張 璐，李 偉，任 澤

(1.中國(guó)建筑股份有限公司河北分公司，河北石家莊 050011;2.石家莊市京昆高速公路石太管理處，河北石家莊 050073;3.河北省高速公路石安管理處，河北石家莊 050031)

0 引言

采用橡膠粉對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，既可以有效提高瀝青的路用性能，又可以充分利用廢舊橡膠輪胎［1］。然而，由于制備工藝的限制，橡膠瀝青中的膠粉與瀝青不能相容，導(dǎo)致橡膠瀝青不能穩(wěn)定存貯［2］，增加了質(zhì)量控制的難度，生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用也都不方便，從而影響瀝青混合料的路用性能，阻礙了橡膠瀝青在國(guó)內(nèi)外的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。近年來(lái)，國(guó)際上的初步研究表明，采用高溫脫硫技術(shù)是解決膠粉與瀝青相容性問(wèn)題的有效手段［3］。這一技術(shù)與橡膠瀝青技術(shù)的不同在于，采用高溫使膠粉在瀝青中發(fā)生徹底的脫硫與裂解反應(yīng)，脫硫裂解后的膠粉與瀝青相容，再向其中加入硫磺，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而形成穩(wěn)定的膠粉改性瀝青，這在國(guó)外被稱為Terminal Blend膠粉改性瀝青(簡(jiǎn)稱TB膠粉改性瀝青)。

TB膠粉改性瀝青在性能、環(huán)保、成本等方面有較好的優(yōu)勢(shì)。在性能上，國(guó)外既有的實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)、加速加載試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路鋪設(shè)等均表明其具有良好的高溫與低溫性能，并可穩(wěn)定存貯和工廠化生產(chǎn);在環(huán)保上，不僅可以利用廢舊橡膠輪胎，而且膠粉是在密閉容器中反應(yīng)，產(chǎn)生的廢氣可通過(guò)燃燒法處理，不污染環(huán)境;在成本上，僅比重交瀝青稍貴，低于SBS改性瀝青。最近10年，TB膠粉改性瀝青技術(shù)一直在不斷地發(fā)展和完善，并從改性瀝青向乳化瀝青和路面養(yǎng)護(hù)方面延伸［4］。在應(yīng)用場(chǎng)合上，除替代常規(guī)的SBS改性瀝青，還可用于路面養(yǎng)護(hù)，如碎石封層、微表處、霧封層等［5］。TB膠粉改性瀝青作為近年來(lái)改性瀝青研究的重要成果，在國(guó)外已有較多應(yīng)用，但國(guó)外披露的專利或?qū)W術(shù)研究中主要是針對(duì)膠粉單一改性瀝青或配方不明的復(fù)合改性瀝青，這限制了TB膠粉改性瀝青在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用。筆者經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，TB膠粉改性瀝青通過(guò)復(fù)配SBS，可以在性能、成本、環(huán)保三者之間實(shí)現(xiàn)平衡，相比傳統(tǒng)SBS改性瀝青具備相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力。本文依托河北石家莊某采用TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青的試驗(yàn)段，對(duì)復(fù)合改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、疲勞性能進(jìn)行研究，研究結(jié)果對(duì)這種新型改性瀝青混合料的設(shè)計(jì)、推廣及應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)段概況

試驗(yàn)段的研究目標(biāo)是:針對(duì)河北省氣候、交通特點(diǎn)，提出耐久性能超越傳統(tǒng)瀝青路面的改性瀝青混凝土應(yīng)用技術(shù)。試驗(yàn)段位于京港澳高速韓家洼互通連接線(K39+954～K40+340)，上面層共使用19.5 t TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青，拌制約430 t瀝青混合料(瀝青含量為4.5%)。試驗(yàn)段長(zhǎng)度為346 m，寬度為12.7 m，整體結(jié)構(gòu)從上至下分別為:5 cm AC-16上面層(TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混凝土)、7 cm AC-25下面層(70#瀝青混凝土)、18 cm上基層(水穩(wěn)基層)、18 cm下基層(水穩(wěn)基層)。試驗(yàn)段的路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

混合料配合比設(shè)計(jì)采用美國(guó)工程兵旋轉(zhuǎn)壓實(shí)剪切機(jī)(GTM)進(jìn)行，并用馬歇爾試驗(yàn)驗(yàn)證。

圖1 試驗(yàn)段路面結(jié)構(gòu)

2 路用性能評(píng)價(jià)

