTJ036）的定义，是指“掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青混合料”。改性剂是指“在沥青或沥青混合料中加入的天然的或人工的有机或无机材料，可熔融、分散在沥青中，改善或提高沥青路面使用性能（与沥青发生反应或裹覆在集料表面上）的材料”。关于改性沥青的分类，国际上并没有统一的分类标准，按照改性剂的不同，一般将其分为三类：（1）热塑性橡胶类。（2）橡胶类。（3）
9、树脂类。2.2.2各种改性剂性能的比较路用改性剂的种类繁多，而不同种类的改性剂所表现出的性能也有所不同，必须综合考虑所在地区的气候条件以及交通条件等进行选择。对于现阶段常用的几种改性剂，江苏省交通厅公路局曾经对它们的路用性能进行了比较，试验结果见表2.2.2-16。通过比较试验结果可以看出，EVA、SBS和PE对沥青的高温性能都有不同程度的改善，但是SBS对沥青的低温性能提高的幅度也很大，而EVA和PE对沥青的低温性能改善不明显，突出的表现在低温延度的指标上，同时EVA和PE改性沥青的弹性恢复也不及SBS改性沥青。我省地处东北地区的最南端，气候条件较为特殊，全年一月份气温最低，平均为-15.7
10、，最低气温-25-31.5；最高气温3539.3，而且近几年来夏季气温越来越高，高温持续时间也有增长的趋势，所以路面设计中对沥青混合料的高温和低温性能都要兼顾，通过上述的一些试验结果表明，SBS改性沥青的高低温性能均较好，相比EVA、PE和SBR有一定的优势，因此2002年我省在建的四条高速公路项目中我们确定采用SBS对沥青进行改性。2.3改性沥青的生产2.3.1常用的改性沥青生产方法除了少量可以采用直接投入法加工改性沥青的改性剂如SBR胶乳外，大部分改性剂与道路沥青的相容性很不好，所以必须采用特殊的加工方式，将改性剂完全分散在沥青中，才能生产改性沥青。我国之所以长期以来对改性沥青的推广进展缓
11、慢，不能不说是由于在改性沥青设备上陷入了误区，对PE，SBS等仅仅采用常规的机械搅拌方式，以致加工效果不明显，严重影响了改性沥青的发展。所以改性沥青设备成了发展改性沥青的关键。归纳起来，改性沥青的加工制作及使用方式，可以分为预混法和直接投入法两大类。2.3.2直接投入法所谓直接投入法是直接将改性剂投入沥青混合料拌和锅与矿料、沥青拌和制作改性沥青混合料的工艺。严格来说，由于它没有预先与沥青共混，所以没有经历制作改性沥青的阶段，也不好说是制作改性沥青。正如前所述，现在一般都把预混法和直接投入法作为改性沥青制作工艺的两大类来看待。2.3.3母体法母体法的原理是先采用一种方法制备加工成高剂量聚合物改性
12、沥青母体，再在现场把改性沥青母体与基质沥青掺配稀释成要求剂量的改性沥青使用，所以又称为二次掺配法，母体法可以采用溶剂法和混炼法制备改性沥青母体。2.3.4机械搅拌法从理论上讲，聚合物改性剂与基质沥青都可以通过机械搅拌得到改性沥青。不过，由于改性剂与基质沥青的相容性不同，采用机械搅拌法的难易程度有很大的差别。对SBS,PE等相容性较差的改性剂，不适用于机械搅拌加工，而对EVA以及某些相容性较好的聚合物，可以采用搅拌法加工。2.3.5胶体磨法和高速剪切法对目前工程上使用的较多的SBS,SIS等热塑橡胶类和EVA,PE热塑性树脂类改性剂，由于它与沥青相容性较差，仅仅采用简单的机械搅拌势必需要太长的时
13、间，且效果不好，所以我国长期始终停留在试验阶段。对于这些改性剂，必须通过胶体磨或高速剪切设备等专用的机械研磨和剪切强制将改性剂打碎，使改性剂充分分散到沥青里，这种生产改性沥青的方式是目前国际上最先进的方法，除了可以在工厂生产专用的改性沥青并运输到现场使用外，也可将改性沥青设备安装在现场，边制造边使用，从而给生产上带来了很大的方便，而且改性沥青的质量较好，因此是值得推广的方法。2.3.6我省SBS改性沥青的市场现状随着我省公路建设事业的发展，SBS改性沥青良好的路用性能已经逐渐被公路建设单位和很多石化企业所认同。目前，除了现场加工的SBS改性沥青之外，我省很多的企业已经能够生产成品SBS改性沥青
