劉　麗

(內(nèi)蒙古開魯縣公路管理段， 內(nèi)蒙古 開魯　028400)

?

青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料性能研究

劉麗

(內(nèi)蒙古開魯縣公路管理段， 內(nèi)蒙古 開魯028400)

為了提高青川巖瀝青和橡膠粉單一改性瀝青的綜合路用性能，并改善重載、濕熱地區(qū)瀝青路面病害突出的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料性能的系統(tǒng)研究，基于不同青川巖瀝青和橡膠粉摻量下復(fù)合改性瀝青177 ℃黏度、軟化點(diǎn)和PG分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果，確定了適宜的橡膠粉和青川巖瀝青摻量，采用車轍、低溫彎曲、浸水馬歇爾、凍融劈裂和四分點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)評(píng)價(jià)了復(fù)合改性瀝青混合料的路用性能和抗疲勞耐久性。試驗(yàn)結(jié)果表明，青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青中，橡膠粉的推薦摻量為15%～20%，青川巖瀝青的推薦摻量為6%～10%；相比SBS改性瀝青混合料，青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和抗疲勞耐久性，推薦最佳的摻配比例為10%青川巖瀝青+18%橡膠粉。經(jīng)試驗(yàn)路驗(yàn)證，青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混凝土延長(zhǎng)了道路的使用壽命。

道路工程； 青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青； 復(fù)合改性瀝青混合料； 路用性能

0　引言

瀝青材料作為一種彈粘塑性綜合體，對(duì)溫度的敏感性較強(qiáng)，高溫時(shí)變軟發(fā)粘，低溫時(shí)又變脆易裂，而且耐疲勞性能較差[1-3]。瀝青混合料高、低溫性能和疲勞性能的改善措施一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[4]。國(guó)內(nèi)大量研究和工程實(shí)踐表明，青川瀝青是一種優(yōu)良的改性劑，與瀝青的配伍性好，可改善瀝青混合料的高溫性能，提高集料與瀝青的粘附性，改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性、抗疲勞性能和抗老化性能，但同時(shí)又對(duì)低溫性能有所劣化或改善效果不明顯，這成為其規(guī)?；a(chǎn)的技術(shù)瓶頸[5,6]。橡膠粉屬于廢舊材料，具有優(yōu)良的彈性、抗疲勞性能和抗老化性能，且來(lái)源廣泛，國(guó)內(nèi)外研究表明[7-11]，要大量推廣應(yīng)用橡膠粉改性瀝青還需提高其高溫性能和儲(chǔ)存穩(wěn)定性。目前鮮見巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青及其混合料性能方面的研究，對(duì)青川巖瀝青和橡膠粉的最佳摻配比例及路用性能還不大了解。該文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了不同橡膠粉和青川巖瀝青摻量下復(fù)合改性瀝青及其混合料性能的變化規(guī)律，并優(yōu)選出了最佳的改性劑摻配比例，研究成果可為橡膠粉改性瀝青和天然瀝青改性瀝青混合料在高速公路重載交通和城市道路交叉口路段的規(guī)?；茝V應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1　青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青最佳摻配比例

