季凍區(qū)橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料工廠化生產(chǎn)工藝及性能研究

趙藝為， 張培林

(武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院， 湖北 武漢　100162)

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季凍區(qū)橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料工廠化生產(chǎn)工藝及性能研究

趙藝為， 張培林

(武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院， 湖北 武漢100162)

為了改善季凍區(qū)重載交通瀝青路面病害突出的問題，通過對(duì)橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料性能的系統(tǒng)研究，確定了橡膠粉與SBS適宜的摻配比例，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了復(fù)合改性瀝青混合料的路用性能，并將其與SBS改性瀝青混合料進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)研究結(jié)果表明：用于季凍區(qū)的橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青中，推薦的橡膠粉摻量為18%～22%，SBS適宜的摻量為2%～2.5%，摻加橡膠粉可減少SBS改性劑摻量，橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青可大幅改善瀝青混合料的高低溫性能，其抗疲勞耐久性優(yōu)于SBS改性瀝青混合料。試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果表明，橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料對(duì)于解決季凍區(qū)重載交通的車轍和開裂等路面問題病害具有較高的應(yīng)用價(jià)值，采用橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混凝土延長了道路的使用壽命。

道路工程； 季節(jié)性冰凍區(qū)； 橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青； 工廠化生產(chǎn)參數(shù)； 路用性能

我國季節(jié)性冰凍地區(qū)遍布十四個(gè)省份，總面積占我國國土面積的53.8%，該區(qū)氣候具有冬季寒冷漫長，夏季高溫多雨等鮮明特點(diǎn)，路面溫度通常要經(jīng)歷-40～50 ℃的溫差變化[1-4]。瀝青材料作為一種彈、粘、塑性綜合體，對(duì)溫度的敏感性較強(qiáng)，高溫時(shí)變軟發(fā)粘，低溫時(shí)又變脆易裂，而且耐疲勞性能較差，為適應(yīng)季凍區(qū)氣溫特點(diǎn)，防止瀝青路面高溫車轍和低溫開裂的發(fā)生這對(duì)瀝青混凝土的高低溫性能和耐久性均有較高要求。目前瀝青路面車轍病害是我國高速公路早期病害的主要形式之一，對(duì)于季凍區(qū)車轍和低溫開裂問題更加凸顯。目前大多數(shù)瀝青改性劑及其相關(guān)的生產(chǎn)工藝各有優(yōu)點(diǎn)和不足之處，通常不能兼顧改善高溫性能和低溫抗裂性能，瀝青混合料高溫抗車轍性能和低溫抗裂性能處于此消彼長狀態(tài)，這也是大多數(shù)添加劑所面臨的一個(gè)問題，甚至有的改性劑在改善普通瀝青混合料單一方面性能的同時(shí)會(huì)對(duì)其他性能帶來一定的負(fù)面影響。瀝青混合料高、低溫性能和水穩(wěn)定性、疲勞性能的改善措施一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。國內(nèi)外大量研究和工程實(shí)踐表明[5-9]，橡膠粉是一種優(yōu)良的改性劑，可改善瀝青混合料的高低溫性能，增大瀝青混合料瀝青用量而不出現(xiàn)流淌、析漏，提高集料與瀝青的粘附性，改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性、抗疲勞性能和抗老化性能，但其存在對(duì)瀝青混合料高溫性能提高程度有限或改善效果不明顯，以及易離析、施工難度大等問題，這成為其規(guī)?；a(chǎn)的技術(shù)瓶頸[5-9]。SBS作為一種優(yōu)良的瀝青改性劑，可顯著改善瀝青混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性和抗疲勞性能，是目前公認(rèn)綜合性能最好的改性劑之一，但其存在儲(chǔ)存穩(wěn)定性差，易老化分解和生產(chǎn)加工成本高等問題，此外，工程實(shí)踐表明[10，11]，為滿足特殊氣候和重載交通的要求，需要將SBS改性劑摻量增大至4%以上，這無疑增大了工程成本。目前鮮見對(duì)橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青及其混合料性能的研究報(bào)道，尤其該項(xiàng)技術(shù)在季節(jié)性冰凍地區(qū)特重交通和城市道路交叉口路段的適用性還未曾涉及，本文研究了橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青及混合料性能路用性能，研究成果可以為該項(xiàng)技術(shù)的規(guī)?；茝V應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1　試驗(yàn)原材料及橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青工廠化生產(chǎn)參數(shù)

