彌海晨， 張娟， 郭平， 陳振華

(1.西安公路研究院， 陜西 西安 710065； 2.廣東交通實(shí)業(yè)投資有限公司)

橡膠瀝青在路面工程的推廣應(yīng)用過程中，其主要性價(jià)比對(duì)比對(duì)象是SBS改性瀝青。道路工作者發(fā)現(xiàn)在高溫性能方面的研究中存在矛盾：一方面，室內(nèi)車轍試驗(yàn)結(jié)果表明，橡膠瀝青混合料的車轍動(dòng)穩(wěn)定度相比于SBS改性瀝青混合料尚存在一定的差距，而高溫穩(wěn)定性能一直是夏炎熱、夏熱區(qū)最為關(guān)注的一個(gè)路用性能指標(biāo)。一些建設(shè)單位因?yàn)閷?duì)橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能存有疑慮，在公路建設(shè)過程中不敢貿(mào)然采用；另一方面，已有工程經(jīng)驗(yàn)表明，橡膠瀝青路面并未出現(xiàn)大家擔(dān)心或預(yù)想的嚴(yán)重的車轍、推移等病害，甚至有些路段的車轍比SBS改性瀝青的還要輕微。而且橡膠瀝青路面在夏季出現(xiàn)輕微車轍以后，經(jīng)過一個(gè)冬季的使用，路面車轍不再發(fā)展或者發(fā)展非常緩慢，能夠持續(xù)保持良好的路面使用功能。因此，橡膠瀝青路面的高溫穩(wěn)定性能的好壞與其混合料車轍動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)值不完全一致，這一觀點(diǎn)也得到了國(guó)內(nèi)專家的普遍認(rèn)可。

該文通過橡膠瀝青、復(fù)合橡膠瀝青和SBS改性瀝青混合料的對(duì)比試驗(yàn)，從混合料的老化性能以及混合料老化后高溫性能的變化情況，分析橡膠瀝青路面在實(shí)際工程長(zhǎng)期使用中表現(xiàn)出較優(yōu)的高溫性能的原因。

1 原材料及老化試驗(yàn)方法

1.1 原材料

基質(zhì)瀝青采用加德士A-90#瀝青，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中90#A級(jí)瀝青的技術(shù)要求。SBS改性瀝青為陜西某公司生產(chǎn)的成品改性瀝青，SBS改性劑用量為4.5%，瀝青各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中SBS(I-C)的技術(shù)要求。膠粉為四川某橡膠廠的30目膠粉。

橡膠瀝青加工工藝：加德士A-90#瀝青加熱到165 ℃，加入30目膠粉，21%外摻量，180 ℃下攪拌1 h。復(fù)合橡膠瀝青加工工藝：加德士A-90#瀝青加熱到165 ℃，同時(shí)加入2%SBS與17%外摻量膠粉，在180 ℃下剪切30 min，再攪拌30 min，最后在烘箱中溶脹30 min。

所用粗集料為陜西某石料廠生產(chǎn)，機(jī)制砂和礦粉由渭玉高速公路項(xiàng)目部采用的9.5～19 mm碎石自行加工生產(chǎn)。粗集料各技術(shù)指標(biāo)符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》對(duì)高速、一級(jí)公路表面層集料的要求，機(jī)制砂和礦粉各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

1.2 老化試驗(yàn)方法

瀝青混合料老化性能的評(píng)價(jià)，有短期老化與長(zhǎng)期老化。短期老化的方法有烘箱加熱法、延時(shí)拌和法、微波加熱法等。長(zhǎng)期老化有加壓氧化法(PAV)、延時(shí)烘箱加熱法、紅外線、紫外線處理法等。

該文老化試驗(yàn)方法為：短期老化試驗(yàn)為瀝青混合料在 165 ℃烘箱加熱4 h，每小時(shí)均勻翻拌一次，然后成型試件；長(zhǎng)期老化試驗(yàn)為短期老化后成型的試件置于85 ℃的紫外線烘箱中恒溫保持120 h，然后將試件自然冷卻到室溫備用。

