(1.湖南省鼎同工程科技有限公司， 湖南 湘潭 411100； 2.湖南聚創(chuàng)建筑科技有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410000； 3.湖南中大檢測(cè)技術(shù)集團(tuán)有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410006； 4.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410082)

0 引言

瀝青路面因其平整度高、施工快、低噪音及易維修等優(yōu)點(diǎn)而廣泛用于高等級(jí)道路[1-2]。但我國(guó)幅員遼闊，地理氣候條件差異大，交通荷載的增加使現(xiàn)有的瀝青道路面臨著裂縫、車轍等病害問(wèn)題。應(yīng)用聚合物對(duì)瀝青進(jìn)行改性是提高瀝青混合料性能、減少瀝青路面病害的有效手段之一。

根據(jù)以往研究，廢膠粉(Waste Tire Rubber，簡(jiǎn)稱WTR)不但能提高瀝青的性能，同時(shí)還能使廢舊輪胎得到再利用[3-4]。但單一WTR改性瀝青存在著儲(chǔ)存穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，制約了WTR在瀝青改性領(lǐng)域的應(yīng)用，因而本文應(yīng)用熱塑性樹(shù)脂類改性劑(Amorphous Poly Alpha Olefin，簡(jiǎn)稱APAO)與WTR對(duì)瀝青進(jìn)行復(fù)合改性。APAO改性劑與瀝青具有較好的相融性，且可顯著改善瀝青及瀝青混合料的性能[5-7]。以往研究表明，WTR/APAO改性瀝青具有良好的高、低溫性能，離析程度低且抗老化性能好[8-9]。基于以往對(duì)WTR/APAO復(fù)合改性瀝青所做的研究，對(duì)其進(jìn)行AC-13C型瀝青混合料面層的路面性能研究，同時(shí)與基質(zhì)瀝青、WTR單一改性瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比分析，深入探究WTR/APAO對(duì)瀝青混合料性能的影響。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)采用70#瀝青作為基質(zhì)瀝青。改性劑分為2種:一種是80目國(guó)產(chǎn)WTR；另一種是APAO，其熔點(diǎn)為295 ℃，密度為1.4 g/cm3。粗、細(xì)集料的來(lái)源均為瀝青道路常用的石灰?guī)r。

本文主要研究WTR/APAO改性瀝青混合料的高、低溫性能、水穩(wěn)定性能及疲勞性能。瀝青混合料的高、低溫性能分別通過(guò)馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)、間接拉伸(劈裂)試驗(yàn)評(píng)價(jià)，浸水馬歇爾試驗(yàn)以及凍融劈裂試驗(yàn)用于瀝青混合料水穩(wěn)定性的研究。另外，間接拉伸疲勞試驗(yàn)用于測(cè)定混合料的疲勞性能。

2 改性瀝青制備工藝及常規(guī)性能

首先將基質(zhì)瀝青預(yù)熱至165 ℃，待瀝青加熱至流體狀態(tài)后，將溫度升高至180 ℃。往基質(zhì)瀝青中加入改性劑后,在180 ℃條件下以2 000 r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)攪拌20 min。然后應(yīng)用高速剪切儀在5000 r/min轉(zhuǎn)速下充分剪切60 min，使改性劑與瀝青充分融合。最后，以1 000 r/min速度旋轉(zhuǎn)攪拌20 min去除氣泡。本文選取70#基質(zhì)瀝青、15%WTR改性瀝青、12%WTR+4%APAO和15%WTR+4%APAO復(fù)合改性瀝青作為研究對(duì)象?；|(zhì)瀝青及2種不同摻量的WTR/APAO復(fù)合改性瀝青常規(guī)性能如表1所示。

表1 瀝青常規(guī)性能指標(biāo)類別針入度(25 ℃,100 g ,5 s)/(0.1 mm)延 度(5 ℃, 5 cm/min)/cm軟化點(diǎn)(TR&B)/℃布氏黏度(180℃)/(Pa·s)彈性恢復(fù)(25 ℃)/%基質(zhì)瀝青69.7>15050.20.5412.712%WTR+4%APAO36.4 5.467.24.074.015%WTR+4%APAO33.2 7.471.22.2682

3 WTR/APAO改性瀝青混合料性能研究

本研究選用AC-13C型密級(jí)配的級(jí)配形式。按m(10～20檔)∶m(5～10檔)∶m(石屑)∶m(礦粉)=0.24∶0.4∶0.27∶0.09的比例確定AC-13C的級(jí)配。4種瀝青混合料的最佳油石比由試件的體積指標(biāo)、馬歇爾試驗(yàn)的穩(wěn)定度和流值等參數(shù)計(jì)算所得，分別為5.3%(15%WTR+4%APAO)、5.1%(12%WTR+4%APAO)、5.1%(15%WTR)、4.6%(70#基質(zhì)瀝青)。

3.1 WTR/APAO復(fù)合改性瀝青混合料高、低溫性能

如圖1a所示，復(fù)合改性瀝青混合料的馬歇爾模數(shù)均高于基質(zhì)瀝青混合料與WTR單一改性瀝青混合料的，且12%WTR+4%APAO混合料的馬歇爾模數(shù)最大?？纱笾屡袛?種WTR/APAO改性瀝青可顯著改善混合料的高溫抗變形能力。如圖1b所示,相比于基質(zhì)瀝青，改性瀝青混合料的DS(動(dòng)穩(wěn)定度)有明顯的增強(qiáng)。15%WTR、12%WTR+4%APAO和15%WTR+4%APAO改性瀝青混合料的DS分別是基質(zhì)瀝青的2.9倍、3.4倍和4.5倍。與單一摻量的15%WTR改性瀝青混合料相比，12%WTR+4%APAO改性瀝青混合料的DS增加了17%，15%WTR+4%APAO改性瀝青混合料的DS增加了56%。