1.1原材料配比及復(fù)合改性瀝青制備

試驗(yàn)選用SK70基質(zhì)瀝青，對(duì)照組SBS改性瀝青由西安國(guó)琳瀝青廠生產(chǎn),經(jīng)檢測(cè)基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青均滿足現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范要求。青川巖瀝青因產(chǎn)于四川省青川縣而得此名，其最顯著的特點(diǎn)是青川巖瀝青含量高，軟化點(diǎn)高、耐候性強(qiáng)、抗車轍、抗剝落和抗疲勞性能優(yōu)良，試驗(yàn)選用陜西高速青川巖瀝青開發(fā)有限公司生產(chǎn)的青川巖瀝青，經(jīng)檢測(cè)常溫狀態(tài)下青川巖瀝青為棕黑色粉末，瀝青含量為89.3%，密度為0.923 g/cm3，參考已有研究成果[8-11]，初步確定青川巖瀝青摻量為4%、6%、8%、10%、12%。橡膠粉屬于廢舊材料，使用橡膠粉改姓瀝青可以解決廢舊橡膠輪胎污染環(huán)境問(wèn)題，有效改善瀝青混合料的低溫抗裂性和抗疲勞耐久性，同時(shí)提高瀝青路面的柔性，延緩路面反射裂縫、增強(qiáng)路面冬季柔性除冰降噪等功能[11]，目前應(yīng)用于道路工程的橡膠粉一般為20～80目，本文采用的膠粉為西安中軒橡膠粉加工廠生產(chǎn)的40目硫化膠粉，其由常溫粉碎法生產(chǎn)工藝制備，橡膠粉的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。根據(jù)ASTM對(duì)橡膠粉改性瀝青的定義，橡膠瀝青中再生輪胎橡膠含量至少為15%，本文初選的橡膠粉摻量為15%、18%、21%、24%(占瀝青質(zhì)量的百分比)。每個(gè)橡膠粉摻量下變化5種青川巖瀝青摻量，采用美國(guó)進(jìn)口的DALWORTH膠體磨生產(chǎn)青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青。經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)研究，確定先將橡膠粉與基質(zhì)瀝青共混制備橡膠粉改性瀝青，然后將青川巖瀝青加入到橡膠粉改性瀝青中形成復(fù)合改性瀝青，具體制備工藝如下： ①將基質(zhì)瀝青加熱至180～185 ℃，通過(guò)計(jì)量系統(tǒng)和物料添加系統(tǒng)加入橡膠粉顆粒，邊加入橡膠粉顆粒邊攪拌，以便橡膠粉混合均勻避免造成局部溫度過(guò)低而影響溶脹效率，待橡膠粉添加到預(yù)定質(zhì)量后，繼續(xù)攪拌30 min使其充分溶脹。②橡膠粉顆粒劑在剪切磨細(xì)后會(huì)吸收瀝青中的輕質(zhì)組分，同時(shí)自身膨脹，進(jìn)而形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀聯(lián)接。剪切磨細(xì)工序主要是控制剪切機(jī)的速率、剪切時(shí)間、以及剪切溫度[6-9]。經(jīng)提取不同剪切速率、剪切時(shí)間、剪切溫度的瀝青試樣，確定DALWORTH膠體磨的剪切速率為5200 rad/min，剪切時(shí)間為30 min，剪切溫度為180 ℃。③待橡膠粉改性瀝青剪切完成后加入青川巖瀝青，保持剪切溫度為160～170 ℃，3000 rad/min剪切30 min后橡膠粉與青川巖瀝青復(fù)合改性瀝青制備完成。

1.2青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目前改性瀝青的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系有3種： ①針入度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(針入度、軟化點(diǎn)、延度、黏度等)； ②采用DSR和BBR試驗(yàn)，考慮瀝青的高溫性能和低溫性能基于路用性能的PG分級(jí)。③評(píng)價(jià)改性瀝青的專用技術(shù)指標(biāo)，如測(cè)力延度、黏韌性、彈性恢復(fù)率等?？紤]到青川巖瀝青中的灰分和未完全硫化的橡膠粉顆粒會(huì)對(duì)針入度和低溫延度試驗(yàn)結(jié)果的影響，本研究采用軟化點(diǎn)、黏度和PG分級(jí)體系研究不同青川巖瀝青和橡膠粉摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青性能的影響，不同改性劑摻量復(fù)合改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2和圖1。

圖1和表3試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

① 試驗(yàn)溫度相同，從反映瀝青高溫指標(biāo)177 ℃旋轉(zhuǎn)粘度、軟化點(diǎn)、DSR試驗(yàn)抗車轍因子來(lái)看，在相同橡膠粉摻量情況下，隨著青川巖瀝青摻量增大，橡膠粉/青川巖瀝青復(fù)合改性瀝青旋轉(zhuǎn)黏度增大，軟化點(diǎn)升高，尤其青川巖瀝青摻量達(dá)到6%后黏度增加幅度較大。相同青川巖瀝青摻量情況下，177 ℃旋轉(zhuǎn)粘度、軟化點(diǎn)、DSR試驗(yàn)抗車轍因子隨橡膠粉摻量增大而增大，尤其是177 ℃黏度指標(biāo)在橡膠粉摻量超過(guò)22%后顯著增大，黏度越大混合料施工難度越大，黏度越大瀝青在高溫荷載作用下的剪切變形越小，同時(shí)黏度增大，瀝青混合料的施工和易性變差，施工難度增大，對(duì)復(fù)合改性瀝青的黏度上限有一定的要求。參考現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范對(duì)聚合物改性瀝青黏度要求和，國(guó)內(nèi)外對(duì)橡膠粉改性瀝青旋轉(zhuǎn)黏度的要求，以改性瀝青黏度1.5～4.5 Pa·s作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)合改性瀝青方案中橡膠粉摻量不宜超過(guò)22%。

