崔 宇 韓方元 周 洋 徐騰飛,2 白軒宇

（1.寧夏交通建設股份有限公司,寧夏 銀川 750002；2.寧夏交建交通科技研究院有限公司,寧夏 銀川 750001；3.寧夏公路管理中心,寧夏 銀川 750002）

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，汽車數(shù)量實現(xiàn)井噴式增長，進而導致了廢舊輪胎大幅度增長。國內(nèi)外研究表明，將廢舊輪胎加工成廢胎膠粉用于道路改性瀝青，一方面，能有效降低瀝青的溫度敏感性，增加瀝青的彈性，改善瀝青路面車轍和開裂等病害，提高瀝青路面路用性能、使用壽命及行車安全性；另一方面，作為廢舊輪胎資源化、無害化利用的有效途徑，能緩解其導致的“黑色污染”問題[1]。丁湛等[2]研究表明，膠粉顆粒體積膨脹引起的位阻效應和溶解改性引起的瀝青黏滯度增強會大幅增大瀝青黏度，導致橡膠瀝青路面施工和易性差，且橡膠粉與瀝青間的相容性較差，在工程應用中橡膠瀝青存在儲存穩(wěn)定性不佳等問題。劉文昌等[3]研究表明，過度脫硫會對混合料高溫性能產(chǎn)生不利影響。謝國梁[4]研究表明，膠粉、SBS復合改性可兼顧橡膠和SBS性能。目前學者研究多停留在橡膠活化程度對瀝青的性能影響階段，鮮有綜合性工程應用研究?；诖?，本文以某一公路工程養(yǎng)護施工為例，對橡膠/SBS復合改性瀝青技術進行深入研究，為相關施工提供技術支撐。

1 工程概況

某公路合同段起訖樁號為K4+300～K6+400，該路段為雙向四車道一級公路，路線全長為2.1 km，路基寬度為24.5 m，設計時速為80 km/h，橋梁荷載及等級為公路-I級。原瀝青路面采用4 cm普通瀝青細粒式瀝青混凝土（AC-13）+6 cm普通瀝青中粒式瀝青混凝土（AC-20）+38 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+20 cm級配砂礫底基層，結構層厚度為68 cm，于2016年通車運營。由于道路交通量巨大，重載、超限車輛多，在運行數(shù)年后，瀝青混凝土路面先后出現(xiàn)裂縫、坑槽、唧漿、車轍等病害，服役期間雖實施了預養(yǎng)措施，但原有病害未得到根治，路面病害更加嚴重。分析路面病害原因，除交通荷載外，當?shù)卮鬁夭瞽h(huán)境也是道路裂縫等病害的主要原因。

橡膠復合瀝青的黏彈性可在一定范圍內(nèi)吸收荷載應力，抑制車轍、反射裂縫的形成，因此本工程以K4+900～K5+400段為試驗段，左幅采用“4 cm橡膠復合改性瀝青細粒式瀝青混凝土（ARSMA-13）+6 cm普通瀝青中粒式瀝青混凝土（AC-20）”結構層，右幅采用原設計“4cm普通瀝青細粒式瀝青混凝土（AC-13）+6 cm普通瀝青中粒式瀝青混凝土（AC-20）”結構層，通過長期監(jiān)測路面狀況，探索橡膠復合改性瀝青技術的適用性。

2 原材料與試驗方法

2.1 原材料

2.1.1 基質(zhì)瀝青

本文采用的基質(zhì)瀝青為鎮(zhèn)海-90#A級道路石油瀝青，其性能如表1所示。

表1 基質(zhì)瀝青技術指標

2.1.2 SBS改性劑

本文采用SBS改性劑為岳陽石化提供的1301線型改性劑，其性能如表2所示。

表2 SBS改性劑技術指標

2.1.3 廢舊膠粉

本文選用了三種廢舊膠粉，按脫硫程度定義為未脫硫膠粉、輕度脫硫膠粉及重度脫硫膠粉，其性能如表3所示。

表3 廢舊膠粉主要技術指標

（4）集料及填料

粗集料為本地堅硬、無風化石灰?guī)r，細集料為石灰?guī)r機制砂，礦粉為憎水性細磨石灰?guī)r，各檔集料及填料指標均符合規(guī)范及施工要求。

2.2 試驗方案

2.2.1 膠粉/SBS復合改性瀝青的制備及關鍵參數(shù)的確定

研究表明，橡膠粉的活化程度、摻加比例，SBS改性劑的摻加比例均會顯著影響復合改性瀝青的性能[5]。為確定橡膠/SBS復合改性瀝青最佳工藝參數(shù)，本文以鎮(zhèn)海90# A級道路石油瀝青為基礎，穩(wěn)定劑摻量為2‰，相容劑摻量為3%，設計了關于膠粉脫硫程度、膠粉摻量、SBS改性劑摻量的試驗方案（見表4），且固定溶脹時間為30 min，剪切時間為40 min，發(fā)育時間為90 min。具體制備工藝如圖1所示。

