中亚高寒地区SBS改性沥青试验研究及推广应用

摘 要：本文以哈萨克斯坦TKU公路改造项目为依托，进行中亚高寒地区SBS改性沥青试验研究，对哈萨克斯坦基质沥青掺加不同比例的SBS改性剂、橡胶油，制备相应的SBS改性沥青，并对样品进行试验检测，得出满足不同气候分区要求的改性沥青配合比，为SBS改性沥青在哈萨克斯坦等中亚地区不同气候分区的推广应用提供了技术支撑。

关键词：哈萨克斯坦;改性沥青;SBS改性剂;性能检测;气候分区

中图分类号：U414 文獻标识码：A

0 引言

哈萨克斯坦共和国属于典型的大陆性气候，夏季炎热干燥，冬季寒冷漫长，气候条件极其恶劣，四季和昼夜温差较大。哈萨克斯坦现有道路年代久远，病害严重，运输能力有限，严重影响当地经济发展。为此哈萨克斯坦启动了“光明大道”新经济计划，将加强运输基础设施建设，以重点口岸带动周边地区发展，加强地区间公路、铁路和航空运输能力。在此背景下，中信建设承接了哈萨克斯坦TKU公路改造项目，本文依托此项目开展研究。受当地特殊气候条件影响，项目新建道路必将面临长期、反复的夏季高温、冬季严寒，以及融雪季节频繁的冻融侵害，普通沥青混合料路面的长期使用寿命难以保障。改性沥青技术在国内已具备相当成熟的应用，大量工程案例证明使用改性沥青能够大幅提高沥青混合料的高温稳定性及低温抗裂性，提高沥青路面的使用寿命。

经项目前期调研，哈萨克斯坦尚未大规模使用改性沥青，本文通过对不同配方的SBS改性沥青进行室内试验研究，为哈萨克斯坦等中亚国家SBS改性沥青的生产和使用提供参考依据。

1 哈萨克斯坦沥青路面现状及病害分析

哈萨克斯坦为地处中亚的内陆国，国土幅员辽阔。属严重干旱的大陆性气候，夏季炎热干燥，冬季寒冷少雪。1月平均气温-19℃至-4℃，7月平均气温19℃至26℃。冬季最低温度能下降到-45℃，夏季高温可达40℃以上，全年温差可达80℃，是典型的高寒地区。其公路中大部分于二十世纪六十年代至八十年代完成设计施工，道路年久失修、病害严重，主要为裂缝、车辙、坑槽和松散等质量病害，严重影响公路运输能力。

以上路面病害的形成，一是其所处高寒地区的气候特点所致;二是其道路年久失修;三是当地筑路技术相对落后，大多沿用自前苏联，未能跟上当今国际新材料新技术潮流。哈萨克斯坦常用的基质沥青质量不稳定，100/130#基质沥青针入度实测值接近规范下限，经常会出现不合格情况。沥青针入度偏低会影响沥青混合料的低温抗裂性，影响沥青路面质量。

2 SBS改性沥青在中国同类地区的应用

中国新疆地区和哈萨克斯坦气候类型极为相似，SBS改性沥青由于其良好的高温稳定性和低温抗裂性，能够有效地提高路面的使用寿命，在新疆已得到了广泛的使用，已有17年的使用经验。

截至2020年底，中国高速公路通车里程已超过14万公里（其中新疆高速公路总里程突破5 500公里），高速公路上面层基本都采用改性沥青，其中95%以上改性沥青为SBS改性沥青。经过多年使用，中国的SBS改性沥青技术及生产工艺已经相当成熟，且通过使用SBS改性沥青，中国高等级公路的质量有了进一步的提升。

3 SBS改性沥青配合比研究

3.1 原材料

本试验研究采用的沥青为巴浦洛达尔及里海沥青厂生产的БНД100/130基质沥青，改性剂采用俄罗斯“SBS L30-01”，橡胶油采用俄罗斯“Uniplast”。

3.2 改性沥青制备工艺及配合比方案设计

首先将基质沥青在剪切机中加热至120℃，然后加入橡胶油“Uniplast”搅拌30～40分钟，将沥青和橡胶油的混合料加热至160℃，之后逐步加入聚合物改性剂“SBS L30-01”，将温度升至170℃～175℃，剪切约4小时（若发现改性沥青中还有大颗粒改性剂，可以适当延长剪切时间）后得到改性沥青样品。SBS改性沥青制备试验方案见表3-1。

3.3 试验结果与分析

3.3.1 改性沥青常规试验结果

按照СТ РК 2534-2014[2]试验规程对按表3-1制备的4种SBS改性沥青分别进行性能指标检测，试验结果见表3-2。

从表3-2四种掺配比例的改性沥青试验数据可知，掺入1.8%橡胶油和3.0%SBS改性剂或掺入3.0%橡胶油和3.5%SBS改性剂所得的改性沥青标号为50/70;而掺入2.5%橡胶油和3.0%SBS改性剂或掺入3.5%橡胶油和3.5%SBS改性剂所得的改性沥青标号为70/100。所得的不同标号的改性沥青均符合规范СТ РК 2534-2014[2]的要求。