1.1原材料及摻配比例

試驗(yàn)選用實(shí)體工程中采用的SK90A道路石油瀝青，SBS采用中石化生產(chǎn)的YH791星形SBS改性劑(S/B=25∶75)，瀝青和SBS改性劑技術(shù)參數(shù)均滿足現(xiàn)行施工規(guī)定技術(shù)要求。采用的膠粉為山西豐華橡膠廠提供的40目子午輪胎硫化膠粉，其由常溫粉碎法生產(chǎn)工藝制備。參考已有研究成果，經(jīng)室內(nèi)初步試驗(yàn)研究確定采用3種低劑量SBS，2.0%、2.5%、3.0%。根據(jù)ASTM D8給出的定義：橡膠瀝青是由基質(zhì)瀝青、回收的廢舊輪胎橡膠(物理化學(xué)成分見表1)和某些添加劑摻和而成的混合物，其中至少有混合物總重量15%的橡膠成分，結(jié)合國內(nèi)近幾年橡膠改性瀝青的工程實(shí)踐應(yīng)用情況，本文初選的橡膠粉摻量為15%、18%、21%、24%(摻量為瀝青質(zhì)量的百分比)。

表1 廢舊輪胎橡膠粉物理化學(xué)成分Table1 Chemicalcompositionofwastetirecrumb %加熱減量灰分丙酮抽出物炭黑含量纖維含量鐵含量篩余量橡膠烴含量0.336.17.334.20.450.0155.353.5

1.2橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青工廠化生產(chǎn)工藝

采用美國進(jìn)口的DALWORTH膠體磨生產(chǎn)橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青，生產(chǎn)工藝流程主要包括：復(fù)合改性瀝青溶脹、剪切磨細(xì)、繼續(xù)發(fā)育3個(gè)過程。主要的控制參數(shù)有橡膠粉與SBS改性劑的摻加順序、試驗(yàn)溫度、剪切機(jī)的速率和發(fā)育時(shí)間。經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)研究，確定先將SBS與基質(zhì)瀝青制備SBS改性瀝青，然后將橡膠粉加入到SBS改性瀝青中，這樣制備的復(fù)合改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性最好，且各項(xiàng)性能指標(biāo)明顯優(yōu)于先生產(chǎn)橡膠粉改性瀝青后加入SBS改性劑所制備的復(fù)合改性瀝青。

1.2.1溶脹

將基質(zhì)瀝青加熱至180～185 ℃，通過計(jì)量系統(tǒng)和物料添加系統(tǒng)加入SBS改性劑，邊加入SBS改性劑邊攪拌，以便SBS混合均勻避免造成局部溫度過低而影響溶脹效率，待SBS添加到預(yù)定質(zhì)量后，繼續(xù)攪拌20 min使其充分溶脹。

1.2.2剪切磨細(xì)

SBS改性劑在剪切磨細(xì)后會(huì)吸收瀝青中的輕質(zhì)組分，同時(shí)自身膨脹，進(jìn)而形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀聯(lián)接。剪切磨細(xì)工序主要是控制剪切機(jī)的速率、剪切時(shí)間、以及剪切溫度[6-9]。經(jīng)提取不同剪切速率、剪切時(shí)間、剪切溫度的瀝青試樣，確定DALWORTH膠體磨的剪切速率為5 200 rad/min，剪切時(shí)間為30 min，剪切溫度為180 ℃，待SBS改性瀝青剪切完成后加入橡膠粉，邊加入橡膠粉邊攪拌，待預(yù)定質(zhì)量的橡膠粉完全加入后，保持剪切溫度為180 ℃，繼續(xù)剪切45 min。

1.2.3發(fā)育

制備橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青時(shí)需要增加SBS改性瀝青的發(fā)育時(shí)間，以便橡膠粉能夠與SBS改性瀝青充分發(fā)生溶脹化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合改性瀝青的發(fā)育時(shí)間為3 h，為了加速橡膠粉/SBS改性瀝青的反應(yīng)速率，發(fā)育期間需勻速攪拌。

1.3橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青評(píng)價(jià)指標(biāo)及試驗(yàn)結(jié)果討論