本文主要采用四點(diǎn)彎曲疲勞小梁試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和低溫彎曲試驗(yàn)等方法對(duì)TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)與傳統(tǒng)SBS改性瀝青混合料的性能進(jìn)行對(duì)比。對(duì)照組所用的SBS改性瀝青混合料試件由同濟(jì)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室在室內(nèi)成型，采用AC-13級(jí)配，瀝青用量為4.7%。其余混合料均在施工現(xiàn)場(chǎng)取料制備。2種混合料采用同一來(lái)源集料。

2.1 四點(diǎn)彎曲疲勞小梁試驗(yàn)

考慮試驗(yàn)段地處中國(guó)北方石家莊市，氣溫較低，采用10℃進(jìn)行室內(nèi)混合料的疲勞試驗(yàn)。

從表1的四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果可以看出，無(wú)論從疲勞壽命還是累計(jì)耗散能指標(biāo)來(lái)看，TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞性能均明顯優(yōu)于SBS改性瀝青混合料。這可能是因?yàn)橄鹉z顆粒降解后使得改性瀝青體系的模量降低，柔性更好。

表1 四點(diǎn)彎曲疲勞小梁試驗(yàn)結(jié)果

2.2 車轍試驗(yàn)

表2為試驗(yàn)路段混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果。從動(dòng)穩(wěn)定度平均值來(lái)看，TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料和SBS混合料抗高溫車轍性能大致相當(dāng)，均滿足規(guī)范要求;但考慮試驗(yàn)路所用混合料的級(jí)配為AC-16，集料對(duì)于抗車轍的貢獻(xiàn)理論上應(yīng)大于對(duì)照組AC-13級(jí)配。從45 min、60 min處的車轍深度也可以看出，SBS AC-13的車轍深度約為復(fù)合改性瀝青混合料AC-16的兩倍，后者較低的車轍深度可能是由于粗集料較多造成的。

表2 鋪筑試驗(yàn)路的混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

2.3 浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)

表3、4分別為試驗(yàn)路所用混合料的馬歇爾浸水殘留穩(wěn)度、凍融劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果。

表3 馬歇爾浸水殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料AC-16、SBS改性瀝青混料AC-13的水穩(wěn)定性相當(dāng)，復(fù)合改性瀝青混合料AC-16的凍融劈裂強(qiáng)度比略高，抗水損害性能略好。

2.4 低溫彎曲試驗(yàn)

表5為鋪筑試驗(yàn)路的混合料的低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)河北省的地方規(guī)范要求，改性瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變不應(yīng)小于2 200 με。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，2種混合料均滿足規(guī)范要求，但SBS改性瀝青混合料AC-13的最大彎拉應(yīng)變略大于TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料AC-16。這主要是因?yàn)?，AC-16級(jí)配混合料在使用相同瀝青的條件下，最大彎拉應(yīng)變通常小于AC-13級(jí)配［6］。事實(shí)上，從不同瀝青樣品低溫勁度主曲線的比較來(lái)看，TB膠粉改性瀝青的低溫蠕變勁度明顯小于SBS改性瀝青［7］。

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出:復(fù)合改性瀝青混合料AC-16與SBS AC-13相比，具有突出的疲勞性能，疲勞壽命為SBS改性瀝青混合料的1.5～4.5倍;其高溫抗車轍性能、水穩(wěn)定性與SBS改性瀝青混合料相當(dāng)，抗水損害能力略好于SBS改性瀝青混合料。同時(shí)，復(fù)合改性瀝青混合料AC-16的低溫最大彎曲應(yīng)變略小于SBS改性瀝青混合料，這主要是由于級(jí)配不同所造成的。因此，復(fù)合改性瀝青在其他性能與SBS改性瀝青相當(dāng)?shù)那闆r下，在疲勞性能方面具備更優(yōu)秀的表現(xiàn)，對(duì)于提高路面的耐久性具有極為重要的意義，同時(shí)可節(jié)約后期的養(yǎng)護(hù)成本。

3 試驗(yàn)段施工與檢測(cè)

3.1 試驗(yàn)段施工

由于TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青的黏度比SBS改性瀝青略高，要求施工組織緊湊，拌合溫度、攤鋪溫度和碾壓溫度比SBS改性瀝青略高;要求復(fù)合改性瀝青加熱溫度為180℃～190℃，集料加熱溫度為190℃～200℃，混合料出廠溫度為185℃～195℃。除此之外，整體工序流程與SBS改性瀝青混合料施工無(wú)太大差別。

