微波加熱Superflex改性瀝青及瀝青混合料性能研究

陳錦，羅坤

（長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南　長沙　410004）

微波加熱Superflex改性瀝青及瀝青混合料性能研究

陳錦，羅坤

（長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙410004）

考慮到傳統的烘箱加熱對高熔化點的Superflex改性瀝青的結構和性能會產生不良影響，通過微波這種加熱速度快、使物質自身發熱、被加熱物質能全方位均勻受熱的加熱方法來加熱Superflex改性瀝青，分析其對Superflex改性瀝青及瀝青混合料性能的影響，并與烘箱加熱進行對比，結果表明采用微波加熱的Superflex改性瀝青及其瀝青混合料的性能更好。

公路；Superflex改性瀝青；微波加熱；烘箱加熱

瀝青性能是瀝青混合料路用性能好壞的關鍵。Superflex中含有天然屑粒狀的橡膠，擁有高粘度、高軟化點和高粘結性，拌和成的混合料具有抗車轍能力強、高溫穩定性良好的優點。但Superflex粘度太高，必須和基質瀝青配合才能使用。Superflex在常溫狀態下為黑色固態，進行加熱處理后才能與加熱后的基質瀝青通過剪切進行混溶，提高二者的相容性。傳統的加熱方式一般為烘箱加熱，而Superflex的熔點較高，加熱至液態的時間較長，長時間的加熱可能會使其老化，結構上受到一定破壞，降低與瀝青的相容性。而且烘箱加熱是由外而內，無法使Superflex均勻受熱，外層加熱時間大大長于內部，受到的影響更為嚴重。而微波是全方位均勻加熱。為此，該文運用微波對Superflex進行加熱，并與傳統加熱方法進行對比分析。

1　Superflex改性瀝青性能指標分析

Superflex是一種高濃度的天然屑粒橡膠，具有很高的粘度，必須摻入基質瀝青中進行混溶才能使用。試驗采用70#基質瀝青，Superflex摻量取為15％。分別將Superflex放入微波爐和烘箱中進行加熱，加熱溫度均為190℃，達到液態時取出，取15％Superflex摻入已在120℃溫度下加熱至液態的70#基質瀝青中，迅速進行人工快速攪拌再通過剪切制取改性瀝青。為避免剪切速度和高溫下長時間加熱對二者相容的影響，采用5 000 r/min剪切速度，剪切時間為30 min，剪切溫度為150～180℃。經微波加熱制取的Superflex改性瀝青的性能指標如表1所示，經烘箱加熱制取的Superflex改性瀝青的性能指標如表2所示，70#基質瀝青的性能指標如表3所示。

表1　微波加熱制取的Superflex改性瀝青的性能指標

表2　烘箱加熱制取的Superflex改性瀝青的性能指標

為避免單次試驗操作出現失誤造成誤差，進行3次完全獨立的試驗，每次試驗取其均值作為最終結果。瀝青三大性能指標試驗結果如圖1所示。

從圖1可以看出：1）Superflex改性瀝青的針入度呈現上升趨勢，基質瀝青的針入度最大，微波加熱Superflex改性瀝青的最小，烘箱加熱的次之，說明基質瀝青經改性后稠度明顯變大。但微波加熱和烘箱加熱的差距不是很大，說明經微波加熱后的Superflex改性瀝青對針入度的敏感性并不強。2）軟化點呈現遞減趨勢，微波加熱Superflex改性瀝青的軟化點最大，基質瀝青最小，遞減幅度較大，說明經過Superflex改性后，瀝青的高溫性能得到很大提高。微波加熱對瀝青的高溫性能有更大的增強作用。3）與烘箱加熱相比，微波加熱的Superflex改性瀝青的延度增大幅度較大，說明微波加熱使瀝青的低溫性能得到一定增強。

圖1　瀝青三大性能指標試驗結果

從表1～3可以看出：添加Superflex后，瀝青的運動粘度有一定提高，且向良性發展；瀝青的彈性恢復明顯提高，延度試驗時發現添加Superflex的改性瀝青拉伸斷裂時斷裂處較粗且整齊，說明Superflex中的天然屑粒橡膠起到了一定作用。微波的作用原理是使加熱的物質自身作為發熱體，全方位同時進行加熱，且加熱均勻不會破壞加熱物質本身的結構，這樣可使屑粒橡膠得到充分活化，活化程度比烘箱通過傳導進行加熱的好得多，因而經微波加熱的Superflex改性瀝青產生更強的改性效果。

