高速公路膠粉改性瀝青路面研究

王治強(qiáng)

（河北省高速集團(tuán)有限公司張承分公司，河北 張家口 075000）

0 引言

隨著現(xiàn)代交通高速、重載、大流量和渠化現(xiàn)象日益嚴(yán)重及特殊地理環(huán)境等氣候條件影響，瀝青路面出現(xiàn)了不同形式的病害，致使瀝青路面低溫裂縫發(fā)生極為普遍。為了防止瀝青路面的早期破壞，使用優(yōu)質(zhì)的改性瀝青來(lái)改善瀝青混合料的使用品質(zhì)、延長(zhǎng)路面的使用壽命已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外重視的先進(jìn)技術(shù)之一[1]。

橡膠改性瀝青，尤其是利用廢舊輪胎制作橡膠粉而生產(chǎn)的橡膠瀝青既具有顯著改善道路路用性能的突出優(yōu)點(diǎn)，又極具經(jīng)濟(jì)、環(huán)保使用價(jià)值。使用同樣的路面結(jié)構(gòu)厚度，橡膠瀝青路面比普通瀝青路面可延長(zhǎng)3～5年使用壽命，如果同樣道路設(shè)計(jì)的使用壽命年限，則橡膠瀝青路面厚度至少可減薄1/2，在節(jié)約大量建設(shè)費(fèi)用的同時(shí)，還可縮短施工工期。

1 瀝青混合料設(shè)計(jì)

基于相關(guān)規(guī)范要求，本文將對(duì)所研究材料的性能進(jìn)行試驗(yàn)，再設(shè)計(jì)其目標(biāo)配合比，并對(duì)比瀝青混合料不同類型的路用性能，為具體工程實(shí)施提供參考。本文以張承高速中修罩面工程為依據(jù)，對(duì)試驗(yàn)段所使用的瀝青材料進(jìn)行研究。此次試驗(yàn)以A-70石油瀝青為基質(zhì)瀝青，以貨車輪胎廢舊橡膠粉作為膠粉材料，所用的膠粉目數(shù)為20目。對(duì)于膠粉改性瀝青而言，其性能不僅受到膠粉粒徑的影響，膠粉的摻量也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。一般情況下多采用15%左右的摻量。對(duì)于不同的膠粉摻量而言，其黏彈性也會(huì)有所變化。本文對(duì)不同膠粉摻量下的瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)。具體流程為：將基質(zhì)瀝青在170℃環(huán)境下進(jìn)行融化，再在基質(zhì)瀝青中將橡膠粉按照不同摻量進(jìn)行攪拌混合，使其具有較為均勻的分布。采用高速剪切儀在190℃左右的環(huán)境對(duì)所得瀝青混合料進(jìn)行60min的高速剪切，并將其在180℃下進(jìn)行50min的保溫發(fā)育，持續(xù)攪拌至其有氣泡冒出，所得即為試驗(yàn)樣品。

從所得結(jié)果可知，膠粉改性瀝青的高溫穩(wěn)定性隨著不斷提高的膠粉摻量表現(xiàn)出不斷提高的趨勢(shì)，對(duì)于瀝青混合料的彈性恢復(fù)性能而言，當(dāng)橡膠粉的摻量從14.5%上升到17.5%時(shí)，其有著13%左右的增長(zhǎng)，軟化點(diǎn)則有著11%左右的增長(zhǎng)，即對(duì)于膠粉改性瀝青而言，橡膠粉的摻入量能夠使其性能得到較大的提高。本文另外以SBS改性瀝青混合料以及基質(zhì)瀝青混合料為研究對(duì)象，三種瀝青所采用的級(jí)配均相同。基于相關(guān)技術(shù)規(guī)范中的要求，本文在對(duì)AC-13C進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)共采用了三種級(jí)配類型。基于馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)其最佳油石比進(jìn)行分析。三種瀝青混合料的最佳油石比分別是：膠粉改性瀝青為5.0%，SBS改性瀝青混合料為4.9%，基質(zhì)瀝青混合料為4.3%。

2 路用性能檢測(cè)

2.1 高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)

高溫穩(wěn)定性是瀝青混合料的基本性能，特別是當(dāng)前交通環(huán)境下，部分高速公路存在較為顯著的車轍病害，而沒(méi)有其他早期病害[2]。因此對(duì)膠粉改性瀝青混合料的高溫性能進(jìn)行分析存在較大的必要性。