14、，主要有盘锦中油辽河沥青有限公司、大连西太平洋石化公司、盘锦北方沥青股份公司、盘锦八方石化有限责任公司以及沈阳三鑫公路公司等等，其中不乏质量优良的产品，这也为我省SBS改性沥青的应用提供了很好的条件。3 SBS改性沥青的室内试验3.1室内试验所采用的材料3.1.1基质沥青我省目前有三个大型的石化企业可以生产优质的重交通道路石油沥青，分别为辽河油田石化总厂、大连西太平洋石化公司和盘锦北方沥青股份有限公司，为了推广SBS改性沥青在我省的应用，室内试验选用上述公司生产的AH-90号和AH-110号等三个品牌五种沥青产品。从基质沥青的试验结果可以看出：（1）西太90号针入度偏低，界于70号与90号之间
15、；而辽河与北方90号基本属于正常范围，西太的针入度比二者低10个单位，也就是说低半个标号，因此其高温稳定性较辽河与北方好。（2）从当量脆点来看，辽河与北方沥青的较西太低，因此其低温性能较西太要好。据黑龙江（哈双高速）、吉林（长余中下面层）使用西太沥青的路面调查来看，一个冬季后路面裂缝偏多，这与其低温抗裂性差有关；而从锦阜、锦朝使用辽河与北方沥青的路面中下面层看，虽然半刚性基层裂缝较多，但2001年越冬后裂缝很少。（3）90号沥青的低温延度指标比110号沥青要低，说明110号沥青的低温性能要优于90号沥青。（4）软化点：西太沥青较辽河与北方沥青要高，也说明西太沥青高温性能较好。3.1.2 SBS
16、改性剂室内试验主要选择了国内最常用的燕化4303型和岳化道改2#星型改性剂进行室内试验，同时对岳化791-H线型改性剂以及台湾生产的TCK611A型改性剂也进行了比较，室内试验所使用的改性剂的技术指标见表3.1.2。表3.1.2 几种主要改性剂的物理性能指标指标单位岳化791-H岳化道改2#岳化801型燕化1401燕化4303台湾TCK611A结构线型星型星型线型星型星型分子量等级10万2528万20万10万20万3032万嵌段比30/7040/6030/7040/6030/7030/70充油率%000000拉伸强度MPa18.012.014.018.018.015.7300%定伸应力MPa2
17、.01.72.02.52.52.5扯断伸长率%750650650600550650永久变形%3030306560硬度邵氏A7578078278075863熔体流动速率g/10min0.55.001.001.00.13.00.10.50总灰分%0.20.20.20.20.20.2挥发分%0.71.00.72.02.00.43.2室内试验评价改性沥青的指标3.2.1感温性指标沥青的感温性（即温度敏感性）是指在给定的温度变化条件下，沥青的针入度或粘度变化的性质，它是决定沥青使用时的工作性质以及沥青面层使用性能的重要指标，通常采用针入度指数PI来评价沥青的感温性。针入度指数PI主要是采用沥青的针入度P
18、（以对数坐标表示，lgP）和相应的温度T（以普通坐标表示）在半对数坐标图上回归成一条直线，该直线的方程可用式（3.2.1-1）表示： （3.2.1-1）通过测定沥青在15、25、30三个温度条件下的针入度，利用对数关系，按式（3.2.1-1）进行线性回归求得针入度温度感应性系数A（要求相关系数R0.997），再按式（3.2.1-2）计算针入度指数PI。 （3.2.1-2）3.2.2沥青的高温性能指标沥青的高温性能对沥青路面抵抗高温变形，防止夏季路面出现车辙有重要意义，试验中采用沥青的软化点和当量软化点来评价沥青的高温性能。其中软化点采用室内试验进行实测，当量软化点T800是按式（3.2.1-1