表1 不同青川巖瀝青和橡膠粉摻量的復(fù)合改性瀝青DSR試驗(yàn)結(jié)果Table1 CompositemodifiedasphaltDSRtestresultswithdifferentNESrockasphaltandrubberpowdercontent橡膠粉摻配比例/%青川巖瀝青摻配比例/%抗車轍因子G*/sinδ/kPa58℃64℃70℃76℃82℃88℃42.6911.2030.84764.6123.9632.5661.0770.6421585.7624.3922.7841.9320.9210.728106.3914.6283.0092.1541.2880.835127.0824.7473.1282.3641.3931.02143.0901.9181.0390.73865.1284.4072.8541.4880.8961886.4075.0783.5792.7291.8120.809107.1066.1134.3143.3631.8870.887128.8237.0825.0623.9841.9671.08943.4362.1321.1550.71065.7024.9003.1741.6550.9970.4862187.1255.4323.9803.0342.0151.115107.9025.7234.7973.7402.0981.201129.4037.8565.4574.3502.5261.27344.7882.3711.2840.74066.7275.4493.5301.8401.1080.7292488.0446.0404.4263.3742.2411.240109.1746.3645.3354.1592.3331.335129.5388.1775.6254.4712.6221.371SBS改性瀝青7.3825.6353.8532.4841.8220.973

表2 不同改性劑摻量青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青BBR試驗(yàn)結(jié)果Table2 DifferentdosageofNESrockasphaltandrubberpowdermodifiercompositemodifiedBBRtestresults橡膠粉摻配比例/%青川巖瀝青摻配比例/%-12℃-18℃-24℃S/MPamS/MPamS/MPam42490.3223640.22462860.3093890.1821583470.2224570.142103870.1875150.117124160.1646420.10242130.3822840.3073670.26462560.3533250.2684530.2421882880.3173840.2374920.225103120.2684160.1945320.185123570.2164450.1396120.12341880.3712330.3633440.31562220.3522610.3434130.2932182560.3252930.3124610.245102990.2723350.2795230.215123450.2493890.2325680.20641910.4362190.3843280.35862240.3902510.3613860.3212482480.3672750.3384440.294102830.3113120.3164790.261123210.2653540.2785120.221SBS改性瀝青1840.3982780.3133210.293

圖1　不同青川巖瀝青和橡膠粉摻量的復(fù)合改性瀝青黏度和軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果Figure 1　NES rock asphalt and rubber powder Composite modified asphalt viscosity and softening point test results

② 從反映瀝青低溫指標(biāo)的BBR彎曲勁度模量和蠕變斜率來(lái)看，相同橡膠粉摻量情況下，隨著青川巖瀝青摻量增大，彎曲勁度模量增大，蠕變斜率減小，青川巖瀝青摻量超過(guò)10%后勁度模量和蠕變斜率衰減規(guī)律較為明顯，據(jù)此推斷增大青川巖瀝青摻量會(huì)降低復(fù)合改性瀝青的低溫延展性和抵抗疲勞破壞后的自愈合性能；相同青川巖瀝青摻量情況下，增大橡膠粉摻量復(fù)合改性瀝青勁度模量減小、彎曲蠕變斜率增大，表明增大橡膠粉后復(fù)合改性瀝青柔性增強(qiáng)，低溫抗裂性能提高。