基于相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范，將膠粉瀝青混合料制成有著300mm長(zhǎng)度，300mm寬度以及50mm厚度的試塊，在60℃環(huán)境下，采用0.7MPa的輪壓開展車轍試驗(yàn)，并對(duì)三種瀝青混合料的性能進(jìn)行對(duì)比分析。三種瀝青混合料的車轍試驗(yàn)均滿足動(dòng)穩(wěn)定度在2800次/mm以上的要求。在三種瀝青混合料中，相比于基質(zhì)瀝青而言，膠粉改性瀝青有著較大的動(dòng)穩(wěn)定度提升量，表明從高溫穩(wěn)定性的角度進(jìn)行考慮時(shí)，膠粉改性瀝青具有較為顯著的效果，其主要是因?yàn)樵跒r青中膠粉出現(xiàn)溶解，并隨之出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，降低瀝青對(duì)溫度的敏感性，從而使瀝青路用性能得到較大的改善，提高其高溫穩(wěn)定性。相比于SBS改性瀝青混合料，膠粉瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性相比雖然較低，但差距較小，表明兩者均具備足夠的高溫穩(wěn)定性。

2.2 水穩(wěn)定性檢驗(yàn)

在降水作用下，瀝青路面主要包括兩種破壞形式，分別為：水的作用降低了瀝青的黏附性，從而使其強(qiáng)度以及勁度均有所降低；水的作用使瀝青和集料的黏結(jié)被切斷，從而降低了瀝青與集料的吸附力，使得集料表面出現(xiàn)瀝青剝落的情況[3]。

（1）浸水馬歇爾試驗(yàn)

基于相關(guān)規(guī)范制備成型試件，并在60℃環(huán)境下開展浸水試驗(yàn)。在三種瀝青混合料中，經(jīng)SBS以及膠粉改性過(guò)后的瀝青混合料均具備85以上的殘留穩(wěn)定度，說(shuō)明兩種瀝青的水穩(wěn)定度滿足要求。相比于SBS改性瀝青而言，膠粉改性瀝青具有較小的殘留穩(wěn)定性，但相差較小。

（2）凍融劈裂檢驗(yàn)

如圖1所示，對(duì)比三種瀝青混合料的試驗(yàn)結(jié)果可知，相比于凍融劈裂強(qiáng)度而言，其殘留穩(wěn)定度均較大，主要是因?yàn)閮鋈谂褟?qiáng)度有著比浸水馬歇爾試驗(yàn)更加嚴(yán)苛的環(huán)境，故有著更高的抗水損害性能要求。相比兩種改性瀝青可知，SBS改性瀝青在兩種試驗(yàn)下均具有較好的效果，但兩種瀝青混合料的試驗(yàn)結(jié)果相差較小，比起基質(zhì)瀝青而言，兩種改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性均已符合要求。

圖1 瀝青混合料水穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果

2.3 低溫抗裂性試驗(yàn)

在低溫環(huán)境下，瀝青路面主要產(chǎn)生溫縮和疲勞兩種開裂形式。所謂溫縮開裂即在瀝青路面出現(xiàn)的從上到下的裂縫，疲勞開裂則是因溫度循環(huán)的作用使得瀝青路面的松弛性能不斷減小，使其極限拉應(yīng)變也出現(xiàn)降低，使得瀝青路面的抗拉強(qiáng)度小于溫度應(yīng)力，從而有開裂出現(xiàn)。按照相關(guān)要求，本文將對(duì)其開展低溫彎曲試驗(yàn)。所得結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 瀝青混合料彎拉勁度模量試驗(yàn)結(jié)果

圖3 瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果

兩種改性瀝青混合料均具有2500με以上的最大彎拉應(yīng)變，基質(zhì)瀝青混合料具有2000με以上的最大彎拉應(yīng)變，即三種瀝青混合料的低溫抗裂性均符合規(guī)范限制。相比于SBS改性瀝青而言，膠粉瀝青混合料在破壞時(shí)有著更大彎拉應(yīng)變，其主要是因?yàn)橄鹉z粉在低溫環(huán)境下能夠使瀝青混合料的收縮變形性能有所提高，即對(duì)于瀝青混合料的低溫性能而言，采用膠粉進(jìn)行改性比起采用SBS進(jìn)行改性能夠取得更好的效果。

3 結(jié)論

基于上述分析，本文主要得出以下結(jié)論：

（1）根據(jù)對(duì)不同橡膠粉摻量下的試驗(yàn)結(jié)果可知，其高溫穩(wěn)定性隨著不斷增加的橡膠粉表現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，當(dāng)橡膠粉目數(shù)為20目時(shí)，基于對(duì)施工便利性的考慮，應(yīng)采用17%的膠粉摻量。

（2）對(duì)所使用材料開展馬歇爾試驗(yàn)，可知三種瀝青混合料性能均滿足要求。在對(duì)配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可知，級(jí)配相同時(shí)，三種瀝青的最佳油石比分別為：膠粉改性瀝青5.0%，SBS改性瀝青4.9%，基質(zhì)瀝青為4.3%。

（3）通過(guò)對(duì)瀝青混合料所開展的試驗(yàn)研究可知，膠粉瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性以及低溫抗裂性均滿足要求，且其在低溫狀態(tài)下有著比SBS改性瀝青更好的抗裂性能。