文/新疆交通規(guī)劃勘察設計研究院 張校剛

為提高瀝青混合料與花崗巖等帶有酸性集料的黏附性能，在瀝青混合料中加入橡膠、水泥等外加劑來改善瀝青混合料性能，使改性瀝青與集料具有良好的黏結力，克服瀝青路面早期破壞的弱點。通過分析剪切時間和溫度、橡膠粉和水泥的摻量，并運用正交試驗原理來分析橡膠粉和水泥對瀝青的改性性能，尋求橡膠粉和水泥摻量及剪切時間和溫度的最佳值，為指導實際施工提供參考。

研究背景

瀝青路面早期破壞的原因通常是由于瀝青混合料與集料的黏結不足，而引起瀝青與集料的剝離造成路面的破壞。當集料采用花崗巖時，由于花崗巖的酸性特性，使得瀝青與其黏附性大大減小，即便花崗巖的強度高，也很少在瀝青混合料中使用。

使用水泥代替部分或全部瀝青混合料中的礦粉在國內外早有廣泛應用，且在使用的過程中取得了良好的效果。水泥加入瀝青混合料中能有效改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性，主要原因是相比礦粉而言，水泥具有較高活性的堿性組分，比表面積大。橡膠瀝青混合料也具有其獨特的優(yōu)良性能，高溫低溫性能能夠得到有效改善，而目前對橡膠粉與水泥同時加入基質瀝青中的應用效果研究有限，對它的探索空間較大。

水泥、橡膠改性瀝青機理分析

水泥能夠改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性，是因為水泥具有較高的堿活性，能使酸性集料所帶的負電荷減少并降低集料表面的電位，從而減輕水對集料的作用。堿性的水泥能夠與帶羥酸的瀝青發(fā)生化學反應，反應物為帶有活化劑效果的鈣鹽。水泥的比表面積較大，這就有利于增大集料和瀝青間的分子力，使更多的瀝青能夠吸附于集料表面，形成網(wǎng)狀的凝膠結構，這樣既提高了瀝青混合料的水穩(wěn)定性，又提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

橡膠瀝青通常是利用廢舊輪胎粉摻入瀝青中經(jīng)混合后所形成的混合物，液體瀝青中存在大量的低分子油類組分，經(jīng)物理擴散進入高分子橡膠顆粒架構中，這使得橡膠顆粒會產(chǎn)生程度不一的溶脹，體積會比之前增大一倍左右，所以在橡膠顆粒表面會形成一層凝膠質，使黏附性增加，大量的橡膠顆粒在充分溶脹后，產(chǎn)生的膠凝與黏度高的瀝青形成一個黏度很大的連續(xù)相體系，不容易流動變形。橡膠瀝青因橡膠粉的摻入使結合料的稠度、抵抗高低溫性能、彈性恢復能力都大為提升，橡膠瀝青的高溫穩(wěn)定性與其軟化點和黏度成正相關，橡膠粉的種類、摻量及粒度等是影響橡膠瀝青路用性能的重要因素，同樣也是影響橡膠瀝青高溫穩(wěn)定性的重要因素，將水泥與橡膠粉同時加入基質瀝青中，能夠改善瀝青與酸性集料黏附性的問題，有效防止瀝青混合料過早出現(xiàn)水損害，同時也能明顯改善瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和抗裂性能。

原材料基本參數(shù)及試驗方案

原材料基本參數(shù)

本試驗擬采用42.5#水泥、40目廢舊輪胎橡膠粉、70#基質瀝青，此三種原料的主要技術指標見表1、表2、表3。

表1 水泥主要技術指標

表2 40目橡膠粉主要技術指標

表3 70#基質瀝青主要指標

表4 正交試驗方案設計

試驗方案

該試驗采用正交試驗來對瀝青混合料的性能進行分析，通過分析橡膠粉、水泥、剪切溫度、剪切時間等主要影響瀝青混合料性能的因素，得出各指標的最佳摻量或最佳時間等，并找出最優(yōu)組合進而指導施工現(xiàn)場的施工。正交試驗方案設計如表4所示。

改性瀝青高溫性能正交試驗

瀝青混合料的高溫性能是瀝青混合料一項非常重要的性質，對此項性質的評價往往通過軟化點來進行。在測試9組試驗樣品后，得到影響軟化點值的主要因素（膠粉摻量、剪切溫度、水泥摻量、剪切時間）的規(guī)律性曲線圖（如圖1所示）。

圖1 軟化點和值隨因素水平變化規(guī)律

從圖1可以看出，軟化點隨著橡膠粉摻量和剪切溫度的升高而隨之升高，隨水泥摻量和剪切時間的增加而降低；軟化點和值在230℃左右時，橡膠粉摻量、剪切溫度、水泥摻量曲線接近相交，軟化點和值在225℃左右時，橡膠粉摻量和剪切時間曲線相交，則可以認為在軟化點和值為228℃左右時，所對應的各因素水平為最佳水平；當橡膠粉摻量為15%、剪切溫度為175℃～195℃、水泥摻量為3%、剪切時間為40min時，改性瀝青的高溫性最佳。

表5 調配改性瀝青工藝參數(shù)

結語

當橡膠粉的摻量為15%、水泥摻量為3%時，改性后的瀝青混合料中瀝青與花崗巖集料能夠很好地結合，且通過浸水試驗證明其黏附性能夠達到理想效果，高溫性能、低溫性能等指標也完全能夠滿足規(guī)范要求。經(jīng)綜合考慮，建議采用如表5所示的工藝參數(shù)進行調配。