引言

季节性冰冻地区占我国国土面积的54%，该区气候具有冬季寒冷漫长，夏季高温多雨等鲜明特点，路面温度通常要经历-40~40℃的温差变化。沥青材料作为一种弹、粘、塑性综合体，对温度的敏感性较强，高温时变软发粘，低温时又变脆易裂，且耐疲劳性能较差，为适应季冻区气温特点，防止沥青路面高温车辙和低温开裂的发生，这对沥青混凝土的高低温性能和耐久性均有较高要求。沥青混合料高、低温性能和水稳定性、疲劳性能的改善措施一直是国内外学者研究的热点，目前大多数沥青改性剂及其相关的生产工艺各有优点和不足，通常不能兼顾改善高温性能和低温抗裂性能，这也是大多数添加剂所面临的一个问题，而有的外掺材料在改善普通沥青混合料单一方面性能的同时甚至会对其他性能带来一定负面影响中国沥青网sinoasphalt.com。国外大量研究和工程实践表明，Superflex是一种优良的改性剂，可改善沥青混合料的高温性能，提高集料与沥青的粘附性，改善沥青混合料的水稳定性、抗疲劳性能和抗老化性能，但Superflex低温性能差，这成为其规模化生产的技术瓶颈，SBS作为一种优良的沥青改性剂，可显著改善沥青混合料的高低温性能、水稳定性和抗疲劳性能，但其存在储存稳定性差，易老化分解和生产加工成本高等问题，此外，工程实践表明，为满足季冻区特殊气候和重载交通的要求，需要将SBS改性剂掺量增大至4.5%以上。目前鲜见对Superflex与SBS复合改性沥青及其混合料性能的研究报道，尤其该项技术在季节性冰冻地区的适用性还未曾涉及。本文研究了Superflex与SBS复合改性沥青及混合料性能路用性能、改性机理等可为该项技术在季冻区的规模化推广应用提供技术支撑。

Superflex与SBS复合改性沥青最佳掺配比例

原材料

试验选用实体工程中采用的SK70号重交通道路石油沥青，SBS选用中石化4303星形SBS改性剂，经检测沥青和SBS改性剂技术参数均满足《公路沥青路面施工技术规范》(F40-2004)要求。选用印尼产的Superflex改性剂，Superflex是一种天然的屑粒状橡胶改性沥青。

Superflex与SBS复合改性沥青常规性能试验

复合改性沥青制备

根据印尼厂商推荐的superflex浓缩沥青改性剂最佳掺量为15%，初拟Superflex掺量为9%、12%、15%、18%，SBS掺量为2%、2.5%、3%。制备复合改性沥青时将基质沥青和superflex混合物加热至170℃，500~700r/min搅拌15min，使基质沥青和superflex混合均匀;加热superflex改性沥青至175℃后加入SBS改性剂，边加入SBS边快速搅拌，使加入的SBS改性剂能在短时间内与加热superflex改性沥青混合均匀，并快速加热到所需的试验温度，待SBS全部加入后溶胀30min，以4500~5000r/min剪切速率剪切45min，然后175℃条件下发育2h，制成改性沥青后备用。