③ 相比SBS改性瀝青，增大橡膠粉摻量可顯著改善復(fù)合改性瀝青的低溫PG分級(jí)，增大青川巖瀝青摻量可顯著提高復(fù)合改性瀝青的高溫PG分級(jí)，青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青的PG分級(jí)可達(dá)到甚至超過(guò)SBS改性瀝青，參考《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(F40 — 2004)，以滿足SBS改性瀝青I-C技術(shù)指標(biāo)要求為基礎(chǔ)，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果及復(fù)合改性瀝青PG分級(jí)，將圖1、表1表2試驗(yàn)結(jié)果與SBS改性瀝青I-C技術(shù)指標(biāo)要求對(duì)比，可優(yōu)選出三種不同復(fù)配方案：復(fù)配方案I(15%橡膠粉+12%青川巖瀝青)、復(fù)配方案II(18%橡膠粉+10%青川巖瀝青)、復(fù)配方案III(21%橡膠粉+8%青川巖瀝青)3種復(fù)合改性方案瀝青指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Table3 NESandrubberpowdercompoundmodifiedas-phaltindextestresults瀝青結(jié)合料測(cè)試指標(biāo)177℃黏度/(Pa*s)軟化點(diǎn)/℃PG分級(jí)8%青川巖瀝青2.1269.8PG82-1215%橡膠粉+12%青川巖瀝青2.5371.2PG88-1818%橡膠粉+10%青川巖瀝青2.8173.4PG88-2421%橡膠粉+8%青川巖瀝青2.9374.2PG88-24SBS改性瀝青2.7672.9PG88-24

2　青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料路用性能

2.1馬歇爾試驗(yàn)

試驗(yàn)選用我國(guó)高速公路上面層常用的AC — 13C混合料，粗集料選用玄武巖，細(xì)集料采用石灰?guī)r機(jī)制砂，礦粉由石灰?guī)r磨制而成，混合料合成級(jí)配見表4。試驗(yàn)時(shí)青川巖瀝青的摻加方式均采用“干法”工藝，集料加熱溫度為195～200℃，混合料拌合時(shí)先將預(yù)定質(zhì)量的青川巖瀝青和集料一起干拌90 s，使其在礦料中充分融化、分散均勻，最后再加入橡膠粉改性瀝青，拌合60 s，最后加入礦粉，拌合60 s，總拌合時(shí)間為3.5 min。選用表3所述的5種瀝青結(jié)合料，按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)馬歇爾法試驗(yàn)流程確定復(fù)合改性瀝青混合料的最佳油石比，馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表4 AC—13C混合料試驗(yàn)級(jí)配組成Table4 AC—13CAsphaltMixtureSynthesisgraduation級(jí)配類型不同篩孔(mm)通過(guò)百分率/%1613.29.54.75AC—13C10095.471.154.2規(guī)范要求10090～10068～8538～68不同篩孔(mm)通過(guò)百分率/%2.361.180.60.30.150.07535.326.619.914.210.86.324～5015～3810～287～204～154～8

表5 不同瀝青結(jié)合料AC—13C馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Table5 AC—13CMarshalltestresultswithdifferentmodi-fiedasphalt混合料類型瀝青結(jié)合料OAC/%VV/%8%NES4.364.0015%RB+12%NES4.814.12AC—13C18%RB+10%NES4.954.2121%RB+8%NES5.094.18SBS改性瀝青4.724.00VMA/%VFA/%MS/kNFL/mm14.5467.1511.362.1514.7168.3612.212.2614.5968.4712.932.3814.4568.5912.362.5614.8767.8911.952.44 注:RB代表橡膠粉;NES為青川巖瀝青。

2.2路用性能試驗(yàn)結(jié)果

因高溫穩(wěn)定性不足而產(chǎn)生的車轍、鼓包、剪切滑移等問(wèn)題是我國(guó)高等級(jí)公路瀝青路面的主要病害，為確保橡膠粉與LDPE復(fù)合改性瀝青混合料在使用過(guò)程中具有良好的高溫穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)比不同改性劑摻量瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性優(yōu)劣，按照現(xiàn)行施工規(guī)范要求采用車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。瀝青混合料作為一種粘彈性材料，溫開裂病害在通常情況下是兩種原因?qū)е碌模阂环N是氣溫驟降，二是低溫疲勞開裂，當(dāng)溫度應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)導(dǎo)致路面開裂。研究表明，低溫開裂不僅與材料抗變形和破壞的能力有關(guān)，也取決于釋放荷載應(yīng)力的能力，在評(píng)價(jià)瀝青混合料低溫抗裂性能的時(shí)應(yīng)以破壞強(qiáng)度和釋放荷載的能力為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用-10 ℃小梁彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性，采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)復(fù)合改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性。車轍試驗(yàn)參數(shù)為：試驗(yàn)溫度60 ℃，試驗(yàn)輪行走速率(42±1)次/min，試件尺寸為300 mm(長(zhǎng))×300 mm(寬)×100 mm(高)；低溫彎曲試驗(yàn)參數(shù)為：試驗(yàn)溫度為-10 ℃，加載速率為50 mm/min，試驗(yàn)時(shí)采用單點(diǎn)加載方式，支點(diǎn)間距200 mm；浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)試件制備和試驗(yàn)方法嚴(yán)格按照《公路瀝青路面施工規(guī)范》(JTG F40—2004)和《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20 — 2011)執(zhí)行，青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果見表6～表8。

