孫澤強， 周曉蕾， 宋亮， 王朝輝

(1.新疆交通投資有限責任公司， 新疆 烏魯木齊 830000； 2.長安大學 公路學院； 3.新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院)

1 前言

近年來，經濟環(huán)保、性能優(yōu)良的綠色公路受到廣泛關注，交通運輸部發(fā)布的《關于實施綠色公路建設的指導意見》 (2016) 與《關于全面深入推進綠色交通發(fā)展的意見》 (2017) 均明確指出要將綠色公路建設作為未來公路建設的主要方向。以廢胎膠粉為改性劑的橡膠瀝青混合料可實現(xiàn)廢舊資源循環(huán)利用，成為踐行綠色道路發(fā)展要求的重要途徑。傳統(tǒng)橡膠瀝青膠粉摻量大，其施工和易性差、易致壓實不足，SBS/膠粉復合改性瀝青混合料既可提高瀝青路面使用性能又可降低膠粉摻量，成為橡膠瀝青路面發(fā)展的重要方向。

國外學者針對SBS/膠粉復合改性瀝青混合料的改性劑結構、制備工藝、助劑等方面進行了研究。Mario Manosalvas-Paredes等采用膠粉改性SBS瀝青制備復合改性瀝青混合料，與摻有纖維的SBS改性瀝青混合料對比，發(fā)現(xiàn)復合改性瀝青混合料的抗永久變形能力優(yōu)異；Chengduo Qian等探討了膠粉粒徑對SBS/膠粉復合改性瀝青混合料性能的影響，發(fā)現(xiàn)較大粒徑的膠粉可增強瀝青混合料的抗車轍性能及儲存穩(wěn)定性；Vignali Valeria等提出一種不同于傳統(tǒng)干、濕法工藝的干-混工藝，由此制得的瀝青混合料具有良好的高低溫性能；Yongchun Cheng等研究發(fā)現(xiàn)摻入SA溫拌劑可顯著改善SBS/膠粉復合改性瀝青混合料的低溫抗裂性和抗車轍性能。中國研究則主要集中于瀝青黏結料、混合料制備工藝的選擇優(yōu)化與級配調整。劉勇以干法工藝制備SBS/膠粉復合改性瀝青混合料，電鏡分析證明集料、膠粉、瀝青的三相體系已經形成；熊偉等以濕法工藝將SBS摻入TB橡膠瀝青，對比發(fā)現(xiàn)3%SBS+15%TB配比的混合料綜合性能最優(yōu)；楊光參考橡膠瀝青的濕法工藝將CR/SBSCMA 的制備工藝分為準備、投料預混、研磨分散、發(fā)育及儲存等階段，細化了混合料工藝；周政優(yōu)化礦料級配得到符合復合改性瀝青特點的AC-13G級配，并與AR-SMA13對比發(fā)現(xiàn)其高溫性能更優(yōu)但低溫性能較差；褚付克等利用“貝雷法”及“I法”優(yōu)化美國德州AR-SMA-13后提出WRAC-13級配，取得良好路用性能。綜上，當前學者從制備工藝、礦料級配等方面已進行了大量性能優(yōu)化工作。為進一步揭示SBS/膠粉復合改性瀝青混合料路用性能及改性機理并改善其不足，應系統(tǒng)梳理SBS/膠粉復合改性瀝青混合料制備工藝、礦料級配及路用性能變化規(guī)律，以便為后續(xù)研究與應用奠定基礎。

鑒于此，該文在全面調查SBS/膠粉復合改性瀝青混合料相關研究成果基礎上，對比分析SBS/膠粉復合改性瀝青混合料制備工藝與級配，闡明復合改性瀝青混合料性能特點，從而為今后深入研究與工程應用提供參考。

