羅志寶，高 仲，田 小

（鄂爾多斯市路泰公路工程有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000）

瀝青路面具有噪音低、施工便捷、養(yǎng)護(hù)周期短等優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上最常用的路面結(jié)構(gòu)之一[1]。瀝青是一種粘彈性材料，其使用壽命和流變行為等容易受到外界溫度的影響[2-3]。為了適應(yīng)日益增加的交通量和不同地區(qū)惡劣的氣候條件，瀝青的性能需要進(jìn)一步改善。瀝青改性主要依賴改性劑，目前最常用的改性劑有熱塑性彈性體、橡膠和樹脂等[4-5]。

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）是一種彈性體改性劑，SBS改性瀝青因其良好的綜合性能在瀝青路面中得到了廣泛的應(yīng)用，但同時(shí)也存在SBS與瀝青的相容性較差，其結(jié)構(gòu)容易受到低溫、氧化和紫外線破壞等問題[6-7]。聚乙烯和聚氯乙烯被廣泛用作塑料改性劑，其主要應(yīng)用問題與SBS相似[8]。活性聚合物能有效地解決改性劑與瀝青相容性較差的問題，但是其成本較高[9]。因此，尋找一種經(jīng)濟(jì)有效的改性瀝青方法是研究和工程上需要解決的難題之一。

復(fù)合改性瀝青能有效地結(jié)合不同改性劑材料的優(yōu)點(diǎn)，從而制備出性能更加優(yōu)異的瀝青混合料。孟勇軍等[10]將水性環(huán)氧樹脂和丁苯橡膠作為復(fù)合改性劑對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，然后對(duì)改性瀝青進(jìn)行乳化，研究了復(fù)合改性乳化瀝青的篩上剩余量、儲(chǔ)存穩(wěn)定性和蒸發(fā)殘留物等指標(biāo)變化，得出復(fù)合改性劑的最佳配比。尹建偉等[11]將納米SiO2和SBS作為復(fù)合改性劑改善瀝青的抗裂性；任海生等[12]通過丁苯橡膠和氯丁橡膠聯(lián)合改性，制備改性瀝青并進(jìn)行乳化，對(duì)乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的延度和軟化點(diǎn)等進(jìn)行了研究，確定了兩者的最佳比例。橡膠粉(RP)在瀝青中的大量使用不僅能解決廢棄橡膠污染問題，同時(shí)還能增強(qiáng)瀝青的抗低溫性能[13]；而環(huán)氧樹脂(ER)已被證實(shí)能顯著提高瀝青混合料的耐高溫性能和耐磨耗性[14]。

因此，為了充分發(fā)揮復(fù)合改性劑的改性優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)瀝青混合料的綜合性能，本文利用環(huán)氧樹脂和橡膠粉復(fù)合改性劑對(duì)瀝青進(jìn)行改性，通過研究改性瀝青的基礎(chǔ)物理性能和高低溫穩(wěn)定性，探索復(fù)合改性劑的改性效果及其最佳配比，并對(duì)瀝青混合料的力學(xué)性能進(jìn)行研究。

1 原材料及試驗(yàn)方案

1.1 原材料

本研究使用的基質(zhì)瀝青為70A級(jí)，產(chǎn)地為遼寧盤錦中油遼河石化公司，其物理性質(zhì)見表1。環(huán)氧樹脂、固化劑從商業(yè)渠道選購(gòu)，其基本技術(shù)指標(biāo)見表2。試驗(yàn)所用橡膠粉的檢測(cè)結(jié)果見表3。增塑劑采用山東孚潤(rùn)達(dá)化工有限公司生產(chǎn)的橡膠油，其技術(shù)指標(biāo)見表4。穩(wěn)定劑采用氯化鈣，技術(shù)指標(biāo)見表5。

表1 基質(zhì)瀝青物理性質(zhì)Table 1 Physical properties of base asphalt

表2 環(huán)氧樹脂和固化劑的物理化學(xué)性質(zhì)Table 2 Physicochemical properties of epoxy resin and emulsifier