19、）回归求得系数A、K后，按式（3.2.2）进行计算： （3.2.2）T800值越大，表明沥青的高温稳定性能越好。3.2.3沥青的低温性能指标沥青的低温性能对沥青混凝土的低温抗裂性能有重要的影响，采用当量脆点T1.2和5低温延度来评价沥青的低温性能。当量脆点T1.2是交通部“八五”攻关专题研究中提出的用来评价沥青低温性能的指标，采用上述同样方法求得系数A、K后，按式（3.2.3）计算当量脆点T1.2： （3.2.3）T1.2值越小，表示沥青低温抗裂性能越好。沥青的低温延度是评价沥青低温性能的另一个重要指标，低温延度大的沥青，其低温抗裂性能好。一般来说，在15或25的条件下，各种沥青的延度没有什么
20、差别，但以5或10条件下的延度来看，各种沥青间的差别就非常明显，因而许多国家的沥青标准中都增加了沥青低温延度这一指标。3.2.4沥青的耐久性能指标高等级公路的沥青路面，应具有良好的耐久性。路用沥青材料在储运、加热、与集料拌和、施工和长期使用过程中，受到各种因素的作用，使沥青发生一系列的物理和化学的变化，产生老化，在其它条件满足要求的情况下，沥青的抗热老化性能直接影响沥青路面的使用性能和寿命。采用旋转薄膜烘箱试验来评价沥青的抗老化性能。3.3室内改性沥青的加工方法室内试验采用日本进口小型高速剪切机加工改性沥青，见图3.3-1，具体方法是将基质沥青加热至160170左右，将改性剂投入至容器中，先低
21、速搅拌15min（2000r/min），然后在170180条件下高速搅拌45min（800010000r/min），即可得到加工完成的SBS改性沥青，加工后的SBS改性沥青的显微照片见图3.3-23.3-3。3.4室内试验的主要内容改性沥青的室内试验主要是采用不同产地、不同标号的基质沥青，掺加不同剂量的SBS改性剂掺配生产SBS改性沥青，然后对其各项路用性能指标进行检测，主要的试验内容包括针入度、软化点、针入度指数、弹性恢复、低温延度以及旋转薄膜烘箱加热试验等等，并有选择的对一些改性沥青进行了旋转粘度测定，同时对一些成品SBS改性沥青也进行了检测。3.5室内试验主要结论改性沥青的技术指标反映了
22、改性沥青的改性效果以及改性沥青的路用性能，不同的基质沥青改性后其技术性能变化不同。从改性沥青的试验结果可以看出：（1）改性剂在3%5%的范围内，随着改性剂剂量的增加，改性沥青各方面的性能呈现逐渐增长的趋势，表现在软化点和当量软化点逐渐增高，针入度指数PI和5延度增大，当量脆点降低，弹性恢复增大，135运动粘度提高。（2）高温稳定性方面，西太改性沥青要优于北方改性沥青和辽河改性沥青，表现在软化点和当量软化点较高，针入度指数PI值较大，北方改性沥青的高温性能也较好。（3）低温性能方面，5延度一般来说反映了改性沥青的低温变形能力，从110号基质沥青的改性沥青来看，辽河比西太改性沥青的5延度高，说明辽
23、河改性沥青低温性能比西太的要好。辽河90号基质沥青和岳阳石化改性剂掺配时，其5延度也高于北方和西太90号沥青改性的结果，只是和燕山石化改性剂相配时，延度才降低，因此总体上来说，辽河改性沥青的低温性能要优于北方和西太改性沥青。（3）施工性能方面，从同一标号基质沥青生产的改性沥青的120、135、150的运动粘度来看，西太改性沥青要比北方改性沥青和辽河改性沥青高，从施工的角度看，西太改性沥青需要的拌和温度与碾压温度要比北方和辽河改性沥青要高一些，达到同一粘度时西太改性沥青的温度应提高1520。从180的运动粘度来看，两种改性沥青的粘度基本相当，因此改性沥青的加工温度基本相同。（4）西太110号改性