我國現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》采用針入度體系評(píng)價(jià)改性瀝青技術(shù)性能。研究室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于橡膠粉中所含的灰分并不能被瀝青溶解，灰分大量聚集處于一種不均勻狀態(tài)，沉淀于針入度試件底部，在用濕法工藝進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計(jì)時(shí)改性瀝青穩(wěn)定性差，離析問題嚴(yán)重。此外，針入度試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)針頭在下降時(shí)可能會(huì)碰到灰分聚集區(qū)，影響試驗(yàn)結(jié)果，針人度試驗(yàn)和低溫延度試驗(yàn)并不能真實(shí)地衡量橡膠粉的改性效果。按照SHRP提出的基于路用性能的PG分級(jí)，采用BBR和DSR試驗(yàn)研究不同改性劑摻量的復(fù)合改性瀝青PG分級(jí)，同時(shí)采用針入度評(píng)價(jià)指標(biāo)中的黏度、軟化點(diǎn)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)橡膠粉和SBS摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青高低溫性能的影響。試驗(yàn)方法嚴(yán)格按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)和AASHTO T315相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。以BBR試驗(yàn)蠕變勁度模量S=300 MPa，蠕變速率m=0.3作為復(fù)合改性瀝青的低溫PG分級(jí)臨界值時(shí)，以原樣瀝青抗車轍因子G*/sinδ≥1.0 kPa，RTFO老化后抗車轍因子G*/sinδ≥2.2 kPa，PAV老化后抗車轍因子G*sinδ≤5 MPa，PG分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果見表2。試驗(yàn)結(jié)果見圖1，圖2。

表2 橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青PG分級(jí)結(jié)果Table2 Crumbrubber/SBSmodifiedasphaltPGresultsSBS摻量/%橡膠粉摻量/%0150 PG58-12PG64-222.0PG70-12PG76-222.5PG76-24PG82-243.0PG82-28PG82-284.5%SBS改性瀝青PG82-24—橡膠粉摻量/%182124PG66-22PG72-28PG72-28PG82-28PG82-28PG88-34PG88-34PG88-34PG88-34PG82-34PG88-34PG88-34———

圖1　軟化點(diǎn)與改性劑摻量之間的關(guān)系Figure 1　　　　Relationship between softening point crumb rubber and SBS modifier content

圖2　177 ℃旋轉(zhuǎn)黏度與改性劑摻量之間的關(guān)系Figure 2　　　　Relationship between modifier and 177 ℃ rotary viscosity

從表2、圖1、圖2可知： ①相同SBS摻量下隨著橡膠粉摻量增大，復(fù)合改性瀝青蠕變勁度模量減小，同時(shí)彎曲蠕變速率增大，勁度模量越小，瀝青相對(duì)更有柔性，同時(shí)勁度模量變化率m值較大，說明該瀝青中的溫度應(yīng)力能夠更快地釋放，相應(yīng)的瀝青低溫抗裂性能越好，因此可認(rèn)為摻加橡膠粉會(huì)對(duì)低劑量SBS改性瀝青低溫性能有明顯的改善作用。相同橡膠粉摻量情況下，隨著SBS摻量增大，復(fù)合改性瀝青蠕變勁度模量減小，同時(shí)蠕變速率增大，可見增大SBS摻量可改善復(fù)合改性瀝青的低溫抗裂性，雙因素方差分析結(jié)果表明橡膠粉和SBS摻量均對(duì)復(fù)合改性瀝青低溫性能有顯著影響。 ②以反映復(fù)合改性瀝青高溫性能的抗車轍因子和軟化點(diǎn)來看，抗車轍因子用來表征瀝青抵抗高溫永久變形的能力，其值越大表明瀝青的高溫性能越好，由表2試驗(yàn)結(jié)果可知：相同橡膠粉摻量下，隨著SBS摻量增大抗車轍因子增大，再者相同SBS摻量下，抗車轍因子隨著橡膠粉摻量的增大而增大。橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青的PG分級(jí)普遍可達(dá)到82 ℃，可見其具有優(yōu)良的高溫性能。軟化點(diǎn)是一個(gè)等黏溫度的概念，能夠反映瀝青的高溫性能，由圖2可知：相同SBS摻量條件下，隨著橡膠粉摻量增大復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)增大，SBS和橡膠粉摻量均對(duì)復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)有顯著的影響。 ③177 ℃旋轉(zhuǎn)黏度用于表征復(fù)合改性瀝青的施工和易性，由圖2試驗(yàn)結(jié)果表明：橡膠粉和SBS摻量均對(duì)復(fù)合改性瀝青的177 ℃旋轉(zhuǎn)黏度有顯著影響，相同橡膠粉摻量情況下，隨著SBS摻量增大復(fù)合改性瀝青旋轉(zhuǎn)黏度呈二次函數(shù)關(guān)系增大，SBS摻量相同條件下，旋轉(zhuǎn)黏度增大，尤其橡膠粉摻量超過8%后黏度增加幅度較大。黏度越大瀝青在高溫荷載作用下的剪切變形越小，黏度與混合料的高溫性能有一定關(guān)系，同時(shí)黏度增大，瀝青混合料的施工和易性變差，施工難度增大，對(duì)復(fù)合改性瀝青的黏度上限有一定要求。參考國內(nèi)外對(duì)聚合物改性瀝青旋轉(zhuǎn)黏度的要求，以改性瀝青黏度3.5～4.5 Pa·s作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)合改性瀝青方案中橡膠粉摻量不宜超過22%，SBS摻量不宜超過3.0%。