圖1 馬歇爾穩(wěn)定度和車轍試驗(yàn)結(jié)果

綜上所述，APAO對(duì)WTR單一改性混合料的高溫抗永久變形能力有明顯的提升效果，其復(fù)合改性瀝青混合料具有較優(yōu)良的高溫性能。綜合來(lái)看15%WTR+4%APAO改性瀝青混合料的高溫性能是最為突出的。

由圖2a可知，相比于基質(zhì)瀝青混合料，3種改性瀝青混合料的RT分別增強(qiáng)了13.3%(15%WTR)、27%(12%WTR+4%APAO)和16%(15%WTR+4%APAO)。與WTR單一改性瀝青混合料相比，在低溫條件下APAO的添加依然能夠增加WTR/APAO 混合料的RT。如圖2b、圖2c所示，隨著改性瀝青的應(yīng)用，εT有不同幅度的減小。與基質(zhì)瀝青相比，ST分別增加了26.7%(15%WTR)、48.9%(12%WTR+4%APAO) 和39.8%(15%WTR+4%APAO)。結(jié)果表明，雖然APAO 增強(qiáng)了WTR/APAO 混合料的強(qiáng)度，但其變形能力卻有一定的減弱。

圖2 間接拉伸試驗(yàn)結(jié)果

上述結(jié)果表明，改性瀝青混合料有著較強(qiáng)的劈裂抗拉強(qiáng)度，但在低溫下的應(yīng)變能力較弱，低溫下的應(yīng)變能力與低溫抗裂性能有較好的關(guān)聯(lián)。隨著APAO的摻加，WTR/APAO瀝青混合料的低溫抗裂性能的增強(qiáng)并不十分顯著。因而，不建議WTR/APAO復(fù)合改性瀝青混合料應(yīng)用于我國(guó)高寒地區(qū)。

3.2 WTR/APAO復(fù)合改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能

浸水前、后馬歇爾試件的穩(wěn)定度和浸水殘留穩(wěn)定度(IRS)的結(jié)果如圖3a所示，凍融前、后的劈裂抗拉強(qiáng)度和凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比(TSR)結(jié)果如圖3b所示。由圖3a可知，改性劑的應(yīng)用明顯增強(qiáng)了混合料的IRS，混合料的水穩(wěn)定性得到了提高。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)WTR/APAO改性瀝青混合料的IRS要明顯強(qiáng)于WTR單一改性瀝青混合料的，說(shuō)明APAO的添加對(duì)混合料的水穩(wěn)定性能有著積極作用。值得注意的是，15%WTR+4%APAO改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性最佳。由圖3b可知，TSR的整體規(guī)律與IRS相似，但各種混合料之間的差距具有擴(kuò)大趨勢(shì)，說(shuō)明凍融循環(huán)試驗(yàn)更能顯著體現(xiàn)瀝青混合料水穩(wěn)定性能的變化。與基質(zhì)瀝青相比，12%WTR+4%APAO改性瀝青混合料的TSR僅提高了2.13%，而15%WTR+4%APAO改性瀝青無(wú)論在浸水條件還是在凍融循環(huán)作用下對(duì)混合料水穩(wěn)定性的提高都是十分顯著的，其中15%WTR+4%APAO改性瀝青的水穩(wěn)定性是最好的(IRS為94.7%，TSR為97.8%，2項(xiàng)指標(biāo)均為各類混合料

圖3 浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

中的最高值)。綜上所述，15%WTR+4%APAO改性瀝青混合料在2種條件下均有優(yōu)異的水穩(wěn)定性。

3.3 WTR/APAO復(fù)合改性瀝青混合料疲勞性能

由圖4可知，改性瀝青混合料的疲勞次數(shù)均高于基質(zhì)瀝青的，說(shuō)明改性瀝青有利于瀝青混合料疲勞性能的提升。改性瀝青混合料的疲勞次數(shù)分別是:15%WTR+4%APAO(1 531次)、15%WTR(781次)、12%WTR+4%APAO(441次)。研究結(jié)果表明，2種改性劑對(duì)瀝青混合料的抗疲勞性能均有一定幅度的提升，其中15%WTR+4%APAO摻量時(shí)的增長(zhǎng)幅度最為明顯。15%WTR+4%APAO復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞性能分別是基質(zhì)瀝青和單一摻量15%WTR改性瀝青的4.73倍和1.97倍。由此可見(jiàn)，15%WTR+4%APAO摻量時(shí)的復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞性能提升效果最明顯。

圖4 間接拉伸疲勞試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

1) 相比于基質(zhì)瀝青混合料及單一WTR復(fù)合改性瀝青混合料，APAO/WTR復(fù)合改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性及抗永久變形能力均有一定程度的提升。12%WTR+4%APAO復(fù)合改性瀝青混合料的馬歇爾模數(shù)顯著增加，15%WTR+4%APAO改性瀝青混合料的抗車轍能力有較大的改善。

2) 凍融劈裂試驗(yàn)表明，WTR/APAO復(fù)合改性瀝青混合料的低溫劈裂抗拉強(qiáng)度相比于基質(zhì)瀝青混合料有所增加，APAO有助于提升改性瀝青混合料的低溫劈裂抗拉強(qiáng)度。

3) 間接拉伸疲勞試驗(yàn)研究表明，當(dāng)摻量為15%WTR+4%APAO時(shí)瀝青混合料的疲勞性能顯著提升。

綜合各項(xiàng)試驗(yàn)研究結(jié)果，WTR/APAO復(fù)合改性瀝青混合料比較適用于溫?zé)岬貐^(qū)的高等級(jí)路面。