2 SBS/膠粉復合改性瀝青混合料制備工藝對比

為優(yōu)選SBS/膠粉復合改性瀝青混合料制備工藝，系統(tǒng)梳理已有研究成果。當前 SBS/膠粉復合改性瀝青混合料制備工藝主要分為干法與濕法兩種，其中濕法工藝先經高速剪切使改性劑與基質瀝青充分反應，后經高溫發(fā)育得到復合改性瀝青以制備SBS/膠粉復合改性瀝青混合料；干法工藝則將礦料與膠粉在拌鍋中拌和規(guī)定時間后將SBS改性瀝青摻入，繼續(xù)拌和發(fā)育后得到SBS/膠粉復合改性瀝青混合料。兩種SBS/膠粉復合改性瀝青混合料制備工藝參數(shù)見表1。

由表1可知：干法工藝所用廢胎膠粉粒徑較濕法大，干法工藝膠粉摻量為混合料質量的1%～3%，而濕法為基質瀝青的10%～20%，換算后為混合料的0.43%～0.79%(油石比5%)，干法工藝廢舊輪胎利用量更大。

表1 干、濕法工藝參數(shù)對比

干法工藝(摻加TOR)的拌和溫度較濕法工藝低，其各階段拌和時間較濕法均有延長，這是由于濕法工藝在生產復合改性瀝青時膠粉已初步溶解分散，而干法工藝膠粉在混合料拌和時加入，需較長拌和時間以使膠粉與瀝青反應更充分。此外，濕法工藝需專用設備生產改性瀝青，成本更高；干法工藝對設備要求低，使用現(xiàn)有設備即可生產，施工便利。與干法工藝相比，濕法工藝在高溫高速剪切下可使改性劑與瀝青接觸產生反應，瀝青改性效果穩(wěn)定，此工藝制備的復合改性瀝青混合料高低溫性能、水穩(wěn)定性較好。

綜上所述，濕法工藝較干法工藝雖耗能大、膠粉摻量略低，但改性效果更穩(wěn)定，當前SBS/膠粉復合改性瀝青混合料制備工藝仍以濕法為主。

3 SBS/膠粉復合改性瀝青混合料級配調查與評價

全面調查中國SBS/膠粉復合改性瀝青混合料礦料級配情況，梳理礦料級配的主要類型與各篩孔通過率，同時結合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》推薦的級配范圍進行評價，具體級配見圖1。

圖1 SBS/膠粉復合改性瀝青混合料級配曲線

調查的40余項SBS/膠粉復合改性瀝青混合料礦料級配中，采用連續(xù)型密級配AC者占63%，采用間斷級配SMA者占34%，其余為開級配OGFC?？紤]到膠粉膨脹、反彈性質，若礦料級配采用低間隙率的AC級配，膠粉易干涉粗骨料之間的嵌擠而導致混合料路用性能下降，故為給膠粉膨脹提供空間，SBS/膠粉復合改性瀝青混合料常采用間斷級配或開級配。其原因主要有：① 調整AC關鍵篩孔通過率，使級配適當變粗，即可達到類似于開級配或間斷級配的效果；② 出于經濟性考慮，SMA粗集料骨架間隙率較大，需大量瀝青填充，造價較高；③ 中國瀝青路面常采用AC，而OGFC使用較少，若仍主要采用開級配不利于SBS/膠粉復合改性瀝青混合料的推廣與應用，因此當前復合改性瀝青混合料制備時主要采用了AC級配并對其關鍵篩孔通過率進行調整以適應復合改性瀝青特點。

由圖1可得：調查的AC-13級配中，多數(shù)調查級配處于規(guī)范規(guī)定范圍內，其中級配11～13、15、17因參考美國亞利桑那州橡膠瀝青礦料級配，其粗集料偏多、細集料偏少使部分尺寸篩孔通過率低于規(guī)范下限。調查級配中4.75 mm篩孔通過率為24%～59%，2.36 mm篩孔通過率為16%～41%，70%的級配處于規(guī)范中值以下，0.075 mm篩孔通過率為1.25%～8%，76%位于規(guī)范中值以下，處于較低水平，分析其原因為膠粉可膨脹作為一部分細料發(fā)揮作用，要求礦料有更大間隙以填充改性瀝青。經以上分析并結合路用性能分析，建議AC-13級配4.75、2.36、0.075 mm篩孔通過率控制為38%～50%、27%～37%、5%～6%。

