天然巖瀝青/橡膠粉復合改性瀝青混合料路用性能研究

摘要：為了探究阿爾巴尼亞巖瀝青（簡稱ARA）和橡膠粉的復合改性對瀝青混合料路用性能的影響，文章基于車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來研究改性瀝青混合料的路用性能。結果表明：ARA/橡膠粉復合改性瀝青具有良好的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能和水穩定性能；ARA的摻入會降低基質瀝青的低溫抗裂性能，而橡膠粉的摻入能提高基質瀝青的低溫抗裂性能。

關鍵詞：阿爾巴尼亞巖瀝青；橡膠粉；改性瀝青；路用性能

中圖分類號：U416.03

0 引言

瀝青路面經常出現裂縫、車轍等病害［1］，導致其實際壽命達不到規范的設計壽命。為提升路面的使用質量，延長瀝青路面服役壽命，可將改性劑摻入瀝青［2］，起到提高瀝青性能的作用。改性劑的種類有很多，其中天然巖瀝青改性劑是一種石油類物質，其與基質瀝青有較好的配伍性，且對瀝青和瀝青混合料的高溫性能、抗老化性能以及水穩定性有較好的提高［3］，但是會影響低溫抗裂性能［4］。與此同時，橡膠粉能改善基質瀝青的低溫性能［5］，故本文嘗試添加橡膠粉來彌補天然巖瀝青對瀝青低溫性能的損害。

潘若妤等［6］的研究表明，巖瀝青可以提高復合改性瀝青的高溫性能，但會稍微降低其低溫性能。Yilmaz等［7］以不同的天然瀝青與SBS作為復合改性劑制得多種復合改性劑，進行試驗對比，結果表明，TLA-SBS復合改性瀝青具有最高的水穩定性、抗老化性能。秦慧［8］對青川巖瀝青+膠粉復合改性瀝青進行研究，得出青川巖瀝青可提升膠粉改性瀝青的高溫性能，且對膠粉改性瀝青的低溫性能影響不大的結論。

綜上所述，阿爾巴尼亞巖瀝青（簡稱ARA）和橡膠粉復合改性瀝青有一定的理論應用基礎，因此本文以阿爾巴尼亞巖瀝青（一種天然巖瀝青）、橡膠粉和基質瀝青為試驗材料來研究改性瀝青混合料的路用性能。

1 試驗材料

（1）本試驗采用A-70#道路石油瀝青，其技術指標見表1。

（2）本試驗采用的天然巖瀝青為阿爾巴尼亞巖瀝青，其技術指標見表2。

（3）本試驗采用的橡膠粉技術指標見表3。

（4）本試驗粗細集料為輝綠巖集料，其性能試驗結果如表4和表5所示，其主要的技術指標均滿足規范要求。

（5）本試驗采用石灰石礦粉，主要技術指標見表6。

2 試驗方法

2.1 復合改性瀝青的制備

將70#基質瀝青放入烘箱加熱至160 ℃，再依次將改性劑摻入瀝青中，同時用玻璃棒攪拌使其初步分散均勻。之后采用高速剪切機剪切瀝青1 h，剪切速率為6 000 r/min。將剪切后的改性瀝青放入175 ℃烘箱中溶脹發育1 h。本文研究采用的改性劑摻量分別為：10%ARA、10%橡膠粉、10%ARA+10%橡膠粉。

2.2 礦料級配組成設計

改性瀝青混合料主要用于路面上面層，而上面層一般采用細粒式密集配，故本文選用AC-13型連續密集配。為確保試驗研究的可重復性和對比分析，采用AC-13級配范圍中值作為礦料合成級配。混合料最佳油石比通過試驗確定為5.0%。

2.3 高溫抗車轍試驗

采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）（以下簡稱規程）中的方法輪碾法來成型車轍板試件，然后將試件放入車轍試驗儀中進行試驗，以此評價混合料高溫抗車轍性能。試驗溫度采用70 ℃±1 ℃，荷載輪壓為1.0 MPa±0.05 MPa。

2.4 低溫彎曲試驗

根據規程中的方法將車轍板切割成250 mm×30 mm×35 mm的小梁試件，然后將試件放入低溫彎曲試驗儀中進行試驗，以此評價混合料低溫抗裂性能。試驗溫度為0 ℃和-10 ℃，加載速率為50 mm/min。

2.5 水穩定性試驗

根據規程中的方法采用最佳油石比成型馬歇爾試件，每種瀝青混合料均成型兩組試件，然后將試件置于60 ℃的恒溫水浴中浸泡，第一組30 min，第二組48 h，浸泡結束后進行試驗，以此評價混合料的水穩定性能。