试验结果及分析

对不同复配方案改性沥青进行黏度、针入度、软化点、弹性恢复率试验。

试验结果表明:①从反映沥青高温指标旋转粘度、软化点、针入度来看，相同SBS掺量情况下，随着Superflex掺量增大，复合改性沥青旋转黏度增大，针入度减小，软化点升高，尤其Superflex掺量达到18%后黏度增加幅度较大。黏度越大混合料施工难度越大，以应力吸收层改性沥青黏度不大于3.0Pa·s作为评判标准，复合改性沥青方案中Superflex掺量不宜超过18%，Superflex掺量越大，复合改性沥青针入度越小，软化点越高，据此推断增大Superflex掺量可显著提高复合改性沥青的高温稳定性;相同Superflex掺量条件下，随着SBS掺量增大，复合改性沥青针入度减小，粘度增大，软化点升高，可见SBS掺量对复合改性沥青高温性能有显著的影响。此外，相比4.5%SBS改性沥青，采用适宜的Superflex与SBS复配方案可达到甚至超过4.5%SBS改性沥青的高温性能。②从反映沥青低温指标延度、弹性恢复率来看，相同SBS掺量情况下，随着Superflex掺量增大，延度和弹性恢复率均减小，Superflex掺量超过15%后延度和弹性恢复率降低均较为明显，据此推断增大Superflex掺量会降低复合改性沥青的低温延展性和抵抗疲劳破坏后的自愈合性能;相同Superflex掺量情况下，增大SBS掺量复合改性沥青延度和弹性恢复率均增大，SBS掺量由0%增加到3%时弹性软化点和弹性恢复率增大较为明显，从低温性能和工程经济性考虑，SBS掺量不宜超过3%。③从反映沥青储存稳定性指标48h软化点差来看，相同SBS掺量下，随着Superflex掺量增大，复合改性沥青软化点差减小，此外增大SBS掺量复合改性沥青软化点差增大，可见增大SBS可降低复合改性沥青的均匀性，而增大Superflex可改善复合改性沥青的储存稳定性，Superflex与SBS复合改性沥青体系热稳定性较SBS改性沥青好，这与其各成分间表面张力降低有关。④参考《公路沥青路面施工技术规范》(F40-2004)，以SBS改性沥青I-C技术指标要求:25℃针入度＜80(0.1mm)，软化点≥55℃，5℃延度≥55，25℃弹性恢复率≥65%，135℃≤3Pa·s，储存稳定性离析48h软化点差≤2.5℃。试验结果与SBS改性沥青I-C技术指标要求对比，可优选出4种不同复配方案:复配方案I(12%Superflex+2.5%SBS)、复配方案II(12%Superflex+3.0%SBS)、复配方案III(15%Superflex+2.5%SBS)、复配方案IV(15%Superflex+2.0%SBS)，采用Superflex与SBS复合改性方案，可达到4.5%SBS改性沥青的技术指标，同时降低了工程造价。

Superflex与SBS复合改性沥青混合料配合比设计

沥青性能指标满足要求并不能确保混合料性能一定最佳，复合改性沥青的性能最终要以改性沥青混合料的路用性能来体现，本文选用AC和SMA两种试验级配研究上述四种复合改性方案对沥青混合料路用性能的改善效果。粗集料选用玄武岩，细集料采用石灰岩机制砂，矿粉由石灰岩磨制而成，按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)马歇尔法试验流程确定复合改性沥青混合料的最佳油石比。

室内试验和试验结果表明:Superflex与SBS复合改性沥青混合料生产工艺与SBS改性沥青混合料相同，不需要特殊的拌合工艺。马歇尔试验结果与SBS改性沥青混合料差别不大。

Superflex与SBS复合改性沥青混合料路用性能

按照现行施工规范要求采用车辙试验评价沥青混合料的高温稳定性，采用-10℃小梁弯曲试验评价沥青混合料的低温抗裂性，采用浸水马歇尔和冻融劈裂试验评价复合改性沥青混合料的水稳定性。车辙试验参数为:试验温度60℃，试验轮行走速率(42±1)次/min，试件尺寸为300mm(长)×300mm(宽)×100mm(高);低温弯曲试验参数为:试验温度为-10℃，加载速率为50mm/min，试验时采用单点加载方式，支点间距200mm;浸水马歇尔和冻融劈裂试验试件制备和试验方法严格按照《公路沥青路面施工规范》(JTGF40—2004)和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)执行。

车辙试验结果表明:随着Superflex和SBS掺量增大，复合改性沥青混合料车辙试验动稳定度增大，60min车辙变形量减小，比较相同不同复配方案车辙试验动稳定度大小:方案Ⅲ>方案Ⅳ>4.5%SBS>方案Ⅱ>方案Ⅰ>2800次/mm，可见采用Superflex与SBS复配方案可显著改善沥青混合料的高温稳定性，方案Ⅲ、Ⅳ具有较好的抗高温变形能力，其车辙试验动稳定度优于SBS改性沥青混合料。15%Superflex改性沥青混合料DS满足规范大于2800次/mm要求，这与已有研究成果相吻合。

低温弯曲试验结果表明:①相同SBS掺量，随着Superflex掺量增大，复合改性沥青混合料抗弯拉强度增大，但弯曲应变减小，可见增大Superflex掺量导致复合改性沥青混合料的柔性变差，释放应力能力减弱，以抗弯拉强度和释放荷载的能力考虑，Superflex对沥青混合料低温性能改善效果不明显或有不利影响，这与已有研究成果相吻合。②相同Superflex掺量，随着SBS改性剂掺量增大，复合改性沥青混合料抗弯拉强度和弯曲应变均增大，相比4.5%SBS改性沥青混合料，15%Superflex+2.5%SBS粉和15%Superflex+2.0%SBS复合改性方案下沥青混合料的弯拉应变可达到甚至超过4.5%SBS改性沥青，复合改性方案显著降低了沥青混合料的劲度模量，提高了混合料的低温抗裂性，这主要与Superflex增强了沥青混合料的抗破坏强度，而SBS改性剂增强了沥青混合料释放荷载的能力有关。

