作者簡介：

歐陽效峰（1986—），工程師，主要從事交通運(yùn)輸行業(yè)建設(shè)管理工作。

摘要：為研究橡塑改性瀝青在干法改性技術(shù)中的應(yīng)用效果，文章以橡膠粉、低密度聚乙烯制備的橡塑顆粒為原材料，以橡塑摻配比、橡塑摻量、拌和溫度及拌和時間為影響因素，選用L9（3）4四因素三水平正交表安排試驗，通過動穩(wěn)定度、最大彎拉應(yīng)變及凍融循環(huán)后劈裂強(qiáng)度得到最優(yōu)組合參數(shù)，并對比驗證了最佳制備工藝下橡塑改性瀝青混合料的路用性能。研究結(jié)果表明：橡塑摻配比和橡塑摻量是影響路用性能的主要因素，當(dāng)橡塑摻配比為2∶1、橡塑摻量為1.5%、拌和溫度為180 ℃、拌和時間為180 s時，其混合料的綜合性能可發(fā)揮出最大效果；高溫方面，干法工藝的動穩(wěn)定度比濕法工藝提升11.1%，比干法SBS混合料提升14.9%；低溫方面，干法工藝的極限彎拉應(yīng)變比濕法高出18.3%，略低于干法SBS混合料；水穩(wěn)方面，干法工藝的凍融劈裂強(qiáng)度比較濕法低5.8%，且略低于干法SBS混合料。由此可知，橡塑材料的干法式應(yīng)用具有良好的路用效果。

關(guān)鍵詞：道路工程；干法；橡塑改性瀝青；制備工藝；路用性能

中圖分類號：U414.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 22 071 3

0 引言

隨著我國公路事業(yè)的快速發(fā)展，瀝青改性劑層出不窮，其中聚合物改性劑被廣泛應(yīng)用在眾多瀝青路面中，廢輪胎膠粉、廢舊塑料就是其中的代表。眾多研究表明［1-2］廢輪胎膠粉、廢舊塑料可以提升基質(zhì)瀝青的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、耐疲勞性等，兩者復(fù)合后的性能再次得到提升，這對于環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。但是，廢輪胎膠粉、廢舊塑料與瀝青相容后，會出現(xiàn)儲存變質(zhì)、離析及偷工減料、監(jiān)管困難等行業(yè)痛點(diǎn)［3-5］，給道路工作者帶來了較大的困擾。

近年來，直投式改性技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，以SBS為代表的干法改性解決了傳統(tǒng)濕法改性導(dǎo)致的性能發(fā)揮不充分問題［6-7］，將SBS與普通基質(zhì)瀝青、集料分別直接投放到拌和樓，即可直接生產(chǎn)SBS改性瀝青混合料，在SBS剛?cè)诨男阅芨叻辶⒓撮_展攤鋪，具有性能更優(yōu)、成本更低、管控簡單、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢。鑒于此，本文以室內(nèi)試驗為主要手段，嘗試采用直投式干法技術(shù)制備橡塑復(fù)合改性瀝青混合料，深入研究其制備方法及工藝，旨在為拓寬橡塑改性瀝青在我國瀝青路面中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 原材料

1.1 基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青為殼牌70#，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

1.2 集料

粗集料、細(xì)集料及礦粉均采用石灰?guī)r，具體指標(biāo)見表2。

1.3 橡塑材料

根據(jù)已有研究經(jīng)驗［8-9］，運(yùn)用精密開煉機(jī)將廢輪胎膠粉和廢舊塑料按照一定的質(zhì)量比例塑煉而成。溫度設(shè)定為160 ℃，塑煉時間為5 min，橡膠粉與塑料的比例初定為1∶1、2∶1、3∶1，即得橡塑材料。其主要技術(shù)指標(biāo)見表3。

2 干法橡塑改性瀝青混合料制備工藝

本次試驗結(jié)合實(shí)驗室實(shí)際，將干法橡塑改性瀝青混合料的制備工藝簡述如下：

（1）將一定摻量橡塑材料與粗集料放入預(yù)熱的拌和鍋中預(yù)先干拌，時間為90 s。

（2）將細(xì)集料、礦粉、已加熱的瀝青按照計算好的比例添加到拌和鍋中進(jìn)行濕拌，按照預(yù)定的拌和時間和拌和溫度進(jìn)行。

（3）升起拌和鍋進(jìn)行燜料，時間為30 min。

2.1 正交試驗設(shè)計

干法橡塑改性瀝青混合料制備過程中的4個主要影響因素為橡膠粉與塑料的摻配比例、橡塑材料的摻量、拌和溫度及時間，從高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性3個方面進(jìn)行測試。因此設(shè)計4因素3水平的正交試驗可得出最優(yōu)制備條件，其因素水平表見下頁表4，設(shè)計表見下頁表5。

2.2 礦料級配設(shè)計

試驗選取AC-13礦料級配，級配組成見表6。

2.3 正交試驗結(jié)果

按照表5的試驗號進(jìn)行試驗，高溫穩(wěn)定性采用室內(nèi)車轍試驗進(jìn)行，以動穩(wěn)定度作為評價指標(biāo)。低溫抗裂性采用小梁低溫彎曲試驗進(jìn)行，以極限彎拉應(yīng)變作為評價指標(biāo)。水穩(wěn)定性采用凍融劈裂試驗進(jìn)行，以凍融劈裂強(qiáng)度比作為評價指標(biāo)［10］，在試驗所用試件制備過程中，除以上4個因素變化外，保證其余條件均相同。各試驗儀器型號見表7，試驗結(jié)果見表8。