24、沥青的低温性能要优于90号沥青的改性效果，而高温性能稍差；而辽河110号改性沥青的高低温性能比90号改性沥青的效果都要好。（5）线型SBS改性剂生产的改性沥青的高低温性能明显低于星型改性剂生产的改性沥青。（6）采用台湾TCK改性剂加工的改性沥青的性能指标与岳化或燕化改性剂相差不大。（7）配伍性方面，西太90号沥青与两种改性剂掺配的改性沥青的差别不很明显，二者延度和软化点相差不多，燕化改性剂的针入度指数优于岳化，弹性恢复性能岳化优于燕化；而辽河沥青和北方沥青与岳阳石化4303改性剂的掺配效果要明显高于与燕山石化改性剂进行掺配，这说明燕化改性剂与沥青的相容性比岳化改性剂要稍微差一些。（8）成品改性
25、沥青由于是工厂化生产，其高低温性能普遍优于现场生产的改性沥青，同时由于掺加了稳定剂，其离析试验基本上也能够满足要求。3.6基质沥青的选择和改性剂剂量的确定3.6.1基质沥青的选择通过室内试验结果汇总表中的数据可以看出，采用西太110号基质沥青生产的改性沥青的高温性能比90号改性沥青生产的改性沥青稍差，软化点相对较低；而低温性能优于90号沥青生产的改性沥青，表现在低温延度明显较大；而采用辽河110号沥青生产的改性沥青的高低温性能普遍要好于用90号沥青生产的改性沥青，只是针入度指数PI值偏低，根据上述的分析结果，我们先期曾经提出采用110号沥青作为基质沥青进行改性，并召开了论证会，经过讨论，业主和
26、一些专家认为要吸取沈山高速公路的教训，2002年我省在建项目的沥青路面首先还是要保证沥青混合料的高温性能，确保路面具有足够的抗车辙能力，虽然辽河110号沥青的改性效果好于90号，但是毕竟差别不大，因此最终我们确定采用90号沥青作为基质沥青进行改性。3.6.2改性剂剂量的确定在对2002年即将竣工的四条高速公路的路面进行设计的初期，我们考虑对路面上面层和中面层改性沥青的剂量初步确定分别为5%和3%，对于表面层使用5%的剂量大家意见较为统一，试验结果也表明5%剂量改性沥青的性能是最优的，但是对于中面层3%的剂量存在比较大的争议，因此对这方面进行了有针对性的比较工作。根据试验结果，改性沥青的某一项指
27、标随着改性剂剂量的不同而变化的情况见图3.6.2。从上面的比较图中可以看出，在改性剂剂量3%5%的变化范围内，改性沥青的各项指标呈逐渐增加的趋势，但是很多指标在4%剂量这一点上有明显的拐点出现，其性能指标有突增的现象，延度指标甚至在4%的剂量上出现了峰值，这种情况在辽河沥青上体现尤其明显。这表明改性沥青合理的改性剂剂量应在4%以上，同时从试验结果中可以看出，一些试验项目在3%剂量上的试验结果水平较低，改性效果不明显，因此最终我们将中面层改性沥青改性剂的剂量调整为4%，虽然较原设计增加了一部分造价，但是使中面层改性沥青的效果得到了大幅度的提高。3.7改性沥青路用性能指标控制标准的确定3.7.1规
28、范中改性沥青的标准对于现场加工的改性沥青，应该提出一套合理的性能指标控制标准，来衡量沥青改性的效果。根据地理和气候特点，我省处于夏热冬寒区，可以采用公路改性沥青路面施工技术规范（JTJ036-98）中的I-B类或I-C类改性沥青。对照我们室内试验的结果和上述规范中的指标要求，我们发现规范中制定的一些指标偏低，如果按照规范标准进行控制的话，就达不到严格控制沥青改性效果的要求，因此需要在室内试验的基础上对改性沥青的控制标准进行适当的修改和提高。3.7.2我省改性沥青的技术性能指标和现场控制方法根据我们的室内试验结果，充分考虑现场改性的特点，针对表面层和中面层已经确定采用5%和4%SBS改性剂剂量的
29、实际情况，提出了改性沥青的技术性能指标，见表3.7.2，供在工程实际生产过程中参考。表3.7.2 辽宁省SBS改性沥青技术指标要求 沥青种类技术指标表面层SBS改性沥青中面层SBS改性沥青针入度 25,100g,5s （0.1mm）5060针入度指数PI-0.2-0.6延 度5,5cm/min （cm）4535软化点TR&B（）7060运动粘度135（Pas）33闪 点（COC）（）230230溶解度（三氯乙稀）（%）9999离析,软化点差（）2.52.5弹性恢复25（%）8575旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）后残留物质量损失（%）1.01.0针入度比25（%）6055延度5（cm）2520在
