溫拌膠粉改性瀝青混合料性能研究

張玉軍

（山西交通控股集團有限公司 運城北高速公路分公司，山西 運城 044000）

0 引言

目前高等級公路路面普遍使用瀝青路面，瀝青混合料的生產(chǎn)和應(yīng)用在能源消耗和溫室氣體排放方面對環(huán)境產(chǎn)生了較大負面影響[1]。為了解決這個問題，降低瀝青混合料的生產(chǎn)溫度一直是路面材料研究領(lǐng)域的熱門話題，并且已有一些技術(shù)可以有效地減少環(huán)境影響，降低施工作業(yè)人員的健康和安全風險，產(chǎn)生了很好的社會效益[2]。根據(jù)生產(chǎn)溫度的不同，瀝青混合料可以分為熱拌瀝青混合料（大于150℃），溫拌瀝青混合料（100℃～150℃）和冷拌瀝青混合料（0～40℃）。盡管冷拌瀝青混合料具有降低能源消耗的優(yōu)點，但是與熱拌瀝青混合料相比，其耐久性存在一些問題，因此在大交通量的路面中使用冷拌瀝青混合料受到限制[3-5]。

由廢舊輪胎制備的膠粉可以提高瀝青混合料的抗疲勞性能、抗車轍性能，從而提高路面的耐久性。此外，膠粉可以改善路面防滑性能，減少路面噪聲，并可以繼續(xù)回收利用。盡管如此，在瀝青混合料中摻入膠粉會增加瀝青的黏度，因此需要較高的生產(chǎn)溫度（大于175℃）才能確保集料被均勻裹覆。已有研究顯示，使用溫拌添加劑，可以降低瀝青在高溫下的黏度，從而降低瀝青混合料的生產(chǎn)溫度。研究在135℃、155℃和175℃下使用殼牌90號基質(zhì)瀝青、15%摻量的膠粉（以瀝青重量計）和溫拌添加劑Sasobit制備膠粉改性瀝青混合料，并對其性能進行測試。

1 材料與試驗設(shè)計

1.1 集料

集料材質(zhì)為石灰?guī)r碎石，表1為集料的技術(shù)指標。礦粉為同材質(zhì)石灰?guī)r礦粉填料。

表1 集料的技術(shù)指標

1.2 膠粉

膠粉通過低溫研磨技術(shù)生產(chǎn)，通過方孔篩篩分后的結(jié)果及其他技術(shù)指標如表2所示，其主要化學(xué)成分見表3。

表2 膠粉技術(shù)指標

表3 膠粉主要化學(xué)成分

1.3 溫拌添加劑

溫拌添加劑Sasobit可以在高于120℃的溫度下完全溶于瀝青，降低瀝青的黏度，因此可降低瀝青混合料的生產(chǎn)溫度。同時，由于其在低于65℃下產(chǎn)生結(jié)晶，可以提高瀝青混合料的抗車轍性能。研究中，溫拌添加劑Sasobit的摻量為3%（以瀝青重量計）。

1.4 級配

選用殼牌90號基質(zhì)瀝青，瀝青混合料級配選用AC-13類型，各檔料篩孔通過率見表4。

表4 AC-13級配曲線

2 試樣制備及試驗方法

2.1 試樣制備

溫拌膠粉改性瀝青的制備過程中，分別在135℃、155℃和175℃試驗條件下，采用普通攪拌的方式以300 r/min速度將膠粉、Sasobit和90號瀝青混合攪拌60 min，從而制備得到溫拌膠粉改性瀝青。

2.2 試驗方法

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）[6]中T0625—2011進行瀝青黏度試驗。根據(jù)T0729—2000和T0733—2011，采用浸水馬歇爾試驗方法和肯塔堡飛散試驗方法檢測各種瀝青混合料試件的水穩(wěn)定性和粒料損失。根據(jù)T0719—2011，在60℃下使用胎壓為0.7 MPa的加載輪進行試驗并計算動穩(wěn)定度。

