抗車轍劑－膠粉復合改性瀝青的高溫性能應用研究

劉清波

（中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030000）

膠粉改性瀝青擁有較好的路用性能，已越來越多地被應用于高速公路瀝青路面的上面層。在膠粉改性瀝青的工程應用中，曾出現過材料共混性較差、黏度較大等技術性難題，但隨著脫硫膠粉代替普通膠粉的出現，以上問題得到逐步改善[1]。經脫硫處理的膠粉，其與瀝青相容性較好，摻量更大，經濟價值更高。但脫硫膠粉制備的膠粉改性瀝青高溫性能相對SBS改性瀝青較差[2]，也使得膠粉改性瀝青在推廣應用中遇到一些障礙。

抗車轍劑是一種高性價比的瀝青改性劑，對改善高溫性能尤為明顯[3]。本文將抗車轍劑加入到膠粉改性瀝青，制得抗車轍劑-膠粉復合改性瀝青（簡稱AR-PR瀝青），與其他兩種改性瀝青進行高溫性能的比對測試研究，并進行試驗路的鋪筑，為膠粉改性瀝青的推廣和應用提供理論依據。

1 復合改性瀝青高溫性能試驗

1.1 原材料

基質瀝青選用中海70#石油瀝青，具體性能指標見表1。SBS選用中石油SBS獨山子T6302，脫硫膠粉選用山西省汾陽市演武鎮龍騰膠粉加工廠生產的30目脫硫膠粉，抗車轍劑選用山西省交通科技研發有限公司生產的優級抗車轍劑。石灰石及礦粉均選自山西省文水縣，其級配滿足AC-13瀝青混合料要求。

表1 基質瀝青性能指標

1.2 改性瀝青制備方案

SBS改性瀝青采用SBS和基質瀝青進行濕法工藝加工，SBS摻加量為基質瀝青質量比的4%。膠粉復合改性瀝青采用濕法工藝加工，具體方案為加熱基質瀝青至180℃后將其放入MAT三聯瀝青加工設備，按照質量比為25%內摻加入膠粉，啟動MAT螺旋混合推進器，在300 r/min的轉速下攪拌30 min，將瀝青打入膠體磨，研磨兩遍后打入改性瀝青儲罐發育30 min，經靜置發育氣泡消失，得到膠粉改性瀝青。AR-PR瀝青則是在膠粉改性瀝青的基礎之上再次加入膠粉改性瀝青質量比為5%的抗車轍劑，于180℃，500r/min的轉速下攪拌10min，得到AR-PR瀝青。

1.3 試驗方案

為更好比對AR-PR瀝青與SBS改性瀝青、膠粉改性瀝青的高溫性能應用效果，按照標準試驗規程對瀝青及其混合料進行主要指標的測試[4]。同時，采用動態剪切流變儀從微觀角度上測試車轍因子，測試參數為：應變值10%，轉速10 rad/s，加熱溫度區間60℃～80℃。

2 試驗結果及分析

2.1 路用性能分析

按照試驗規程，對SBS改性瀝青、膠粉改性瀝青、AR-PR瀝青在相同的試驗環境下分別進行了瀝青三大指標、彈性恢復以及薄膜老化試驗，測試結果見第109頁表2。

表2 改性瀝青主要技術指標測試結果

對比3種改性瀝青的性能指標，可以看出，在老化前，AR-PR瀝青的高溫穩定性最好，其軟化點最高，針入度最小，瀝青整體表現出硬和黏的特質，在高溫下變形度較小。AR-PR瀝青軟化點為74℃，針入度為20．5 cm。與膠粉改性瀝青相比，軟化點性能指標提升了28%，針入度性能指標降低了13%；與SBS改性瀝青相比，軟化點性能指標基本持平，針入度性能指標降低了19%。

在高溫敏感性和彈性恢復指標方面，AR-PR瀝青的黏性能夠應用于不同的高溫氣候區間，針入度指數最高，其高溫敏感性較低，AR-PR瀝青其彈性恢復達到了94%，對比膠粉改性瀝青提升了7%。AR-PR瀝青總體性能指標較適用于重載交通的需求。