圖1 SBS改性瀝青制備流程

表4 廢舊膠粉主要技術指標

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）規(guī)范內(nèi)容，對復合改性瀝青樣品進行針入度、軟化點、（5 ℃）延度、（180 ℃）旋轉(zhuǎn)黏度、存儲穩(wěn)定性及彈性恢復試驗。以復合改性瀝青的性能指標，確定不同工藝的最佳參數(shù)。

2.2.2 膠粉/SBS復合改性瀝青混合料級配選擇

研究表明，較多的橡膠細顆粒在拌合過程中無法充分分散，導致橡膠瀝青混合料的體積參數(shù)與油石比之間的關聯(lián)性較差，過高的膠粉摻量會對混合料的級配產(chǎn)生影響，導致橡膠瀝青混合料整體結構不穩(wěn)定[6]。為探究橡膠復合改性瀝青的適用級配類型，分別以連續(xù)級配TRHMA-13和間斷級配ARSMA-13為例，開展混合料配合比設計及性能測試試驗。具體級配設計內(nèi)容如圖2所示。

圖2 TRHMA-13和ARSMA-13設計級配曲線

2.2.3 膠粉/SBS復合改性瀝青混合料性能驗證

為驗證復合改性瀝青混合料路用性能，以間斷級配ARSMA-13為例，分別成型了SBS改性瀝青混合料試件及膠粉/SBS復合改性瀝青試件，通過開展車轍試驗、小梁彎曲試驗及凍融劈裂試驗，測試其高溫動穩(wěn)定度、低溫彎拉應變及凍融劈裂強度比（TSR）。

3 試驗結果與分析

3.1 不同因素對復合改性瀝青性能的影響

在采取不同膠粉類型、膠粉摻量及SBS改性劑摻量下，復合改性瀝青的性能如表5所示。

表5 橡膠/SBS復合改性瀝青技術指標

結合表5數(shù)據(jù)及試驗情況可知，未脫硫膠粉摻量上限較低，30%摻量時膠粉吸收輕質(zhì)組分過量，瀝青黏度超限（見圖3）；20%摻量時黏度仍較大，需摻加相容劑至5‰并延長發(fā)育時間至7 h，經(jīng)濟效益較低且施工和易性差。重度脫硫膠粉30%摻量時黏度仍較低，可摻加上限較高，但過度脫硫喪失了橡膠的高溫性能，且對低溫性能的改性效果較差[7]；輕度脫硫膠粉平衡了改性瀝青的性能與和易性，兼顧高低溫性能，且保留了橡膠瀝青的黏彈特性。同時，對比第5、6、7組試驗數(shù)據(jù)可得，SBS改性劑摻量提升1%與膠粉摻量提升10%所帶來的高溫性能提升幅度相近，故出于經(jīng)濟性考慮，確定SBS摻量為2%。綜上所述，最佳工藝為：輕度脫硫膠粉摻量20%，SBS改性劑摻量2%。

圖3 30%摻量未脫硫膠粉改性瀝青

3.2 不同級配類型對復合改性瀝青混合料體積參數(shù)的影響

連續(xù)級配TRHMA-13和間斷級配ARSMA-13瀝青混合料體積參數(shù)指標如表6所示。

表6 TRHMA-13和ARSMA-13混合料體積參數(shù)指標

由表6可知，連續(xù)級配TRHMA-13混合料體積參數(shù)與油石比之間的關聯(lián)性較差，主要表現(xiàn)在毛體積密度隨著油石比的增大而增大，很難達到峰值，同時礦料間隙率VMA很難呈現(xiàn)出凹曲線；間斷級配ARSMA-13混合料體積參數(shù)與油石比之間的關聯(lián)性較好?？赡茉蚴窍鹉z顆粒沖散了連續(xù)級配的連續(xù)性，導致混合料體積參數(shù)規(guī)律不明顯[8]，因而本項目中針對活化程度較低橡膠（顆粒較大）復合改性瀝青，最終采用間斷級配ARSMA-13鋪筑路面。

3.3 復合改性瀝青混合料路用性能驗證

SBS改性瀝青混合料、膠粉/SBS復合改性瀝青混合料路用性能指標如表7所示。

表7 SBS改性瀝青與復合改性瀝青混合料路用性能技術指標

由上表可知，復合改性瀝青混合料性能與SBS改性瀝青混合料相似，各項路用性能指標均符合規(guī)范，滿足施工要求。同時，因復合改性瀝青中包含大量低成本膠粉，其總成本與基質(zhì)瀝青相近，因此，復合瀝青混合料較SBS改性瀝青混合料經(jīng)濟效益更高。