表4 凍融劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果

表5 混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料的碾壓，現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)并不是很多，因此在施工初期對(duì)碾壓的溫度、速度和遍數(shù)進(jìn)行了摸索。最終初壓采用鋼輪壓路機(jī)振動(dòng)碾壓 1～2遍，溫度控制在 170℃左右;復(fù)壓采用振動(dòng)壓路機(jī)綜合碾壓4遍左右，碾壓溫度必須保證在130℃以上;終壓采用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓1～2遍。現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，在6～8遍的壓實(shí)之后未發(fā)生過(guò)振的現(xiàn)象。綜合考慮攤鋪機(jī)和壓路機(jī)的協(xié)同作用，現(xiàn)場(chǎng)共配有4臺(tái)鋼輪壓路機(jī)參與壓實(shí)，以保證壓實(shí)的次數(shù)和效果。邊角部分使用小型振動(dòng)壓路機(jī)碾壓。碾壓過(guò)程中，壓路機(jī)的噴水壺中應(yīng)灌入肥皂水，防止壓實(shí)機(jī)輪粘起混凝土。總體而言，TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混凝土和傳統(tǒng)瀝青混合料相比，黏度略高，硬度略大，在保證相同壓實(shí)度的條件下，攤鋪和壓實(shí)的溫度比SBS改性瀝青混合料略微提高。

3.2 試驗(yàn)路檢測(cè)

鋪筑結(jié)束后進(jìn)行了例行的壓實(shí)度、構(gòu)造深度、擺式摩擦、滲水等現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)，檢測(cè)指標(biāo)均滿足要求。

(1)壓實(shí)度?，F(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣，將芯樣帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行密度測(cè)試，改性瀝青上面層壓實(shí)度平均值達(dá)到98%，滿足要求。具體檢測(cè)數(shù)據(jù)見表6。

(2)構(gòu)造深度?，F(xiàn)場(chǎng)采用鋪砂法進(jìn)行構(gòu)造深度的檢測(cè)，結(jié)果滿足要求，見表7。

(3)擺式摩擦值?，F(xiàn)場(chǎng)采用擺式摩擦儀進(jìn)行試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果滿足要求，見表8。

表6 鉆芯取樣試驗(yàn)結(jié)果

表7 構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果

表8 擺式摩擦檢測(cè)結(jié)果

(4)滲水試驗(yàn)。滲水試驗(yàn)結(jié)果見表9，檢測(cè)結(jié)果為無(wú)滲水。

表9 滲水檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)路現(xiàn)場(chǎng)施工情況發(fā)現(xiàn)，TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青可以像常規(guī)SBS改性瀝青一樣進(jìn)行施工應(yīng)用，不需要像濕法橡膠瀝青那樣對(duì)拌合樓的泵送設(shè)備進(jìn)行改造，施工難度較傳統(tǒng)橡膠瀝青大幅降低。從施工情況來(lái)看，復(fù)合改性瀝青的黏度略大于SBS改性瀝青，對(duì)施工作業(yè)質(zhì)量要求更高?；旌狭线\(yùn)輸過(guò)程中的保溫工作必須做好，攤鋪機(jī)行走速度不宜大于3 m·min－1，拌和、攤鋪、碾壓的溫度略高，到場(chǎng)溫度保持在180℃左右，初壓起振溫度控制在170℃左右，復(fù)壓保證在130℃以上。

從本次試驗(yàn)路所用TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料AC-16與SBS AC-13混合料的性能對(duì)比來(lái)看，TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料AC-16在高溫抗車轍性、水穩(wěn)定性相當(dāng)且抗水損害性能略好的情況下，疲勞性能方面具有突出的表現(xiàn)，疲勞壽命為SBS改性瀝青混合料的1.5～4.5倍，對(duì)提高路面耐久性具有重要的意義。TB膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料AC-16的低溫最大彎曲應(yīng)變小于SBS AC-13混合料，但依然滿足河北省地方規(guī)范，這可能是由于采用AC-16級(jí)配造成的，與改性瀝青無(wú)關(guān)。

［1］ 叢培瑞.橡膠粉改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性及性能評(píng)價(jià)指標(biāo)研究［D］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2008.

［2］ 董慧珠.橡膠瀝青透水應(yīng)力吸收層混合料的研究及應(yīng)用［D］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2008.

［3］ 李海濱，盛燕萍.脫硫橡膠瀝青試驗(yàn)研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35(5):50-54.

［4］ 李 萍，孫國(guó)偉，王 偉，等.抗車轍劑和SBS對(duì)熱拌瀝青混合料高溫與低溫性能的影響［J］.蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，40(6):131-135.

［5］ 黃衛(wèi)東，呂 泉，柴沖沖.TB+SBS復(fù)合改性瀝青的性能［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2016，19(3):522-527.

［6］ 黃衛(wèi)東，呂 泉，柴沖沖.Terminal Blend膠粉改性瀝青的復(fù)合改性研究［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2016，19(1):111-118.

［7］ 呂 泉，黃衛(wèi)東，柴沖沖.Terminal Blending橡膠瀝青的特性與應(yīng)用前景［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2014，33(4):51-55.