30、大规模生产过程中，需要按一定频次对现场生产的改性沥青的指标进行检测，通过室内试验我们发现，改性沥青的软化点、低温延度和针入度的指标波动较大，而弹性恢复、运动粘度等指标相对较为稳定，因此我们建议在生产过程中，应重点对改性沥青的软化点、低温延度和针入度的指标进行抽检，同时计算改性沥青的PI值，只要这些指标能够满足标准的要求，就可以认定沥青的改性效果达到了预期的要求。而对于闪点、弹性恢复以及溶解度等等指标，可以不必进行检测。RTFOT试验由于耗费时间较长，建议降低频次进行抽检。3.8 SBS改性沥青的相容性和贮存稳定性3.8.1概述目前，通过大量的试验研究已经表明，SBS改性沥青中的改性剂与沥青并没
31、有发生明显的化学反应，而是均匀的分散、吸附在沥青中，仅仅是物理意义上的共存、共融。所谓相容性是指改性剂以微细的颗粒均匀、稳定的分布在沥青介质中，不发生分层、凝聚或者互相分离的现象的性质，它取决于改性剂和沥青两相界面上的相互作用，两者溶解度参数越接近则相容性越好。相容性好的沥青，改性剂分散均匀，成为均匀连续的网状结构，相反成为絮状、块状，当改性沥青冷却时便凝聚析出、分层。所以，同一种改性剂对不同的基质沥青会产生不同的改性效果，这就是改性剂和沥青的配伍作用。改性沥青的性能取决于改性剂和基质沥青的混融状态以及体系的稳定性。一般来说，改性的效果与SBS的品种、分子量和剂量密切相关。线型SBS改性沥青的
32、贮存稳定性普遍优于星型SBS改性沥青，但线型SBS改性沥青的技术性能指标提高幅度要比星型的差；SBS改性剂的分子量越高，改性效果越明显，但加工困难。不同剂量对改性沥青贮存稳定性也有影响，对于相同品种的基质沥青，随着SBS含量的增加，聚合物吸收沥青轻质油分的比率也在增加，当SBS剂量超过3%时，SBS改性沥青经过热贮存时，SBS融胀程度会大大减少，其离析程度有明显增大。改性沥青的相容性与基质沥青的组成也有密切的关系，道路沥青的组成通常采用四组分分析方法，将沥青分离为沥青质、胶质、芳香分和饱和分四种成分。法国学者BRULE曾提出，沥青的组分比例在以下范围时，相容性较好：饱和分8%12%，芳香分和胶
33、脂85%89%，沥青质1%5%。国内有的研究采用组分指数CI（沥青+饱和分）/（芳香分+胶质）作为评价SBS改性沥青基础条件，其值大小建议在26%32%之间较合适，但这一结论仍需继续验证。43.8.2 SBS改性沥青的相容性试验测定相容性最基本的方法是将改性沥青混合物在高温条件下存放一定时间，在不同部位取样，测定试样的性质，根据指标的差异来判断相容性。现在通用的方法是将改性沥青放置在一个试管内，在163高温条件下存放48h，在试管上部和下部各三分之一处取样，测定软化点的差值，来评价分离程度。采用辽河90号沥青和西太90号沥青作为基质沥青，分别掺加5%的岳化SBS改性剂，进行相容性试验，结果见表
34、3.8.2。表3.8.2 SBS改性沥青的相容性试验结果改性沥青初始软化点（）贮存后软化点（）上层下层软化点差西太90+5%岳化SBS82.586.678.28.4辽河90+5%岳化SBS71.075.168.86.3通过上述试验结果可以看出，现场制作改性沥青的相容性试验不能满足要求，离析试验的软化点差均大于规范的2.5，因此如果不掺加其它的稳定剂，改性沥青在高温条件下静置时，就会产生离析。3.8.3 SBS改性沥青的热贮存稳定性试验对于SBS改性沥青的热稳定性试验，我们委托哈尔滨工业大学采用辽河110号沥青掺加4%SBS改性剂生产改性沥青，然后在150条件下保温，并不断的进行搅拌，然后在经过