通过上述试验数据可知，SBS聚合物改性沥青中“SBS L30-01”改性剂的合理掺量为沥青质量的3.0%～3.5%。

3.3.2 检测改性沥青的高温和低温性能

通过DSR动态剪切试验和低温弯曲蠕变BBR试验测定上述4种SBS改性沥青Superpave技术规范的高温和低温性能。试验结果见表3-3：

由表3-3试验数据可知，基质沥青添加1.8%橡胶油+3%SBS配制的沥青胶结料劲度S（MPa）和速率m-value满足-34℃条件下Superpave低温稳定性的要求;

基质沥青添加2.5%橡胶油+3%SBS配制的沥青胶结料和添加3.0%橡胶油+3.5%SBS配制的沥青胶结料的劲度S（MPa）和速率m-value满足-40℃条件下Superpave低温稳定性的要求;

基质沥青添加3.5%橡胶油+3.5%SBS配制的沥青胶结料的劲度S（MPa）和速率m-value满足-46℃条件下Superpave低温稳定性的要求。

改性沥青的高温稳定性分别为：

基质沥青+1.8%橡胶油+3.0%SBS—71.5℃;

基质沥青+2.5%橡胶油+3.0%SBS—63.2℃;

基质沥青+3.0%橡胶油+3.5%SBS—69.8℃;

基质沥青+3.5%橡胶油+3.5%SBS—67.5℃;

通过上述分析，得出不同外加剂掺量制备的改性沥青PG分级如表3-3所示。

参照以下哈萨克斯坦气候分区图可见，本文选配的四种SBS改性沥青配合比设计方案能够满足哈萨克斯坦各种气候分区要求，在实际施工时可依据项目所在地不同的气候分区合理选用，为SBS改性沥青技术在哈萨克斯坦等中亚地区的推广及应用提供了理论依据。

4 哈国既有应用案例

在哈萨克斯坦A-2公路（霍尔果斯-阿拉木图-奇姆肯特-乌兹别克斯坦边境）铺设了500米SBS改性沥青SMA-20试验段，其SBS改性沥青的配方与TKU公路改造项目的试验配方相似。经过检测，所铺设的SMA-20改性沥青混合料各项指标均满足规范要求。经过现场相关试验检测，通车后的SBS改性沥青路面高温和低温性能较好，路况较普通沥青路面路况较好，无车辙、裂缝等质量问题。

在哈萨克斯坦已有SBS改性沥青试验段施工，结合本文的相关研究，可以在哈萨克斯坦不同的气候分区分别开展SBS改性沥青的试用，为其在哈萨克斯坦等中亚地区的大规模应用提供技术帮助。

5 结论及建议

通过对四种不同配比的改性沥青进行试验研究可知，各掺配比例的改性沥青均能够满足规范要求。

四种比例的改性沥青PG分级分别为PG64-46、PG64-40、PG58-40、PG70-34能够满足哈萨克斯坦各种气候分区（图3-1）的要求，在实际施工时可依据项目所在不同的气候分区合理选用改性沥青配合比。

本次是通过试验室制备改性沥青样品进行研究试验，在工厂或现场生产时需依据现场试验结果进行微调。

哈萨克斯坦常用的另外两种100/130#基质沥青（里海、奇姆肯特）试验指标和巴浦洛达尔有较大差距，这两种基质沥青对应的改性沥青配合比需经过试验研究确定。

综上所述，哈萨克斯坦现有公路病害严重，严重影响当地经济发展，其路面质量病害的主要原因为沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及沥青和集料的粘附性较差，急需优质沥青。而SBS改性沥青有较好的高温稳定性、良好的低温抗裂性，能够提升抗老化和抗疲劳性能，改善和集料的粘附性，能够有效延长路面的使用寿命。因此在哈萨克斯坦使用SBS改性沥青非常有必要，而且有非常廣阔的应用前景。

通过本文的研究，为SBS改性沥青技术在哈萨克斯坦及其他中亚国家公路领域的推广和使用提供依据。

参考文献：

[1]哈萨克斯坦技术法规与质量委员会.CT PK 1373-2013， 沥青和沥青胶结料.粘性道路石油沥青技术条件[S].

[2]哈萨克斯坦公路科学研究院.CT PK 2534-2014，改性沥青技术规范审核版[S].

[3]哈萨克斯坦技术法规与质量委员会.CT PK 1552-2006，沥青和沥青胶结料加热后的质量变化测定法[S].

[4]哈萨克斯坦技术法规与质量委员会.CT PK 1226-2003，沥青针入度测定方法[S].

作者简介：魏庆刚（1979-），男，山东阳谷人，本科，高级工程师，研究方向：公路工程。