在瀝青老化性能方面，AR-PR瀝青的殘留延度比、殘留針入度比和質量損失率3個指標上表現出很好的趨勢性，質量損失率最小，針入度比和延度比損失最小，均證明了AR-PR瀝青優秀的抗老化能力。由于膠粉與瀝青在加熱狀態下是通過溶脹交聯的形式進行反應，在老化后會存在離析的情況，抗車轍劑的加入提升了膠粉顆粒與瀝青的相容性、相連性。膠粉改性瀝青的老化性能雖較SBS有下降，但在抗車轍劑加入后，AR-PR瀝青的抗老化性能得到小幅提高。

2.2 高溫流變性能分析

瀝青在高溫下具有較好的黏彈性，通過動態流變儀可對瀝青高溫流變性進行較好的分析和數據補充。且在美國SHRP計劃中，使用車轍因子G*/sinδ作為評價瀝青抵抗高溫變形的能力指標。車轍因子越高，流動變形越小，高溫性能越好[5]。

圖1是車轍因子的測試結果圖，由圖1可知，車轍因子隨著溫度的上升在逐漸降低，在溫度達到70℃后變化較小。在相同溫度下，AR-PR瀝青的車轍因子最高，在60℃時，AR-PR瀝青車轍因子是膠粉改性瀝青車轍因子的2．7倍。抗車轍劑對膠粉改性瀝青的抗車轍效果提升顯著，表明其流動變形越小，高溫性能更好。

圖1 不同溫度下的車轍因子測試結果

2.3 混合料高溫穩定性

采用高溫抗車轍試驗為試驗模型，對混合料高溫穩定性進行評價。由于3種瀝青的黏度不同，分別取在最佳油石比條件下測試的3種改性瀝青的混凝土動穩定度和車轍板深度，具體試驗結果見表3。

表3 車轍試驗測試結果

由表3知，SBS改性瀝青混合料的平均動穩定度為3 543次/mm，性能指標滿足改性瀝青的動穩定度要求，與膠粉改性瀝青平均動穩定度3 256次/mm相比，其高溫穩定性略高。抗車轍劑對于瀝青混凝土具有較好的抗高溫變形性，AR-PR瀝青混合料的平均動穩定度最高，達到5 449次/mm，完全滿足重載交通環境下4 000次/mm的技術要求。可以看出，抗車轍劑加入后，改性瀝青的黏度得以提升，流動性下降，改性瀝青與石料的包裹力進一步提高，改性瀝青和石料之間黏結成為一個更為緊密的整體，其高溫下強度更高，更不易變形，提高了瀝青混凝土抵抗外界變形的能力。

3 試驗階段應用效果評價

永永高速于2018年底通車，通車前選用膠粉改性瀝青和AR-PR瀝青在行車道相鄰位置分別鋪設了長度100 m的試驗段。通車3年來，該路段因交通載荷適中，施工質量較高，路面整體未出現明顯病害。通過采用ARAN多功能道路檢測車對路面平整度進行檢測并結合路面鉆芯取樣的檢測方法對試驗段路面進行測試，兩處試驗段施工質量合格，滿足質量評定要求，具體檢測結果見表4。結合平整度指標，得知AR-PR瀝青試驗段平整度更高，耐久性更好，進一步證明AR-PR瀝青的高溫性能更優，適用于重載交通的要求。

表4 試驗段檢測結果

4 結束語

抗車轍劑-膠粉復合改性瀝青不僅保留了脫硫橡膠瀝青較好的儲存穩定性、低溫柔韌性和抗老化性能，同時還具備良好的高溫性能。抗車轍劑可有效提高膠粉改性瀝青的高溫穩定性，也使其溫度敏感性得到有效控制。結合試驗段的應用效果進一步證明，抗車轍劑-膠粉復合改性瀝青的高溫性能更優，適用于重載交通的要求。