焦江華

(洛陽(yáng)華杰公路工程有限公司，河南洛陽(yáng)471000）

道路瀝青路面使用到一定程度無(wú)法滿(mǎn)足正常交通需求時(shí)，一般會(huì)將面層銑刨重鋪，以及在道路改擴(kuò)建時(shí)都會(huì)產(chǎn)生大量的舊路面層銑刨料（RAP），以往都是將RAP舊料到處堆積，不僅影響了環(huán)境，而且影響城市的市容面貌。為使RAP舊料能夠再次回收利用，人們開(kāi)始關(guān)注熱拌再生混合料的研究，就是在舊料中加入一些再生劑改善再生混合料的使用性能，但考慮到熱拌混合料需要消耗大量燃料且污染環(huán)境。為倡導(dǎo)和構(gòu)建綠色環(huán)保節(jié)約型社會(huì)，研究學(xué)者開(kāi)始著眼于溫拌再生瀝青混合料的研究。但無(wú)論是熱拌還是溫拌再生，混合料的各方面性能都有限，無(wú)法長(zhǎng)期滿(mǎn)足現(xiàn)代道路交通的需求，而且RAP舊料的摻量不宜過(guò)高，限制了舊料的利用率[1-3]。經(jīng)過(guò)一些學(xué)者的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在再生瀝青混合料中摻入改性瀝青的方法可以明顯提高再生混合料的各方面路用性能[4-5]。如屈文碩等人將溫拌劑、再生劑以及SBS改性劑等材料通過(guò)一定技術(shù)加入再生瀝青混合料中，研究了再生瀝青混合料的性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，摻入改性復(fù)合再生劑后，不但降低了再生瀝青混合料的拌和溫度，而且提高了舊料RAP的利用率，并改善和提高了混合料的路用性能[6]。唐芳通過(guò)在Sasobit溫拌再生瀝青混合料中加入橡膠/木質(zhì)素纖維復(fù)合改性瀝青研究了改性瀝青再生瀝青混合料的路用性能，結(jié)果表明橡膠/木質(zhì)素纖維復(fù)合改性瀝青明顯改善了再生瀝青混合料的抗水損害、低溫抗裂性能以及抗疲勞性能[7]。

目前對(duì)于改性瀝青加入溫拌再生瀝青混合料的研究還比較少，本文通過(guò)將SBS和SBR兩種聚合物改性瀝青加入溫拌再生瀝青混合料中，研究聚合物改性瀝青對(duì)其再生混合料性能產(chǎn)生的影響，以期為溫拌再生瀝青混合料的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考。

1 原材料及混合料配合比設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)用到的舊瀝青路面材料（RAP）采用江西南昌某公路面層銑刨料，經(jīng)過(guò)對(duì)RAP銑刨料的抽提和篩分發(fā)現(xiàn)原公路路面銑刨層為AC-16型級(jí)配，并得到了抽提篩分和原樣篩分結(jié)果，見(jiàn)表1。根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程采用阿布森法從瀝青混合料中回收瀝青得到舊瀝青的含量是4.5%，對(duì)提取的舊瀝青進(jìn)行測(cè)試得到了各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)性能試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表2。

表1 回收料RAP篩分結(jié)果Table 1 RAP screening results of recycled materials

表2 回收料RAP中舊瀝青技術(shù)性能Table 2 Technical performance of old asphalt in RAP

分別采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）和丁苯橡膠（SBR）等兩種聚合物制備改性瀝青，其中制備改性瀝青用到的基質(zhì)瀝青采用盤(pán)錦90號(hào)A級(jí)石油瀝青，其技術(shù)性能都滿(mǎn)足規(guī)范要求，見(jiàn)表3。聚合物SBS改性劑采用LG501型，SBR為1502型丁苯橡膠，均由山東某化工科技公司生產(chǎn)，兩種聚合物改性劑摻量根據(jù)廠家推薦分別取3%、4%和5%三種摻量，分別制備三種不同摻量改性劑的SBS改性瀝青和SBR改性瀝青。