3 高摻量細膠粉體積特性與路用性能分析

3.1 瀝青黏度試驗

圖1為溫拌添加劑Sasobit在3%摻量條件下，基質(zhì)瀝青和膠粉改性瀝青的黏度。從圖1可見，由于瀝青是黏彈性材料，各種瀝青隨著溫度變化的趨勢基本相同，均呈現(xiàn)逐步降低。在不同溫度條件下，膠粉改性瀝青的黏度要高于基質(zhì)瀝青（135℃試驗條件下黏度最高）。當試驗溫度繼續(xù)升高，二者的黏度差值變小。無論是基質(zhì)瀝青還是膠粉改性瀝青，加入溫拌添加劑Sasobit都會使瀝青黏度降低。

圖1 瀝青的黏度試驗

3.2 飛散試驗結(jié)果

圖2顯示了各種瀝青混合料的肯塔堡飛散試驗損失。從圖中可以看到，不同瀝青混合料隨著生產(chǎn)溫度的降低，粒料損失率呈增加趨勢。與90號基質(zhì)瀝青對比組相比，所有膠粉瀝青混合料均具有更高的質(zhì)量損失，顯示膠粉瀝青混合料的耐磨性較差。盡管如此，僅有膠粉改性瀝青混合料在135℃條件下試驗組的質(zhì)量損失大于20%，其他各組均滿足規(guī)范要求，具有足夠的抗磨損性能。

圖2 瀝青混合料飛散損失

3.3 水穩(wěn)定性試驗結(jié)果

從圖3可以看到，不同瀝青混合料試件的殘留穩(wěn)定度值受溫度影響較大。隨著溫度的降低，各種瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度逐漸降低。在135℃條件下，不同瀝青混合料試件殘留穩(wěn)定度都不能達到規(guī)范的要求，這是因為太低的拌和溫度使瀝青不能完全裹覆集料，增大了混合料的水損壞概率。當生產(chǎn)溫度為155℃和175℃時，殘留穩(wěn)定度值均滿足規(guī)范不小于85%的要求，且膠粉改性瀝青混合料試驗值均高于普通瀝青混合料組，這是因為在此溫度下，膠粉瀝青的黏度大，增大了瀝青砂漿的黏度，提高了混合料的抗水損性。使用溫拌添加劑后，均不同程度地提高了混合料的殘留穩(wěn)定度。

圖3 不同瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度

3.4 車轍試驗結(jié)果

圖4為車轍試驗的結(jié)果。可以觀察到，135℃成型試驗條件下，各組瀝青混合料的車轍試驗結(jié)果均低于其他兩個溫度下試驗值，155℃試驗組和175℃試驗組的結(jié)果較為接近。這是因為135℃成型試驗條件下，瀝青黏度太大影響了混合料的均勻性。同時可以觀察到，使用了溫拌添加劑Sasobit后，瀝青混合料的動穩(wěn)定度均有不同程度的提高，這是因為Sasobit本身也是一種高溫抗車轍劑，在低于65℃下產(chǎn)生結(jié)晶而提高了瀝青混合料的抗車轍性能。

圖4 不同瀝青混合料的動穩(wěn)定度

4 結(jié)論

該研究在不影響瀝青混合料性能的情況下，添加溫拌添加劑Sasobit，分析降低生產(chǎn)溫度后制備溫拌膠粉改性瀝青混合料（膠粉摻量為15%）的可行性。試驗所得結(jié)論如下：

a）瀝青黏度試驗表明，90號瀝青提供了足夠的可加工性，可用于在155℃的溫度下生產(chǎn)溫拌膠粉改性瀝青混合料。

b）為了降低生產(chǎn)溫度，使用了有機溫拌添加劑Sasobit，可以改善膠粉改性瀝青與集料的黏附性，提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性和抗車轍性能。使用3%摻量的溫拌添加劑可使膠粉改性瀝青混合料的生產(chǎn)溫度降低20℃，其高溫抗車轍性能、水穩(wěn)定性等路用性能滿足規(guī)范要求。