3 結果分析

3.1 高溫抗車轍性能

車轍試驗結果取三次試驗平均值，具體數值見圖1。分析可知，由基質瀝青和ARA/橡膠粉復合改性瀝青的動穩定度可以看出，摻入ARA和橡膠粉，會使瀝青混合料的動穩定度增加，表明其抗車轍性能增強。復合改性瀝青混合料動穩定度約為基質瀝青的5倍，說明ARA/橡膠粉復合改性瀝青抗車轍性能得到增強，抗永久變形能力得到提升。

3.2 低溫抗裂性能

低溫彎曲試驗結果如圖2～5所示。分析圖2和圖3可知，在0 ℃時，摻入10%ARA的瀝青混合料的彎拉應變值最低，其值為4 027 με，摻入10%橡膠粉的最高，其值為8 065 με；在-10 ℃時，摻入10%ARA的瀝青混合料的彎拉應變值最低，其值為2 511 με，摻入10%橡膠粉的最高，其值為4 036 με。同時，ARA/橡膠粉復合改性瀝青低溫性能相對于橡膠瀝青有所下降但比基質瀝青高。綜合分析可以得到，橡膠粉的摻入會提高瀝青的低溫抗裂性能，ARA的摻入會削弱瀝青的低溫抗裂性能。

分析圖4和圖5可以得出，在0 ℃時，摻入10%ARA的瀝青混合料的勁度模量值最大，其值為587 MPa，摻入10%橡膠粉的瀝青混合料的勁度模量值最小，其值為311 MPa；在-10 ℃時，摻入10%ARA的瀝青混合料的勁度模量值最大，其值為3 568 MPa，摻入10%橡膠粉的瀝青混合料的勁度模量值最小，其值為2 037 MPa。同時，ARA/橡膠粉復合改性瀝青低溫性能相對于橡膠瀝青有所下降但比基質瀝青高。綜合分析可以得到，ARA的摻入會削弱瀝青的低溫抗裂性能，橡膠粉的摻入會提高瀝青的低溫抗裂性能。

3.3 水穩定性能

浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗結果如圖6和圖7所示。由圖6可知，ARA、橡膠粉和ARA/橡膠粉復合改性瀝青混合料的殘留穩定度均高于基質瀝青，且ARA/橡膠粉復合改性瀝青最大。這表明在摻入ARA和橡膠粉后瀝青混合料的水穩定性提高，ARA/橡膠粉復合改性瀝青提升效果最好。

由圖7可知，ARA、橡膠粉和ARA/橡膠粉復合改性瀝青混合料凍融前后的劈裂抗拉強度都大于基質瀝青，故摻入ARA和橡膠粉均能增大抗拉強度。摻入10%ARA+10%橡膠粉時凍融前后其抗拉強度增加最多，表明ARA/橡膠粉復合改性瀝青混合料水穩定性的提升效果最好。

4 結語

本文通過對ARA、橡膠粉和ARA/橡膠粉復合改性瀝青混合料進行車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來研究改性瀝青混合料的路用性能。可以得出以下結論：

（1）ARA/橡膠粉復合改性瀝青具有良好的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能和水穩定性能。

（2）基質瀝青中摻入ARA和橡膠粉能提高基質瀝青的高溫抗車轍性能。

（3）ARA的摻入會降低基質瀝青的低溫抗裂性能，而橡膠粉的摻入能提高基質瀝青的低溫抗裂性能。

參考文獻

［1］張文強.半剛性基層瀝青路面早期病害及其防治［J］.石材，2023（10）：30-32.

［2］陳 栩，李 麗，姜云天.改性瀝青的發展綜述［J］.四川建材，2018，44（5）：20-21.

［3］陸兆峰，何兆益，秦 旻.采用天然巖瀝青改性的瀝青混合料路用性能［J］.中南大學學報（自然科學版），2010，41（6）：2 407-2 411.

［4］王如先.天然瀝青對道路石油瀝青路用性能的影響研究［J］.華東交通大學學報，2018，35（4）：21-29.

［5］王衛雷，馬 柱，李大為，等.膠粉摻量對橡膠改性瀝青低溫性能的影響［J］.城市道橋與防洪，2021（6）：278-281，29.

［6］潘若妤，孫曉民，陳彥先，等.SBS/巖瀝青復合改性瀝青基本性能研究［J］.重慶交通大學學報（自然科學版），2009，28（3）：548-550.

［7］Yilmaz M，Qeloglu M E.Effects of SBS and different natural asphalts on the properties of bituminous binders and mixtures［J］.Construction amp; Building Materials，2013（44）：533-540.

［8］秦 慧.國產巖瀝青與TB膠粉復合瀝青性能及改性機理研究［J］.公路工程，2017，42（5）：364-372.

收稿日期：2024-03-17

作者簡介：巫雪瀟（1990—），工程師，主要從事公路勘察設計工作。