調查的SMA-13級配中，除級配8中的0.3、0.15、0.075 mm篩孔通過率略低于級配下限以外，其余級配均處于規(guī)范規(guī)定范圍以內，其中4.75 mm篩孔通過率為24.1%～33.9%，2.36 mm篩孔通過率為20.2%～26.1%，均處規(guī)范要求中值以上，0.075 mm篩孔通過率為6%～10.5%。綜上可知，SMA-13級配4.75、2.36、0.075 mm篩孔通過率宜分別控制為27%～33%、20%～24%、8%～10.5%。

4 SBS/膠粉復合改性瀝青混合料路用性能調查與評價

4.1 SBS/膠粉復合改性瀝青混合料路用性能評價

經調查，SBS/膠粉復合改性瀝青混合料中，SBS摻量為2%～3.5%，膠粉摻量為10%～20%，SBS/膠粉復合改性瀝青混合料路用性能指標如圖2所示。

圖2 SBS/膠粉復合改性瀝青混合料路用性能

由圖2可知：

SBS/膠粉復合改性瀝青混合料動穩(wěn)定度分布均勻，均值為6 504.5次/mm位于中位線5 654次/mm上方，多數(shù)復合改性瀝青混合料高溫性能良好。彎曲破壞應變50%的數(shù)據(jù)為3 349～5 718.5 με，滿足規(guī)范冬嚴寒區(qū)大于3 000 με的要求?？估瓘姸人姆治粩?shù)區(qū)間為5.1～12.0 MPa，中位線10.3 MPa以上數(shù)據(jù)分布集中，平均值為8.8 MPa位于中位線以下，部分復合改性瀝青混合料極限抗彎拉強度較低，這可能是采用了粒徑較大的膠粉所致。勁度模量四分位數(shù)區(qū)間為2 034.9～2 425.5 MPa，此區(qū)間數(shù)據(jù)分布集中。浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度比的下限為87.8%，滿足規(guī)范潮濕地區(qū)大于85%的規(guī)定。凍融劈裂比四分位數(shù)區(qū)間為84.5%～92.4%，滿足規(guī)范大于80%的要求，SBS/膠粉復合改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性良好。采用四分點加載(控制應變400 με)方式測量混合料疲勞壽命，50%的數(shù)據(jù)為338 334～404 802次，最低可達245 460次，說明復合改性瀝青混合料抗疲勞性能較好。

由此可知，SBS/膠粉復合改性瀝青混合料高溫性能、水穩(wěn)定性優(yōu)良，低溫性能整體較好，抗疲勞性能優(yōu)良。

4.2 不同瀝青混合料路用性能對比

為明確不同改性瀝青混合料路用性能的差異，系統(tǒng)梳理了SBS/膠粉復合改性瀝青混合料路用性能研究成果及其對應膠粉改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料路用性能研究數(shù)據(jù)，對比不同改性瀝青混合料路用性能指標。其中復合改性瀝青混合料所用瀝青中SBS摻量為2%～3.5%，膠粉摻量為10%～20%，膠粉改性瀝青混合料所用瀝青的膠粉摻量為10%～22%，SBS改性瀝青混合料中所用瀝青的SBS摻量為3%～4.5%，具體性能指標對比見圖3。

圖3 不同瀝青混合料路用性能對比

四分數(shù)區(qū)間長度常作為分析箱形圖數(shù)據(jù)特點的重要指標，由圖3(a)可知：膠粉改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料、SBS/膠粉復合改性瀝青混合料動穩(wěn)定度分別為1 923、1 780、3 793次/mm。SBS/膠粉復合改性瀝青混合料動穩(wěn)定度集中在4 930～8 723次/mm，其高溫穩(wěn)定性優(yōu)于其他兩種瀝青混合料，但數(shù)據(jù)離散性較大。SBS改性瀝青混合料、膠粉改性瀝青混合料動穩(wěn)定度均值分別為5 440、3 871次/mm，由此可知，膠粉對瀝青混合料的高溫性能改善效果不及SBS。其原因可能是由于膠粉具有膨脹彈性特性，導致壓實不足，而SBS與膠粉復合后兩者性能可得到互補。