35、2h、4h、8h、16h分别测定改性沥青的三大指标，以评定改性沥青在高温贮存条件下的稳定性，试验结果见表3.8.3。表3.8.3 SBS改性沥青热贮存稳定性试验结果试验项目150条件下不断搅拌存放的时间0h2h4h8h16h软化点()64676161655延度(cm)625563735325针入度7881766575通过试验结果可以看出，在保证高温及不断搅拌的条件下，未掺加稳定剂的SBS改性沥青在一定的时间间隔内，其各项技术性能指标保持了相对的稳定，没有出现太大的波动。3.8.4小结综合上述的试验结果，我们认为：如果现场加工的SBS改性沥青如果短时间内不用需要贮存时，必须保证改性沥青在一定的高
36、温条件下进行不断的搅拌或者泵送循环，才能保证改性沥青不会发生离析。但是由于对这方面的试验资料相对较少，对改性沥青的稳定性与基质沥青四组分的关系没有采用试验进行验证，因此建议有条件时还应该进行进一步的研究。4改性沥青混合料的室内试验4.1室内混合料试验所采用的材料4.1.1改性沥青改性沥青仍然是室内自行加工，基质沥青采用辽河、西太、北方AH-90号以及辽河、西太110号重交通沥青，改性剂采用岳阳石化和燕山石化生产的星型SBS改性剂，采用室内小型高速剪切机进行生产，同时对部分厂家生产的成品SBS改性沥青进行了混合料试验。4.1.2粗集料抗滑表层混合料粗集料采用黑山稍户生产的玄武岩石料；AC-20I
37、型中粒式沥青混凝土的粗集料采用辽阳小屯和通远堡的石灰石.4.1.3细集料细集料采用天然砂和石屑。4.1.4填料填料采用石灰石经过磨细加工而成的矿粉。4.2室内试验所采用的级配中粒式沥青混凝土级配采用规范中的AC-20I型，沥青混凝土抗滑表层采用AK-13A型和AK-16A型两种级配。4.3沥青混合料的马歇尔试验按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程中的要求进行沥青混合料的马歇尔试验。从混合料的马歇尔试验结果可以看出：（1）AC-20I型中粒式沥青混凝土的稳定度普遍要比抗滑表层沥青混凝土的马歇尔稳定度高一些；（2）对中粒式沥青混凝土而言，石料的产地对混合料的试验结果影响不大；（3）采用改性沥青之后
38、，混合料的马歇尔稳定度增大。4.4沥青混合料的水稳定性沥青混合料在浸水条件下，由于沥青与石料的粘附性降低导致沥青混合料的物理力学性能降低的程度称作沥青混合料的水稳性。沥青混合料的水稳性不好容易导致沥青面层产生严重车辙、局部松散和坑槽等现象。通常用浸水马歇尔试验和真空饱水冻融后劈裂强度试验来评价沥青混合料的水稳性。4.4.1浸水马歇尔试验将沥青混合料在60的恒温水浴中保温48小时，然后测定其稳定度，计算残留稳定度。4.4.2冻融劈裂试验采用马歇尔击实仪双面击实各50次制作马歇尔试件，然后分为两组，一组在25水温中浸泡2小时后，测定劈裂强度；第二组饱水过程如下：常温下（约25）浸水20分钟，0.0
39、9MPa真空下浸水15分钟后恢复常压，-18冰箱中置放16小时，60水浴中恒定24小时，25水中浸泡2小时后，测定劈裂强度，二者的比值即为残留强度，其值越大，表示水稳定性能越好。从水稳定性试验结果可以看出：（1）采用改性沥青之后，沥青混合料的水稳定性显著增强，残留稳定度和冻融劈裂残留强度均可以达到90%左右，而普通沥青混合料的冻融劈裂残留强度只能达到7080%。（2）AC-20I型中粒式沥青混凝土与抗滑表层沥青混合料的水稳定性试验结果相差不大。4.5沥青混合料的高温性能沥青混合料是一种粘弹性材料，其强度和模量都随温度升高而急剧下降。随着沥青混合料高温稳定性研究的不断深入，多数国家认为用传统的马