4 工程應用情況

4.1 施工技術要點

4.1.1 拌和

由于復合改性瀝青黏度較高，拌合過程中橡膠瀝青加熱溫度應控制在175 ℃～185 ℃，實際溫度178 ℃；集料加熱溫度控制在190 ℃～200 ℃，實際溫度為200 ℃；控制濕拌合時間為35 s，現(xiàn)場觀察混合料拌和均勻，無花白料現(xiàn)象；混合料出料溫度控制不小于175 ℃，廢料溫度為200 ℃，拌和站實測出料溫度在177 ℃～191 ℃。

4.1.2 運輸

混合料運輸過程中采用篷布覆蓋保溫、防雨、防污，以保證混合料到達施工現(xiàn)場卸入攤鋪機料斗前的溫度不低于160 ℃，現(xiàn)場檢測料溫均高于175 ℃。

4.1.3 攤鋪

由于復合改性瀝青混合料施工溫度較高，故攤鋪機熨平板溫度應適當提高，此次試驗段熨平板加熱溫度為130 ℃；攤鋪過程中保持恒定的攤鋪速度，下面層攤鋪速度為2 m/min～3 m/min，上面層可以適當加快。

現(xiàn)場控制混合料在攤鋪螺旋處的溫度多為180 ℃左右[9]，說明混合料在運輸過程中溫度損失很?。粩備伋尚秃髮崪y溫度在162 ℃～170 ℃，攤鋪和易性良好。

4.1.4 碾壓

試驗段碾壓過程中遵循“緊跟慢壓、高頻低幅”的原則，壓路機在每次碾壓時應一直壓至攤鋪機熨平板的正后方約3 m處；控制初壓開始溫度在155 ℃～165 ℃，初壓結束溫度在140 ℃～155 ℃，復壓結束溫度應不低于125 ℃。

該試驗段施工過程中，分別試驗了三種碾壓方案：①膠輪碾壓7～8遍，鋼輪收面；②鋼輪和膠輪同進同退6～8遍；③鋼輪穩(wěn)壓1遍，膠輪碾壓6～8遍，鋼輪收面。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，橡膠改性瀝青混合料相比于普通瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料碾壓難度更高[9]，其壓實主要依靠膠輪的揉搓作用，鋼輪壓路機對橡膠改性瀝青混合料的壓實效果有限，且由于石灰?guī)r強度較低，鋼輪碾壓遍數(shù)過多將導致石料被壓碎。

采用方案①時，發(fā)現(xiàn)膠輪第一遍碾壓之后混合料產(chǎn)生較為明顯的軌跡，隨著碾壓遍數(shù)的增加軌跡雖然一直在減小，但很難消除，且鋼輪收面時路表溫度已經(jīng)在100 ℃左右，收面效果甚微。

采用方案②時，發(fā)現(xiàn)雖然能夠較好地消除方案①的輪跡問題，但是隨著碾壓遍數(shù)的增多，推移現(xiàn)象十分明顯，對平整度和路面厚度有較大不利影響。

采用方案③時，鋼輪收面很好地解決了前兩種方案的缺陷。鋼輪穩(wěn)壓1遍后，膠輪碾壓所產(chǎn)生的軌跡很小，且隨著膠輪碾壓遍數(shù)的增多，軌跡逐漸消除，甚至不需要鋼輪收面，故該碾壓方案作為今后的推薦方案。

4.2 工程應用效果

經(jīng)檢測，橡膠/SBS復合改性瀝青路面鉆芯壓實度為97%，平整度均值為0.59 mm，構造深度均值為0.40 mm，滲水系數(shù)為117 mL/min，均滿足規(guī)范要求。

長期性能監(jiān)測顯示，公路運行2年后，左幅橡膠/SBS復合改性瀝青路面較右幅普通瀝青路面裂縫數(shù)量、車轍深度顯著降低，路面行車噪聲降低約3.7 dB。

5 結論

（1）根據(jù)針入度、軟化點、延度、（180 ℃）旋轉(zhuǎn)黏度、存儲穩(wěn)定性、彈性恢復試驗結果，確定最佳工藝為：輕度脫硫膠粉摻量20%，SBS改性劑摻量2%。

（2）橡膠顆粒對連續(xù)級配的連續(xù)性有一定影響，建議活化程度較低的橡膠/SBS復合改性瀝青混合料采用間斷型級配鋪筑路面。

（3）復合改性瀝青混合料性能與SBS改性瀝青混合料相似，且較SBS改性瀝青混合料經(jīng)濟效益更高。

（4）復合改性瀝青路面施工時，宜采用鋼輪穩(wěn)壓1遍，膠輪碾壓6～8遍，鋼輪收面。橡膠/SBS復合改性瀝青路面服役期間，路用性能良好，可有效降低路面早期病害率和道路行車噪聲，具有可觀的經(jīng)濟效益及社會效益。