由圖3(c)可知：膠粉改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料、SBS/膠粉復合改性瀝青混合料極限彎曲破壞應變分別為227、984、2 369 με，SBS/膠粉復合改性瀝青混合料數(shù)據(jù)離散性較大，但其均值最大為4 610.9 με。由此可知：SBS/膠粉復合改性瀝青混合料的低溫性能遠優(yōu)于其余兩種瀝青混合料。膠粉改性瀝青混合料的彎曲破壞應變高于SBS改性瀝青混合料，因而膠粉對瀝青混合料的低溫性能改善效果優(yōu)于SBS。由圖3(b)可知：膠粉改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料、SBS/膠粉復合改性瀝青混合料勁度模量依次呈下降趨勢，瀝青混合料韌性逐步得到改善。

由圖3(e)、(d)可知：3種瀝青混合料的凍融劈裂比接近。膠粉改性瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比較另兩種混合料低，其主要原因為膠粉改性瀝青混合料要求礦料級配有更大空間供膠粉填充，而浸水馬歇爾試驗注重于檢驗水能否進入混合料內部來考察混合料的水穩(wěn)定性，因此膠粉改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性略差。

由圖3(f)可知：膠粉改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料、SBS/膠粉復合改性瀝青混合料疲勞壽命分別為138 665、130 499、66 468次，膠粉改性瀝青混合料的數(shù)據(jù)離散性最大，其抗疲勞性能不穩(wěn)定。三者的均值依次為193 578、328 801、369 833次，膠粉改性瀝青混合料的抗疲勞性能較其他二者差，SBS改性瀝青混合料的疲勞壽命略低于復合改性瀝青混合料。

綜上可知：SBS與膠粉優(yōu)勢互補有效地提高了瀝青混合料的路用性能，具體表現(xiàn)為，SBS/膠粉復合改性瀝青混合料較其余兩種瀝青混合料的高溫性能及疲勞壽命有所提升，低溫性能明顯改善，綜合性能優(yōu)異。

5 展望

近年來SBS/膠粉復合改性瀝青混合料應用于實際工程中時，瀝青儲存穩(wěn)定性較差，無法長時間儲存或運輸?shù)葐栴}突顯，復合改性瀝青及其混合料的儲存穩(wěn)定性亟需進一步改善。此外，目前關于SBS/膠粉復合改性瀝青混合料的相關研究主要集中于前期路用性能，關于后期應用過程中的長期性能監(jiān)測與演變少有研究，后續(xù)可在此方面進行深入探索。

6 結論

(1) 梳理并對比了SBS/膠粉復合改性瀝青混合料的干、濕法工藝參數(shù)，結果顯示：濕法工藝較干法廢胎膠粉用量降低1.5%左右(占混合料質量)，耗能更高(拌和溫度高5～15 ℃)，但膠粉與瀝青反應充分、改性效果更穩(wěn)定，濕法工藝應用更廣。

(2) 梳理分析中國SBS/膠粉復合改性瀝青混合料級配可知，復合改性瀝青混合料常采用AC-13級配，考慮膠粉溶脹特點建議4.75 mm篩孔通過率控制為38%～50%，2.36 mm篩孔通過率控制為27%～37%，0.075 mm篩孔通過率控制為5%～6%。

(3) 對比3種改性瀝青混合料路用性能可知，SBS/膠粉復合改性瀝青混合料綜合性能最優(yōu)，SBS改性瀝青混合料次之，膠粉改性瀝青混合料較差，SBS/膠粉復合改性瀝青混合料動穩(wěn)定度、彎曲破壞應變、疲勞壽命(應變400 με)均值分別可達6 504次/mm、4 610.9 με、369 833次，具有膠粉、SBS性能互補趨勢。