表3 橡膠粉檢測(cè)結(jié)果Table 3 Test results of rubber powder

表4 增塑劑檢測(cè)結(jié)果Table 4 Plasticizer test results

表5 穩(wěn)定劑檢測(cè)結(jié)果Table 5 Stabilizer test results

1.2 試驗(yàn)方案

改性瀝青的制備：首先將瀝青以135℃進(jìn)行加熱至液體狀態(tài)，然后瞬間換熱升溫至180℃，將橡膠粉、增塑劑加入其中，繼續(xù)剪切攪拌40min，并將溫度控制至180℃，之后打入發(fā)育罐進(jìn)行發(fā)育的同時(shí)加入環(huán)氧樹脂和穩(wěn)定劑，在使用前，根據(jù)環(huán)氧樹脂的填加比例加入固化劑。環(huán)氧樹脂（ER）的摻量設(shè)置為0%、3%、6%和9%；橡膠粉（RP）的摻量設(shè)置為0%、10%、15%和20%。根據(jù)JTG E 20-2011規(guī)范對(duì)復(fù)合改性瀝青的基礎(chǔ)物理性能及高低溫穩(wěn)定性進(jìn)行研究，采用馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法，確定SMA-16環(huán)氧樹脂膠粉復(fù)合改性瀝青的最佳瀝青用量為6.5%，并對(duì)瀝青混合料的力學(xué)性能進(jìn)行研究。

2 改性瀝青物理性能試驗(yàn)結(jié)果

2.1 針入度

圖1展示了環(huán)氧樹脂橡膠粉改性瀝青針入度與改性劑摻量關(guān)系。從圖1可以看出，加入RP和ER后，基質(zhì)瀝青的針入度呈降低趨勢(shì)。當(dāng)ER不變時(shí)，隨著RP的增加改性瀝青的針入度呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，但隨著ER的摻量變大，RP對(duì)于針入度的影響逐步降低；當(dāng)RP不變時(shí)，隨著ER的摻量增加，針入度呈降低趨勢(shì)。當(dāng)RP和ER摻量分別為15%和6%時(shí)，與基質(zhì)瀝青針入度相比，復(fù)合瀝青針入度下降了26.4%。

圖1 環(huán)氧樹脂橡膠粉改性瀝青針入度與改性劑摻量關(guān)系Fig.1 Relationship between penetration and modifer content of modif ied asphalt

2.2 軟化點(diǎn)

圖2展示了復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)與改性劑摻量關(guān)系。從圖2可以看出，加入RP和ER后，基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)呈上升趨勢(shì)。復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)變化較為明顯的RP和ER摻量范圍分別為10%~15%和3%~6%，當(dāng)RP和ER摻量分別為15%和6%時(shí)，與基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)相比，復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)上升了17.7%。上述試驗(yàn)結(jié)果表明，RP和ER聯(lián)合作用能更有效地提升復(fù)合改性瀝青的耐高溫性能。

圖2 復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)與改性劑摻量關(guān)系Fig.2 Relationship between softening point and modifier content of composite modified asphalt

2.3 延度

延度與改性劑含量的關(guān)系如圖3所示。結(jié)果表明，復(fù)合改性瀝青的延度隨環(huán)氧樹脂摻量的增加呈逐漸下降趨勢(shì)。當(dāng)EP摻量不變時(shí)，隨著RP摻量的增加，延度先增大后減小，且當(dāng)RP摻量高于15%時(shí)，其延度降低幅度顯著增加。因此綜合考慮復(fù)合改性瀝青的高低溫性能，環(huán)氧樹脂摻量宜為6%，橡膠粉摻量宜為15%。

圖3 復(fù)合改性瀝青延度與改性劑摻量關(guān)系Fig 3 Relationship between extensibility and modifier content of composite modified asphalt

2.4 黏度

黏度與改性劑含量的關(guān)系如圖4所示。結(jié)果表明，瀝青的黏度值隨改性劑摻量的增加呈逐漸增大的趨勢(shì)。當(dāng)ER摻量不變時(shí)，隨著RP摻量的增加，黏度值逐漸增大，且當(dāng)RP摻量高于15%時(shí)，其黏度顯著增加，這表明RP提高了瀝青的黏度。此外，ER的加入也能提高瀝青的黏度，因此復(fù)合改性瀝青在高溫下具有更好的黏結(jié)力，可以減少路面變形，提高瀝青混合料的高溫性能。

圖4 復(fù)合改性瀝青黏度與改性劑摻量關(guān)系Fig. 4 Relationship between viscosity and modifier content of composite modified asphalt