2　橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青性混合料配合比設(shè)計(jì)

按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)馬歇爾法試驗(yàn)流程確定SBS與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的最佳油石比。試驗(yàn)選用粗粒式AC-13C混合料，粗集料選用玄武巖，細(xì)集料采用石灰?guī)r機(jī)制砂，礦粉由石灰?guī)r磨制而成，混合料合成級(jí)配見表3。選用5種不同的瀝青結(jié)合料，方案I(22%橡膠粉)、方案II(2.5%SBS+22%橡膠粉)、方案III(2.5%SBS+18%橡膠粉)、方案IV(3%SBS+15%橡膠粉)、方案V(4.5%SBS改性瀝青)。采用馬歇爾法確定復(fù)合改性瀝青混合料的最佳瀝青用量，考慮到濕法改性工藝橡膠改性瀝青的改性作用主要發(fā)生在混合料拌合過程中，通過方差分析研究混合料拌合溫度和攪拌時(shí)間對(duì)復(fù)合改性瀝青混合料高溫性能的影響最終確定集料加熱溫度為190～195 ℃，復(fù)合改性瀝青與集料的拌合時(shí)間為90 s。不同復(fù)配方案在最佳瀝青用量下的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 AC-13C混合料試驗(yàn)級(jí)配Table3 GraduationofAC-13Casphaltmixture級(jí)配類型不同篩孔(mm)通過百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-13C10095.575.751.734.325.317.913.29.85.7規(guī)范要求10090～10068～8538～6824～5015～3810～287～204～154～8

表4 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Table4 Marshalltestresults瀝青結(jié)合料OAC/%VV/%VMA/%VFA/%MS/kNFL/mm22%橡膠粉改性瀝青6.144.014.6868.7611.152.152.0%SBS+22%橡膠粉6.564.014.7769.3511.872.762.5%SBS+18%橡膠粉6.704.014.8769.7812.172.243%SBS+15%橡膠粉6.744.014.7269.5512.672.194.5%SBS改性瀝青4.764.014.6769.4312.352.11

3　橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料路用性能

采用60 ℃車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，采用-10 ℃小梁彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性，采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)復(fù)合改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性。試驗(yàn)方法嚴(yán)格按照公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程執(zhí)行，橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果見表5～表7。

表5 不同復(fù)配方案車轍試驗(yàn)結(jié)果Table5 RuttingtestresultswithdifferentcrumbrubberandSBScontent瀝青結(jié)合料類型動(dòng)穩(wěn)定度DS/(次·mm-1)60min車轍變形量/mm規(guī)范要求22%橡膠粉改性瀝青28562.0122.0%SBS+22%橡膠粉48291.8152.5%SBS+18%橡膠粉54361.7953%SBS+15%橡膠粉53861.8364.5%SBS改性瀝青49781.876DS≥3000次/mm

車轍試驗(yàn)結(jié)果表明：比較相同不同復(fù)配方案車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度大?。?.5%SBS+18%橡膠粉>

表6 不同復(fù)配方案改性瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果Table6 Lowtemperaturebendingtestresultswithdiffer-entcrumbrubberandSBS瀝青結(jié)合料類型抗彎拉強(qiáng)度/MPa彎拉應(yīng)變/με彎曲勁度模量/MPa規(guī)范要求22%橡膠粉改性瀝青11.143612.773083.512.0%SBS+22%橡膠粉12.223946.653096.302.5%SBS+18%橡膠粉12.374334.452853.883%SBS+15%橡膠粉12.854943.342599.464.5%SBS改性瀝青11.774175.562818.78彎拉應(yīng)變≥3000με