40、歇尔方法预估混合料高温性能是不充分的，为此，采用车辙试验来评价沥青混合料的高温性能。具体方法是将沥青混合料用轮碾成型机制成300mm300mm50mm的板块试件，在60的温度条件下，以一个轮压为0.7MPa的实心橡胶轮胎在其上行走，测量试件在变形稳定期内，每增加1mm变形需要行走的次数，称为“动稳定度”，它是评价沥青混合料高温稳定性的一个指标，沥青混凝土的车辙试验结果见表4.5-1。表4.5-1 SBS改性沥青混合料车辙试验结果级配辽河90号+岳化辽河90号+燕化西太90号+岳化西太90号+燕化4.0%4.5%5.0%4.0%4.5%5.0%4.0%4.5%5.0%4.0%4.5%5.0%AK
41、-16A235429283020182522872511302436514934351443844607AK-13A192420592541130515121975299433974198289528044147AC-20I19942208198521303844401232333742级配辽河110号+岳化辽河110号+燕化西太110号+岳化西太110号+燕化4.0%4.5%5.0%4.0%4.5%5.0%4.0%4.5%5.0%4.0%4.5%5.0%AK-16A142018641940123312291648351239445125372246155492AK-13A1325137912
42、88122813591439328537833335334640255644AC-20I17201922143516754435492241984805级配北方90号+岳化北方90号+燕化北方成品沥青科氏成品沥青4.0%4.5%5.0%4.0%4.5%5.0%AK-16A4297AK-13A30203875289533614663AC-20I28752648从试验结果可以看出：（1）AK-13A和AK-16A型沥青混凝土抗滑层混合料在同等条件下，动稳定度指标没有明显的差别。 （2）采用西太平洋沥青生产的改性沥青混合料的动稳定度最大，北方改性沥青次之，而辽河改性沥青最小。（3）辽河90号沥青生产
43、的改性沥青混合料的动稳定度普遍高于辽河110号沥青生产的改性沥青混合料；而西太110号沥青生产的改性沥青混合料的动稳定度比90号沥青的要高；（4）辽河和北方沥青与岳化SBS改性剂掺配生产的改性沥青混合料的动稳定度明显要好于与燕化改性剂掺配生产的改性沥青；而西太沥青和两种改性剂掺配的差别不大。（5）科氏和北方成品改性沥青的车辙试验动稳定度指标较高，与西太和北方现场制作的改性沥青相差不多。4.6沥青混合料的低温性能位于路面面层的沥青结构层，直接受到气温变化的影响，当温度下降时，沥青面层就会产生收缩变形。同时沥青混凝土具有应力松弛性能，当给沥青混凝土一定的应变时，由此产生的应力会随时间延长而松弛，在
44、一般的温度范围内，由温度降低而产生的拉应力，会由于应力松弛而减小，但是当出现寒流或寒潮时，过快的降温速率将使路面内的应力来不及松弛，出现过大的应力积聚，待温度应力积累到超过沥青混凝土的极限抗拉强度时，路面就会产生裂缝。弯曲应变比较见图4.6。从表中试验结果和应变比较图中可以得出如下结论：（1）从弯曲强度看，辽河改性沥青最好，北方改性沥青次之，西太改性沥青最差。（2）弯曲破坏应变反映了混合料的弯曲变形能力，从级配型式上看：AK-13A优于AK-16A；从基质沥青的标号看：110号优于90号；从基质沥青的品种上看：辽河沥青最好，北方沥青次之，西太沥青最差。（3）随着改性剂剂量的增加，混合料的弯曲破坏应变增大。（4）除辽河沥青外，现场制作的改性沥青混合料的低温弯曲破坏应变普遍低于规范3000的要求。（5）成品改性沥青的低温弯曲应变指标明显好于现场制作的改性沥青。4.7沥青混合料的疲劳性能本试验为沥青混合料马歇尔试件的劈裂疲劳试验，通过应力水平（劈裂应力/劈裂强度）与疲劳破坏次数的对数（LgN，N-疲劳破坏时加荷次数）关系，以应力水平为纵坐标，以疲劳破坏次数对数为横坐标，建立回归方程。