表6 青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果Table6 NESandrubberpowdercompoundmodifiedas-phaltmixruttingtestresults復(fù)合改性方案動(dòng)穩(wěn)定度DS/(次·mm-1)60min車轍變形量/mm8%NES43321.86515%RB+12%NES57361.71218%RB+10%NES62861.72621%RB+8%NES 60781.747SBS改性瀝青55131.788

表7 青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果Table7 NESandrubberpowdercompoundmodifiedas-phaltmixlowtemperaturebendingtest復(fù)配方案抗彎拉強(qiáng)度/MPa最大彎拉應(yīng)變/με彎曲勁度模量/MPa破壞應(yīng)變能/(kJ·m-3)8%NES11.192727.254103.0323.6515%RB+12%NES12.363623.663410.9231.4618%RB+10%NES12.893831.333364.3734.1721%RB+8%NES12.523703.273380.8032.79SBS改性瀝青12.173744.743249.8933.12

表8 青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Table8 NESandrubberpowdercompoundmodifiedas-phaltmixturewaterstabilitytest復(fù)合改性方案浸水馬歇爾試驗(yàn)凍融劈裂試驗(yàn)MS/kNMS1/kNMSo/%RT1/MPaRT2/MPaTSR/%8%NES11.3610.3991.51.2791.17291.615%RB+12%NES12.2111.4593.81.2461.16993.818%RB+10%NES12.9312.2194.41.2641.16592.221%RB+8%NES 12.3611.7895.31.2821.19092.8SBS改性瀝青11.9511.2694.21.1691.09093.2

車轍試驗(yàn)結(jié)果表明: 隨著橡膠粉和青川巖瀝青摻量增大，復(fù)合改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度增大，60 min車轍變形量減小，18%橡膠粉+10%巖瀝青摻量下的復(fù)合改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定最大，青川巖瀝青摻量對(duì)瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性起著決定性作用。相比8%青川巖瀝青改性瀝青方案，摻加橡膠粉在一定程度上也可改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，這與橡膠粉顆粒的增黏作用有關(guān)。15%RB+12%NES 、18%RB+10%NES、21%RB+8%NES共3種復(fù)合改性方案下的車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到了5000次/mm以上，3種復(fù)合改性瀝青的車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度均大于SBS改性瀝青混合料，可見其優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性，采用青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)配方案可顯著改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明: ①相同橡膠粉摻量，隨著青川巖瀝青摻量增大，復(fù)合改性瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度增大，而彎曲應(yīng)變減小，彎曲勁度模量增大，可見增大青川巖瀝青摻量會(huì)導(dǎo)致復(fù)合改性瀝青混合料的柔性變差，釋放應(yīng)力的能力減弱，以抗彎拉強(qiáng)度和釋放荷載的能力考慮，青川巖瀝青對(duì)瀝青混合料低溫性能改善效果不明顯或有不利影響，這與復(fù)合改性瀝青針入度體系和PG分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果相吻合。②相同青川巖瀝青摻量，隨著橡膠粉摻量增大，復(fù)合改性瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度和彎曲應(yīng)變均增大，相比4.5%SBS改性瀝青混合料，15%RB+12%NES 、18%RB+10%NES、21%RB+8%NES共3種復(fù)合改性混凝土的彎拉應(yīng)變可達(dá)到甚至超過(guò)SBS改性瀝青，復(fù)合改性方案顯著降低了瀝青混合料的勁度模量，提高了混合料的低溫抗裂性，這主要與RRM增強(qiáng)了瀝青混合料的抗破壞強(qiáng)度，而橡膠粉改性瀝青增強(qiáng)了瀝青混合料的釋放荷載的能力和提高了柔韌性有關(guān)。

浸水馬歇爾、凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表明，3種復(fù)配方案改性瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留強(qiáng)度比和凍融劈裂強(qiáng)度均可達(dá)到90%以上，滿足規(guī)范要求，這與青川巖瀝青提高集料與瀝青之間的粘附性和橡膠粉改性瀝青增加瀝青膜厚有關(guān)。