表3 90號(hào)基質(zhì)瀝青技術(shù)性能Table 3 Technical performance of 90# base asphalt

試驗(yàn)中所用到的XT-W2型溫拌劑和XT-2型瀝青再生劑，都是由常州信拓路面改性材料有限公司提供，其中XT-W2型溫拌劑屬于一種改性蠟類(lèi)固體溫拌劑，加入瀝青混合料中能夠有效降低拌和溫度15～30 ℃，其摻量為瀝青用量的0.5%。XT-2型瀝青再生劑加入舊瀝青后能夠大幅度提高舊瀝青的技術(shù)性能，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)針入度和軟化點(diǎn)可恢復(fù)到瀝青原有的水平，而延度可至少恢復(fù)7成，XT-2型瀝青再生劑的用量是舊瀝青的10%。

添加的新集料采用玄武巖材質(zhì)，填料選擇石灰?guī)r礦粉，經(jīng)過(guò)對(duì)玄武巖新集料進(jìn)行物理力學(xué)指標(biāo)性能測(cè)試，其結(jié)果都滿(mǎn)足規(guī)范要求，具體見(jiàn)表4。

表4 玄武巖集料物理力學(xué)指標(biāo)性能Table 4 Physical and mechanical properties of basalt aggregate

1.2 混合料配合比設(shè)計(jì)

結(jié)合原銑刨料面層級(jí)配為AC-16，本文在混合料試驗(yàn)研究仍采用AC-16礦料級(jí)配，使銑刨料RAP和新集料混到一塊后的級(jí)配與AC-16級(jí)配中值相近，其中RAP摻量采用40%，合成后的級(jí)配設(shè)計(jì)見(jiàn)表5。

表5 AC-16合成級(jí)配設(shè)計(jì)表Table 5 AC-16 composite gradation design table

混合料拌和方式：首先將RAP舊料與按比例稱(chēng)量好的再生劑在150～160 ℃條件下進(jìn)行拌和40s，然后加入新集料接著拌和30s，隨后加入SBS改性瀝青或SBR改性瀝青，以及溫拌劑，拌和30s 后加入礦粉再攪拌30s即可完成。按照以上拌和方式制備馬歇爾試件確定混合料的最佳油石比，馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Marshall test results

2 瀝青混合料性能試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 高溫性能

研究表明，單軸貫入試驗(yàn)結(jié)果與瀝青路面的實(shí)際受力情況吻合度較高，能夠很好地表征路面的高溫受力變形情況[8]。本文采用單軸貫入試驗(yàn)對(duì)分別摻不同摻量（3%、4%、5%）的SBS改性瀝青、SBR改性瀝青的溫拌再生瀝青混合料進(jìn)行高溫性能評(píng)價(jià)，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)機(jī)成型圓柱體試件，試驗(yàn)溫度選擇60℃，加載速率采用1mm/min，取三組平行試件的試驗(yàn)結(jié)果平均值作為最終結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 單軸貫入試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of uniaxial penetration test

從表7可以看出，與加入基質(zhì)瀝青相比，無(wú)論是加入SBS改性瀝青還是SBR改性瀝青后，溫再生瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度均大幅度提高，5% SBS改性瀝青的效果最佳，其次是4% SBS，然后是4% SBR改性瀝青。單純從SBS或SBR方面看，抗剪強(qiáng)度隨著SBS改性劑摻量增加逐漸提高，隨著SBR摻量增加抗剪強(qiáng)度先提高后降低，整體來(lái)看，SBS改性瀝青比SBR改性瀝青的效果更顯著。說(shuō)明加入SBS或SBR改性瀝青均可以改善和提高溫再生瀝青混合料的高溫抗剪切變形性能，SBS改性劑摻量5%、SBR摻量為4%時(shí)效果最佳。

2.2 低溫性能

本文采用彎曲蠕變?cè)囼?yàn)對(duì)不同改性瀝青的溫拌再生瀝青混合料的低溫性能進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)，首先室內(nèi)成型一定尺寸的車(chē)轍板試件，然后用切割機(jī)切成尺寸為250mm×30mm×35mm的棱柱體，利用SYD-0728-1型蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)加載速率為50mm/min，試驗(yàn)溫度選擇0℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 彎曲蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果Table 8 Bending creep test results