浸水马歇尔、冻融劈裂试验结果表明，在9%~15%Superflex和2%~3%SBS掺量范围内，随着Superflex和SBS掺量增大冻融劈裂强度比(TSR)和马歇尔残留稳定度(MS0)均呈增大趋势，四种复配方案改性沥青混合料的浸水马歇尔残留强度比和冻融劈裂强度均可达到90%以上。采用Superflex与SBS复配方案可改善沥青混合料的水稳定性。

Superflex与SBS复合改性沥青混合料长期使用性能

通常采用梁式试件评价沥青混合料的抗疲劳耐久性，加载方式采用控制应力或控制应变，这种疲劳试验很难模拟实际车辆荷载对路面的破坏作用，且试验数据离散性大。本文采用MMLS6加速加载设备对复合改性高模量沥青混合料长期使用性能进行了对比研究，加速加载试件制备和试验条件:①试件制备:在最佳沥青用量下成型高95.3mm标准大马歇尔试件，取试件中间5cm厚部分，按照标准试模尺寸切割试件;②试验荷载:试验采用的轴载为0.7MPa;③加载速率:加载速率统一采用6000次·h，相当于实际车辆行驶速度7.2km/h;④试验温度:常温。以不同复配方案AC-13改性沥青混合料为研究对象，取不同加载次数下平行试件车辙深度的平均值和车辙深度沿试件横断面的变化规律为研究目标，并记录车辙深度随加载次数的变化规律。

由室温加速加载试验结果可知:①各复配方案AC-13混合料车辙深度随加载次数增加而增大，混合料试件试验轮作用下产生的竖向累积永久变形，表现为沿着轮迹带方向的纵向压缩，同时两侧伴有隆起现象，而且形成类似“W”型断面，加速加载试验过程中车辙形成过程可明显分为3个阶段，即:初始压密阶段、沥青混合料的侧向流动(蠕变稳定阶段)、矿质集料的重新排列及矿质骨架的破坏(破坏阶段)，这与已有路面横断面实测数据和国内外研究成果相吻合，可见加速加载试验可快速准确评价沥青混合料的长期使用性能。②对于不同复配方案混合料试件，相同加载次数试件车辙深度由大到小依次是:方案Ⅲ<方案Ⅱ<方案Ⅰ<15%Superflex，可见15%Superflex+2.5%SBS复配方案下混合料的抗疲劳性能最好。③以复合改性沥青混合料加载过程中蠕变稳定阶段和剪切破坏阶段过渡点处的加载次数作为疲劳寿命，15%Superflex、15%Superflex+2.5%SBS、SBS三种改性沥青混合料的疲劳寿命分别为176、256、235万次，表明复合改性沥青混合料的抗疲劳性能最优，本文提出的Superflex和SBS复配方案可改善沥青混合料的抗疲劳耐久性。

试验路铺筑

本课题结合2011年陕西省某西林高速路面养护维修工程，进行了4cm15%Superflex+2.5%SBS改性沥青混合料上面层铺设。施工阶段温度控制及摊铺完成后试验段检测结果见表8，表9。工程实践证明，采用Superflex和SBS复合改性沥青混合料的生产不需要对传统的拌合楼进行改造，节约了工程成本25%，而且压实度、平整度等各项指标均符合设计要求，通过长达4年的试验路检测，15%Superflex+2.5%SBS复合改性沥青混合料有效地减少了沥青路面的早期破坏，目前没有明显的车辙和开裂病害，路面使用状况良好，可见采用Superflex与SBS复合改性沥青混凝土延长了道路的使用寿命，经济、社会效益显著。

结论

①根据Superflex与SBS复合改性沥青的常规性能指标结果，推荐用于季节性冰冻区Superflex与SBS复合改性沥青中，SBS添加量为2.0%~2.5%，Superflex合理掺量为12%~15%。

②加速加载试验即能真实有效地模拟实际车辆的荷载作用，又能在短时间内得到路面实际经受长期车辆荷载作用的路用性能，是现场抗疲劳行为的可靠模拟手段。

③Superflex与SBS复配方案可降低SBS掺量，复合改性沥青混合料路用性能可达到甚至超过4.5%改性沥青混合料。将Superflex与SBS复合改性沥青混合料用于季冻区有良好的路用性能，有助于提高沥青混合料综合路用性能和长期使用性能，具有较好的应用前景。