3　青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料抗疲勞耐久性

研究表明[12-15]，四點(diǎn)彎曲控制應(yīng)變疲勞試驗(yàn)方法過(guò)程中瀝青混合料的受力狀態(tài)更接近瀝青路面的實(shí)際情況，瀝青層底拉應(yīng)變也是計(jì)算路面結(jié)構(gòu)厚度的重要控制指標(biāo)之一，且試驗(yàn)方法可操作性強(qiáng)，對(duì)瀝青結(jié)合料敏感性強(qiáng)。本文采用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的抗疲勞性能。疲勞試驗(yàn)試件尺寸為40 mm×380 mm×80 mm，試件由雙層車轍板切割而成，疲勞試驗(yàn)儀器選用美國(guó)進(jìn)口的UTM動(dòng)態(tài)伺服液壓材料試驗(yàn)機(jī)，采用控制應(yīng)變的加載模式，讀取第100個(gè)加載循環(huán)時(shí)勁度模量作為試件的初始勁度模量。以所測(cè)得的勁度模量下降至初始勁度模量的40%或加載周期超過(guò)106次時(shí)的加載次數(shù)作為疲勞壽命試驗(yàn)結(jié)果。疲勞試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料疲勞性能試驗(yàn)結(jié)果Table9 NESandrubberpowdercompoundmodifiedas-phaltmixturefatigueperformance復(fù)配方案加載次數(shù)/次勁度模量衰減率/%8%NES4483594015%RB+12%NES7998744018%RB+10%NES8506594021%RB+8%NES 83754740SBS改性瀝青81690440

由表9試驗(yàn)結(jié)果可知: 青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料疲勞性能優(yōu)于單一青川巖瀝青改性瀝青混合料，是單一巖瀝青改性瀝青混合料的近2倍，且優(yōu)于SBS改性瀝青混合料，其中18%橡膠粉與10%青川巖瀝青復(fù)配方案下的改性瀝青混合料抗疲勞性能最好，可見采用青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性方案可顯著改善巖瀝青及橡膠粉單一改性瀝青混合料的抗疲勞耐久性。

4　試驗(yàn)路驗(yàn)證

本課題結(jié)合2012年G312國(guó)道丹鳳段道路升級(jí)改造工程，進(jìn)行了5 cm18%橡膠粉+10%青川巖瀝青改性AC — 13瀝青混合料上面層鋪設(shè)，鋪設(shè)長(zhǎng)度4 km。施工階段溫度控制及拌合標(biāo)準(zhǔn)見表10。工程實(shí)踐證明，采用青川巖瀝青和橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的生產(chǎn)不需要對(duì)傳統(tǒng)的拌合樓進(jìn)行改造，相比SBS改性瀝青混合料，青川巖瀝青干法改性工藝節(jié)約了工程成本20%，而且壓實(shí)度、平整度等各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，通過(guò)長(zhǎng)達(dá)近4年的試驗(yàn)路檢測(cè)，青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料有效地減少了瀝青路面的早期破壞，目前沒有明顯的車轍和開裂病害，路面使用狀況良好，可見采用青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混凝土延長(zhǎng)了道路的使用壽命，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。

表10 PPA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料施工階段工藝控制Table10 NESandrubberpowdercompoundmodifiedas-phaltmixconstructionphaseconstructionprocesscon-trol施工環(huán)節(jié)控制標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量部位礦料加熱溫度195～200℃熱料提升倉(cāng)巖瀝青與集料干拌時(shí)間90s拌合筒橡膠瀝青加熱溫度175～180℃瀝青加熱罐出料溫度180～185℃運(yùn)料車混合料到場(chǎng)溫度175～180℃運(yùn)料車壓實(shí)溫度170～175℃攤鋪層內(nèi)部

5　結(jié)論

① 系統(tǒng)研究了青川巖瀝青和橡膠粉摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青177 ℃黏度、軟化點(diǎn)和PG分級(jí)體系的影響，推薦了用于復(fù)合改性瀝青的橡膠粉摻量不宜超過(guò)22%，適宜的青川巖瀝青摻量為8%～12%,綜合考慮路用性能和工程的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化出了15%橡膠粉+12%青川巖瀝青、18%橡膠粉+10%青川巖瀝青和21%橡膠粉+8%青川巖瀝青3種適宜的青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)配方案。