2 混合料類型的選擇

陜西省實(shí)體工程中采用的橡膠瀝青混合料級(jí)配類型主要為骨架密實(shí)型間斷級(jí)配，因此選用骨架密實(shí)型間斷級(jí)配作為主要級(jí)配類型進(jìn)行研究。該文選用級(jí)配的公稱最大粒徑為16 mm，其橡膠瀝青混合料簡(jiǎn)稱為ARG-16。采用的SBS改性瀝青混合料為SMA-16，ARG和SMA的級(jí)配類似，不同點(diǎn)是ARG的0.15 mm和0.075 mm兩篩孔的通過率比SMA的略小。復(fù)合橡膠瀝青混合料(以下簡(jiǎn)稱CR/SBSG)與橡膠瀝青混合料級(jí)配相同，用其作為對(duì)比對(duì)象，主要目的是研究相同級(jí)配下復(fù)合改性技術(shù)對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的改善效果。

ARG和CR/SBSG主要參考陜西省地方標(biāo)準(zhǔn)《橡膠瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。SMA主要參考陜西省地方標(biāo)準(zhǔn)《瀝青瑪蹄脂碎石路面施工技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。通過配合比設(shè)計(jì)最終確定的3種混合料礦料級(jí)配及最佳油石比見表1、2。

3 混合料抗老化性能

根據(jù)陳星的研究結(jié)論，可采用未老化、短期老化和長(zhǎng)期老化后混合料的間接拉伸強(qiáng)度來評(píng)價(jià)混合料的抗

表1 3種混合料礦料級(jí)配

表2 3種混合料的最佳油石比

老化性能。該文間接拉伸試驗(yàn)采用具有荷載與試件變形記錄裝置的自動(dòng)馬歇爾試驗(yàn)儀，試驗(yàn)溫度(15±0.5) ℃，加載速率50 mm/min。3種混合料的間接拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 3種混合料老化性能試驗(yàn)結(jié)果

該文采用短期老化系數(shù)b/a、長(zhǎng)期老化系數(shù)c/a來比較不同瀝青混合料的短期與長(zhǎng)期抗老化性能，老化系數(shù)越小表示瀝青混合料抗老化性能越好。由表3可知： ARG-16的短期、長(zhǎng)期老化系數(shù)均小于SMA-16，說明膠粉的抗老化性能優(yōu)于SBS改性瀝青；CR/SBSG-16與ARG-16的老化系數(shù)相差不大，說明添加膠粉后混合料的抗老化性能較好。

分析橡膠瀝青混合料耐老化性能優(yōu)于其他瀝青混合料的主要原因?yàn)椋孩?膠粉吸收軟瀝青，保護(hù)瀝青免受老化，耐老化性能增強(qiáng)；② 膠粉中的炭黑對(duì)紫外線有屏蔽作用，膠粉中的炭黑一般占到30%左右，炭黑對(duì)紫外線有一定的屏蔽作用;③ 橡膠瀝青混合料中瀝青膜厚度大，起到一定的抗老化作用。該文中的混合料ARG-16瀝青膜厚度為11.1 μm，CR/SBSG-16為11.5 μm，SMA-16為8.2 μm，瀝青膜厚度增大可以起到一定的抗老化作用。

4 混合料老化后的高溫性能

ARG-16、CR/SBSG-16、SMA-16未老化、短期老化、長(zhǎng)期老化后的單軸貫入試驗(yàn)測(cè)得的抗剪強(qiáng)度及車轍試驗(yàn)測(cè)得的動(dòng)穩(wěn)定度見表4。

由表4可知：

(1) 從抗剪強(qiáng)度來看，老化后3種瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度均提高。橡膠瀝青混合料和復(fù)合橡膠瀝青混合料經(jīng)老化后抗剪強(qiáng)度顯著提高，而SMA混合料經(jīng)老化后抗剪強(qiáng)度提高不明顯。