從表8可以看出，兩種聚合物改性瀝青加入后溫再生瀝青混合料的低溫彎曲蠕變速率得到了有效的提高，其中4% SBR的效果最明顯。彎曲蠕變速率隨SBS或SBR改性劑摻量增加均呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，都是在SBS或SBR改性劑用量4%時(shí)低溫彎曲蠕變速率最大，但二者相比之下SBR改性瀝青的表現(xiàn)更加優(yōu)異。說(shuō)明SBS和SBR兩種聚合物改性瀝青都明顯提高了溫再生瀝青混合料的低溫性能，且二者改性劑摻量分別為4%時(shí)最佳。

2.3 水穩(wěn)定性

研究表明，相比浸水馬歇爾試驗(yàn)，凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果更能符合瀝青路面的實(shí)際抗水損害狀況。因此，本文采用凍融劈裂試驗(yàn)研究不同改性瀝青對(duì)溫拌再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Freeze thaw splitting test results

從表9可知，相較基質(zhì)瀝青，摻加SBS改性瀝青與SBR改性瀝青，溫再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比均有明顯增加，同樣摻量下SBS改性瀝青的效果更明顯。溫再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比隨著SBS或SBR摻量的增加而逐漸增加。說(shuō)明SBS改性瀝青或SBR改性瀝青能夠提高溫拌再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。

2.4 疲勞性能

采用UTM試驗(yàn)機(jī)對(duì)分別摻加SBS改性瀝青、SBR改性瀝青的溫拌再生瀝青混合料進(jìn)行四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，以疲勞壽命評(píng)價(jià)不同摻量改性劑的SBS改性瀝青與SBR改性瀝青對(duì)溫再生瀝青混合料疲勞性能的影響。試驗(yàn)時(shí)試件尺寸采用380mm×50mm×63.5mm，應(yīng)變水平采用400με，試驗(yàn)溫度15℃，加載頻率為5Hz，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果Table 10 Four point bending fatigue test results

從表10疲勞壽命數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，溫拌再生瀝青混合料的疲勞壽命次數(shù)大小分別為5%SBS＞4%SBS＞3%SBS＞5%SBR＞4%SBR＞3%SBR，可以看出加入SBS改性瀝青或SBR改性瀝青后的溫再生混合料的疲勞壽命次數(shù)都比基質(zhì)瀝青要大得多，隨著SBS或SBR摻量的增加，溫拌再生瀝青混合料的疲勞壽命逐漸增加，且同樣條件下SBS改性瀝青的效果要顯著高于SBR改性瀝青。說(shuō)明SBS改性瀝青和SBR改性瀝青都能明顯提高溫再生瀝青混合料的疲勞性能，且SBS改性瀝青的效果更佳。

3 結(jié)論

通過(guò)研究3%、4%和5%摻量的SBR改性瀝青、SBS改性瀝青分別對(duì)溫拌再生瀝青混合料路用性能的影響，主要得出以下結(jié)論：

（1）從單軸貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，加入SBS或SBR改性瀝青都能夠提升溫再生瀝青混合料的高溫性能，且5%SBS和4%SBR的效果最佳。

（2）從彎曲蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果來(lái)看，隨著SBS或SBR改性劑用量增加，彎曲蠕變速率都出現(xiàn)了先增加后降低趨勢(shì)，SBS改性瀝青和SBR改性瀝青都明顯改善了溫再生瀝青混合料的低溫性能，且兩種聚合物改性劑用量為4%時(shí)最佳。

（3）從凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果可得，SBS改性瀝青或SBR改性瀝青都提高了溫拌再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，且隨著改性劑用量的增加效果更加明顯。

（4）從疲勞壽命數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，溫拌再生瀝青混合料的疲勞壽命次數(shù)大小分別為5%SBS＞4%SBS＞3%SBS＞5%SBR＞4%SBR＞3%SBR，SBS改性瀝青和SBR改性瀝青都顯著提高了溫再生瀝青混合料的疲勞性能，且SBS改性瀝青的效果更佳。