② 青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料具有優(yōu)良的路用性能，其高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性比SBS改性瀝青混合料更優(yōu)，低溫性能與SBS改性瀝青混合料相差不大，推薦最佳的得復(fù)配方案為10%青川巖瀝青+18%橡膠粉。

③ 青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料具有優(yōu)良的抗疲勞性能，經(jīng)試驗(yàn)路驗(yàn)證，青川巖瀝青與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混凝土延長(zhǎng)了道路的使用壽命，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。

[1]付建宏.木質(zhì)素對(duì)溫拌高模量瀝青及其混合料抗裂性能的影響機(jī)理[J].公路工程,2015,40(5): 40-45.

[2]王宏. 聚酯纖維對(duì)TPS改性瀝青及其混合料抗裂性能研究[J].公路,2015(10)：134-138.

[3]鄧學(xué)鈞 .路基路面工程[M]. 北京:人民交通出版社,2001.

[4]孫立軍.瀝青路面結(jié)構(gòu)行為理論[M]．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2003.

[5]查旭東，錢光耀.BRA改性瀝青混合料AC-13C適宜的摻量研究[J].交通科學(xué)與工程. 2015,31(6) :1-5.

[6]黃文通.北美巖瀝青及其混合料特性研究[D].廣州:華南理工大學(xué)，2014.

[7]柳芒英.橡膠粉改性瀝青及其混合料路用性能研究[D].南京:南京林業(yè)大學(xué)，2009.

[8]石先成.不同廢舊硫化橡膠粉改性瀝青性能研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué)，2008.

[9]向麗.廢橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青的機(jī)理和性能研究[D].北京:中國(guó)石油大學(xué)，2011.

[10]祖發(fā)金.橡膠粉瀝青低溫性能試驗(yàn)研究[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)，2008.

[11]游慶龍.廢舊輪胎橡膠粉改性瀝青SMA混合料性能的研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2008.

[12]鐘科.巖瀝青路用性能研究[D].北京:交通部公路科學(xué)研究院，2006.

[13]詹文兵.布頓巖瀝青及混合料路用性能試驗(yàn)研究[D].廣州:華南理工大學(xué)，2012.

[14]袁清光.天然巖瀝青在等級(jí)公路上的應(yīng)用[D].濟(jì)南:山東大學(xué)，2008.

[15]李宏亮.烏爾禾巖瀝青改性機(jī)理研究 [D].烏魯木齊:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[16]莫石秀.湖瀝青改性瀝青作用機(jī)理及混合料性能研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

Study on Technical Performance of NES Rock Asphalt and Rubber Powder Composite Modified Asphalt and Its Mixture

LIU Li

(Kailu County Highway Management Section，Kailu，Inner Mongolia 028400, China)

In order to improve the comprehensive road performance of NES rock asphalt and rubber powder modified asphalt ,Improve the overloading asphalt pavement disease problem in hot and humid areas. Through system research on performance of NES and rubber powder composite modified asphalt mixture. Based on the 177 ℃ viscosity, softening point and PG grading test results to study on the influence of NES rock asphalt and rubber powder content on technical performance of composite modified asphalt, determined the suitable rubber powder and NES rock asphalt dosage, Using rutting, low temperature bending, Marshall immersion, freeze-thaw splitting and quartile loading fatigue test system to evaluate the performance of composite modified asphalt mixture and fatigue durability. Test results show that ： the recommended dosage of rubber powder is 15%～20%, the recommendation of NES rock asphalt content is 6%～10%；Compared with SBS modified asphalt mixture, NES rock asphalt and rubber powder composite modified asphalt mixture has good high temperature stability, water stability and fatigue durability, recommend the best blending ratio is 10% NES rock asphalt+18% rubber powder. Verified by road test, NES rock asphalt and rubber powder modified asphalt concrete can prolong the service life of road.

road engineering； NES rock asphalt and rubber powder composite modified asphalt； Composite modified asphalt mixture； road performance

2016 — 03 — 09

國(guó)家自然基金項(xiàng)目(51474280，51027002)；十二五國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAK10B03)。

劉麗(1968 — )，女，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，高級(jí)工程師，主要從事公路施工及管理方面的工作。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)04 — 0124 — 06