表4 3種混合料老化前后高溫性能試驗(yàn)結(jié)果

(2) 從動(dòng)穩(wěn)定度來看，橡膠瀝青混合料經(jīng)老化后高溫性能得到增長(zhǎng)，而復(fù)合橡膠瀝青混合料和SMA混合料經(jīng)老化后高溫性能衰減。分析原因如下：① 基質(zhì)瀝青老化后，高溫性能提高。已有研究表明，基質(zhì)瀝青的活性組分吸氧老化生成的極性含氧基團(tuán)會(huì)逐漸鏈接成高分子量的膠團(tuán)，使瀝青變硬、黏度增大；② 橡膠瀝青老化后，高溫性能提高。橡膠瀝青的老化分兩部分，膠粉的老化和基質(zhì)瀝青的老化。膠粉本身為交聯(lián)程度很好的聚合物，老化后性能變化不明顯，基質(zhì)瀝青老化后高溫性能提高。因此，老化后其混合料高溫性能提高；③ SBS改性瀝青老化后，高溫性能衰減。SBS改性瀝青的老化分兩部分，SBS改性劑的老化和基質(zhì)瀝青的老化。其中SBS改性劑在老化過程中發(fā)生裂解反應(yīng)，分子結(jié)構(gòu)破壞，老化后高溫性能衰減；基質(zhì)瀝青老化后高溫性能提高。由于SBS改性劑老化后的高溫性能衰減程度大于基質(zhì)瀝青的提高程度，因此，SBS改性瀝青老化后，其混合料高溫性能衰減；④ 復(fù)合橡膠瀝青老化后，高溫性能衰減。復(fù)合橡膠瀝青老化分3部分，膠粉、SBS改性劑和基質(zhì)瀝青同時(shí)發(fā)生老化。其中SBS改性劑老化后高溫性能衰減；膠粉老化后性能變化不明顯，基質(zhì)瀝青老化后高溫性能提高。由于基質(zhì)瀝青與膠粉老化引起的高溫性能提高不足以抵消SBS改性劑老化后高溫性能的降低，因此，復(fù)合橡膠改性瀝青短期老化后，其混合料高溫性能衰減。但由于膠粉的存在而使混合料老化后的衰減程度減緩，甚至在長(zhǎng)期老化后，其混合料高溫性能反而較短期老化時(shí)提高。

綜上所述，在老化過程中：基質(zhì)瀝青高溫性能提高，橡膠粉由于抗老化性能好而高溫性能基本不變，SBS改性劑由于抗老化性能差而高溫性能降低。橡膠瀝青混合料中橡膠瀝青由基質(zhì)瀝青和橡膠粉組成，兩種材料老化后的綜合結(jié)果是橡膠瀝青混合料的高溫性能提高；SMA混合料中的SBS改性瀝青由基質(zhì)瀝青和SBS改性劑組成，SBS改性劑老化引起的高溫性能降低作用大于基質(zhì)瀝青老化引起的高溫性能提高作用，兩種材料老化后的綜合結(jié)果是SBS改性瀝青SMA混合料的高溫性能降低；復(fù)合改性瀝青混合料中復(fù)合改性瀝青由基質(zhì)瀝青、橡膠粉和SBS改性劑組成，SBS改性劑老化引起的高溫性能降低作用大于基質(zhì)瀝青老化引起的高溫性能提高作用，3種材料老化后的綜合結(jié)果是復(fù)合改性瀝青混合料的高溫性能降低。

5 結(jié)論

通過對(duì)橡膠瀝青混合料、復(fù)合橡膠瀝青混合料及SMA混合料的老化性能及老化后的高溫性能的研究，得到以下結(jié)論：

(1) 橡膠瀝青混合料抗老化性能優(yōu)于SBS改性瀝青混合料。

(2) 橡膠瀝青混合料老化后高溫性能提高，復(fù)合橡膠瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料老化后高溫性能降低。

(3) 橡膠瀝青混合料老化后的高溫性能得到改善，可以解釋橡膠瀝青混合料路面在長(zhǎng)期使用過程中高溫性能并不比SBS改性瀝青混合料路面差的工程現(xiàn)象。