2.5 彈性恢復(fù)率

RP與ER聯(lián)合改性瀝青的彈性回彈試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。結(jié)果表明，RP和ER的添加均提高了瀝青的彈性恢復(fù)率。復(fù)合瀝青彈性恢復(fù)率隨改性劑摻量變化較為明顯的RP和ER摻量范圍分別為0%~15%和0%~6%，當(dāng)RP和ER摻量分別為15%和6%時(shí)，與橡膠改性瀝青彈性恢復(fù)率相比，復(fù)合改性瀝青彈性恢復(fù)率上升了16.8%。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是橡膠材料的彈性變形能力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)瀝青材料，同時(shí)環(huán)氧樹脂的加入能更好地將橡膠粉融入到瀝青中，從而進(jìn)一步增強(qiáng)瀝青的彈性恢復(fù)率。

圖5 彈性恢復(fù)率與改性劑摻量關(guān)系Fig. 5 Relationship between elastic recovery rate and modifier dosage

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，環(huán)氧樹脂橡膠粉復(fù)合改性瀝青的最佳配方為70A瀝青：橡膠粉：增塑劑=83：15：2，外摻環(huán)氧樹脂6%，固化劑0.18%。其主要技術(shù)指標(biāo)見表6。

表6 環(huán)氧樹脂橡膠粉復(fù)合改性瀝青技術(shù)指標(biāo)Table 6 Technical specifications of epoxy resin rubber powder composite modified asphalt

3 改性瀝青混合料力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)、《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)，對(duì)環(huán)氧樹脂橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料進(jìn)行礦料級(jí)配設(shè)計(jì)、馬歇爾試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)和低溫彎曲試驗(yàn)。

3.1 馬歇爾試驗(yàn)

改性瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表7。其中給出了改性瀝青混合料穩(wěn)定度、流值等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出，環(huán)氧橡膠瀝青混合料較為密實(shí)、浸水殘留穩(wěn)定度高、抗水破壞能力較強(qiáng)。與對(duì)照組混合料相比，環(huán)氧樹脂膠粉改性瀝青混合料能顯著提高混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和浸水殘留穩(wěn)定度，從而顯著增強(qiáng)瀝青混合料的抗變形性能。

表7 改性瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Marshall test results of modified asphalt mixture

3.2 車轍試驗(yàn)

依 據(jù)JTG F40-2004的 要 求，成 型300mm×300mm×50mm的車轍試件,并在60℃、0.7MPa的條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)。改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果見表8。結(jié)果顯示：環(huán)氧樹脂橡膠改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到了4131次/mm,符合現(xiàn)行JTG F40-2004規(guī)定的改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度應(yīng)大于3000次/mm的要求,表明其具有良好的高溫穩(wěn)定性能。

表8 改性瀝青混合料車轍驗(yàn)結(jié)果Table 8 Rutting results of modified asphalt mixture

3.3 梁彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)

通過梁彎曲試驗(yàn)驗(yàn)證RP和ER改性瀝青混合料的低溫性能，研究在提高混合料高溫性能的同時(shí)對(duì)其低溫抗裂性能的影響，改性瀝青混合料梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果見表9?？梢钥闯?，RP的加入提高了瀝青混合料的抗彎強(qiáng)度和失效應(yīng)變，即提高了混合料的強(qiáng)度和剛度模量。RP和ER復(fù)合改性瀝青混合料的抗彎強(qiáng)度和失效應(yīng)變均顯著提高。

表9 改性瀝青混合料梁彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Experimental results of bending strength of modified asphalt mixture beam

4 結(jié)論

（1）添加環(huán)氧樹脂和橡膠粉能通過提高軟化點(diǎn)、降低針入度和延度來改善瀝青的物理性能和耐高低溫性能；同時(shí)能顯著提高瀝青的黏度，從而提高其對(duì)集料的附著力，減少瀝青路面的變形和剝離。

（2）環(huán)氧樹脂和橡膠粉能提高瀝青混合料的抗彎強(qiáng)度和失效應(yīng)變，增強(qiáng)其低溫抗裂性能。

（3）綜合試驗(yàn)結(jié)果，復(fù)合改性瀝青中環(huán)氧樹脂和橡膠粉的最佳摻量分別為6%和15%。