試驗結(jié)果采用極差分析法分析，以確定不同因素對試驗指標(biāo)的影響程度和規(guī)律。分析時，3種水平即1～3的試驗結(jié)果平均值分別用Ⅰ～Ⅲ來表示，由此得到3個試驗指標(biāo)即動穩(wěn)定度、極限抗彎拉應(yīng)變、凍融后劈裂強(qiáng)度比的平均值及各因素每種水平的極差，據(jù)此可以得到各試驗指標(biāo)的關(guān)鍵影響因素和最小影響因素及滿足規(guī)范要求的最優(yōu)組合與適宜范圍。3種指標(biāo)動穩(wěn)定度、極限抗彎拉應(yīng)變、凍融后劈裂強(qiáng)度比均取較大值，得到的試驗結(jié)果及最佳組合見表9。

由表9可知，影響動穩(wěn)定度的因素排序為B＞A＞C＞D，且B和A遠(yuǎn)大于C和D，表明橡塑摻量的大小和橡塑摻配比例是影響動穩(wěn)定度的主要因素；極限抗彎拉應(yīng)變的影響因素為A＞B＞C＞D，且A和B遠(yuǎn)大于C和D，表明橡塑摻量的大小和橡塑摻配比例是影響動穩(wěn)定度的主要因素表明；凍融后劈裂強(qiáng)度比的影響因素為A＞B＞C＞D，表明橡塑摻量的大小和橡塑摻配比例是影響動穩(wěn)定度的主要因素。綜上所述，對瀝青性能影響最大的因素為A和B，C和D的影響最小。當(dāng)組合形式為A2B2C3D3時，動穩(wěn)定度和極限抗彎拉應(yīng)變均能發(fā)揮到最大，此時凍融后劈裂強(qiáng)度比也滿足規(guī)范要求。說明組合A2B2C3D3可作為最佳組合，即橡塑摻配比為2∶1，橡塑摻量為1.5%，拌和溫度為180 ℃，拌和時間為180 s。由于在9次正交試驗中沒有包含這個水平組合，因此需要做一組追加試驗，其結(jié)果見表10，其體積參數(shù)比較接近目標(biāo)值。

3 干法橡塑改性瀝青混合料路用性能對比

為更加直觀地研究干法橡塑改性瀝青混合料的路用性能效果，本試驗利用表6中AC-13級配，通過干法工藝、濕法工藝，制備4種不同類型的瀝青混合料，如表11所示：分別為基質(zhì)瀝青混合料，記為AC-Ⅰ；干法工藝+1.5%橡膠粉改性顆粒+基質(zhì)瀝青，記為AC-Ⅱ；濕法工藝+1.5%橡膠粉改性顆粒+基質(zhì)瀝青，記為AC-Ⅲ；干法工藝+5%SBS+基質(zhì)瀝青，記為AC-Ⅳ。通過對比不同改性方案對路用性能的改善程度，來驗證橡塑復(fù)合改性瀝青的路用可行性。

3.1 最佳油石比

依據(jù)相關(guān)規(guī)范［10-11］。利用馬歇爾法來確定4種類型混合料的油石比，測定結(jié)果見表12。

3.2 路用性試驗結(jié)果

為直觀對比，將測試結(jié)果制成柱狀圖，見圖1～3。

由圖1可知，與基質(zhì)瀝青混合料相比，無論是干法工藝還是濕法工藝，橡塑復(fù)合改性瀝青混合料均提升了高溫抗車轍能力，干法工藝比濕法工藝提升11.1%，比干法SBS改性瀝青混合料提升14.9%。由此可見，橡塑改性瀝青的高溫性能的提升主要取決于橡塑復(fù)合材料，干法工藝的優(yōu)勢在于，其不僅在一定程度上提升了抗車轍性能，更重要的是避免了改性瀝青的儲存離析。

由圖2可知，橡塑材料具有較高的低溫最大彎拉應(yīng)變，且干法比濕法高出18.3%。這是由于干法工藝使得橡塑材料未完全熔融到瀝青中，因此在礦料之間產(chǎn)生了粘結(jié)作用，從而提升了抗彎拉韌性。此外，與干法SBS改性瀝青混合料相比，干法橡塑雖然低溫性能略顯不足，但依然滿足我國低溫嚴(yán)寒區(qū)抗彎拉應(yīng)變的要求。

由圖3可知，橡塑材料對提升基質(zhì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性有利，干法工藝的凍融劈裂強(qiáng)度比低于濕法工藝約5.8%，這是由于橡塑材料在干法工藝下受到凍融循環(huán)后，體積發(fā)生變化導(dǎo)致孔隙率改變，從而降低了劈裂強(qiáng)度，而濕法工藝則是將橡塑材料熔融到瀝青中，不易受到凍融引起的孔隙率收縮。此外，干法橡塑與干法SBS改性瀝青混合料相比，水穩(wěn)定略低，但滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4 結(jié)語

（1）干法橡塑改性瀝青混合料的最優(yōu)制備參數(shù)為橡塑摻配比為2∶1，橡塑摻量為1.5%，拌和溫度為180 ℃，拌和時間為180 s，其中橡塑摻配比和橡塑摻量為路用性能最大影響因素。

（2）干法橡塑顆?？纱蠓岣呋|(zhì)瀝青的綜合路用性能，且高溫、低溫性能均優(yōu)于傳統(tǒng)濕法工藝，雖然其水穩(wěn)定性偏低，但滿足規(guī)范要求。

（3）與干法SBS改性顆粒相比，干法橡塑改性顆粒的優(yōu)勢在于高溫性能較好，低溫性能、水穩(wěn)定性能偏低。

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