2　Superflex改性瀝青混合料配合比設計

Superflex改性瀝青混合料試驗采用瀝青路面中常用的設計級配SMA-16。根據JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》中瀝青砼混合料礦料級配范圍，為避免集料偏差對混合料的性能產生影響，并便于進行烘箱加熱與微波加熱Superflex改性瀝青性能比較，采用規范要求的設計中值。粗集料采用在路用性能方面表現較好的玄武巖，細集料為石灰巖，礦粉的用量控制在10％。Superflex改性瀝青混合料的級配設計如圖2所示。

圖2　Superflex改性瀝青混合料的配合比

通過馬歇爾試驗，確定Superflex改性瀝青混合料設計級配的油石比為6％。油石比為6％的馬歇爾試驗結果如表4所示，符合規范要求。

表4　Superflex改性瀝青混合料的馬歇爾試驗結果

3　Superflex改性瀝青混合料性能對比分析

3.1高溫穩定性

瀝青混合料的高溫穩定性主要通過車轍試驗來評價，在路用性能檢測中是非常重要的一項指標。車轍試驗通過檢測瀝青混合料試件在有限的時間內、規定的溫度和試驗輪接地壓強條件下，在車輪的持續來回運動中所產生的永久變形，得到瀝青混合料抵抗塑性流動變形的能力。為了實現Superflex改性瀝青經微波加熱和烘箱加熱后的性能對比，設定車轍試驗時間為1 h、溫度為60℃、試驗輪接地壓強為（0.7±0.05）MPa；車轍試件為試驗室標準試件，尺寸為300 mm×300 mm×50 mm；為減小試驗誤差，每種混合料均制作3個試件。試驗結果如表5和圖3所示。

表5　Superflex改性瀝青混合料車轍試驗結果

圖3　Superflex改性瀝青混合料車轍試驗結果

由表5和圖3可以看出：在70#基質瀝青中添加Superflex改性瀝青后，混合料的動穩定度顯著提高。微波加熱的Superflex制成的改性瀝青混合料的動穩定度比烘箱加熱的高900次/mm左右，說明微波加熱Superflex改性瀝青混合料的高溫穩定性得到一定提高，明顯優于傳統的烘箱加熱。

3.2水穩定性

在多雨季節，由于路面排水不及時導致路面長時間與水接觸，瀝青路面產生水損壞。按照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》的要求，通過浸水馬歇爾試驗（48 h）和凍融劈裂試驗對微波加熱和烘箱加熱的Superflex改性瀝青混合料的水穩定性進行分析，結果如表6～7所示。

從表6可以看出：添加Superflex后，瀝青混合料的抗水損害能力明顯提高。在同等條件下，由經微波加熱的Superflex制成的改性瀝青混合料的穩定度均比烘箱加熱的大，殘留穩定度也比烘箱加熱的提高2％，說明經過48 h水損后，由微波加熱的Superflex制成的改性瀝青混合料具有更強大的抵抗破壞的能力，能承受更大的荷載，水穩定性較好。

從表7可以看出：添加Superflex后，瀝青混合料未經過凍融和經過凍融循環后的劈裂抗拉強度都明顯提高；經微波加熱的Superflex改性瀝青混合料的提高幅度更高，說明Superflex經微波加熱后，對拌和成型的瀝青混合料的水穩定性有一定加強，抵抗水損害的能力更好。

4　結語

該文考慮到加熱原理的不同，對Superflex加熱后的改性效果有一定影響，對比分析了微波加熱和烘箱加熱對Superflex的改性效果。結果表明：經微波加熱的Superflex改性瀝青的針入度有一定下降，表明其稠度增大；軟化點和延度有明顯提高，表明改性瀝青的高溫性能和低溫性能都得到改善；旋轉粘度有所增加，表明微波加熱對運動粘度的影響向良性發展，彈性恢復的提高表明微波加熱更能使由天然屑粒橡膠構成的Superflex改性瀝青產生更好的改性效果。同時對比分析了經微波加熱和烘箱加熱的Superflex拌和成的改性瀝青混合料的性能，結果顯示經微波加熱后拌和的混合料的高溫穩定性和水穩定性都有一定提高，路用性能更好。

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U416.217

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1671-2668（2016）01-0101-03

2015-04-20