3%SBS+15%橡膠粉>2.5%SBS+22%橡膠粉>4.5%SBS改性瀝青>22%橡膠粉改性瀝青，可見采用橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料具有優(yōu)良的高穩(wěn)定性，2.5%SBS+18%橡膠粉、3%SBS+15%橡膠粉復(fù)合改性方案下車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度優(yōu)于SBS改性瀝青混合料。此外，22%橡膠粉改性瀝青混合料DS大于2 800次/mm，可見橡膠粉對(duì)瀝青混合料的高溫性能雖有改善作用，但改善效果有限。

表7 不同復(fù)配方案改性瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Table7 WaterstabilitytestresultswithdifferentcrumbrubberandSBScontent瀝青結(jié)合料類型浸水馬歇爾試驗(yàn)凍融劈裂試驗(yàn)MS/kNMS1/kNMSo/%RT1/MPaRT2/MPaTSR/%22%橡膠粉改性瀝青11.1510.3893.11.1070.98989.32.0%SBS+22%橡膠粉11.8710.9692.31.1791.03387.62.5%SBS+18%橡膠粉12.1711.3993.61.2161.10490.83%SBS+15%橡膠粉12.6711.4990.71.2641.09086.24.5%SBS改性瀝青12.3511.3591.91.2191.08789.2

低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明，相同SBS摻量，隨著橡膠粉摻量的增大，復(fù)合改性瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度增大，但彎曲應(yīng)變?cè)龃?，可見增大橡膠粉摻量可改善復(fù)合改性瀝青混合料的柔韌性，釋放應(yīng)力的能力增強(qiáng)，這與已有研究成果相吻合；相同橡膠粉摻量，隨著SBS改性劑摻量增大，復(fù)合改性瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度和彎曲應(yīng)變均增大，相比4.5%SBS改性瀝青混合料，2.5%SBS+18%橡膠粉和3%SBS+15%橡膠粉復(fù)合改性方案下瀝青混合料的彎拉應(yīng)變可達(dá)到4.5%SBS改性瀝青的水平，滿足規(guī)范彎拉應(yīng)變≥3 000 με的要求，這主要與橡膠粉增強(qiáng)了瀝青混合料的抗破壞強(qiáng)度和柔韌性，而SBS改性劑增強(qiáng)了瀝青混合料的釋放荷載的能力有關(guān)。

浸水馬歇爾、凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表明，在18%～22%橡膠粉和2%～3%SBS摻量范圍內(nèi)，隨著橡膠粉摻量增大凍融劈裂強(qiáng)度比(TSR)和馬歇爾殘留穩(wěn)定度(MS0)均呈增大趨勢(shì)，四種復(fù)配方案改性瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留強(qiáng)度比和凍融劈裂強(qiáng)度均可達(dá)到80%以上。表明采用橡膠粉與SBS復(fù)配方案可改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

4　橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料抗疲勞性能

通常采用間接拉伸疲勞試驗(yàn)和小梁彎曲疲勞試驗(yàn)研究瀝青混合料的抗疲勞性能，加載方式以控制應(yīng)力加載為主，這種加載方式疲勞壽命往往不超過幾10萬次，數(shù)據(jù)離散性大，且與路面結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀況相差較大。研究表明，在應(yīng)變控制疲勞試驗(yàn)過程中，瀝青混合料的受力狀態(tài)更接近瀝青路面的實(shí)際情況，而瀝青層底拉應(yīng)變也是計(jì)算路面結(jié)構(gòu)厚度的重要控制指標(biāo)之一。本文采用四分點(diǎn)控制應(yīng)變疲勞試驗(yàn)研究橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青混合料的抗疲勞耐久性。試件尺寸為400 mm×400 mm×80 mm，試驗(yàn)溫度為15 ℃，應(yīng)變水平為100、200、300、400 με，疲勞試驗(yàn)在美國進(jìn)口MTS液壓疲勞機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 疲勞試驗(yàn)結(jié)果Table8 Fatiguetestresults瀝青結(jié)合料類型應(yīng)變水平/με200300400500擬合方程相關(guān)系數(shù)R222%橡膠粉改性瀝青78623401267669368240144146y=5.66×1016×(1/x)4.301 0.9942.0%SBS+22%橡膠粉81122941412819402429158699y=5.71×1016×(1/x)4.29740.9872.5%SBS+18%橡膠粉85166311635194428537175574y=5.81×1016×(1/x)4.28720.9813%SBS+15%橡膠粉82595231527587416434168365y=5.79×1016×(1/x)4.28910.9934.5%SBS改性瀝青76731051184184353604131598y=5.60×1016×(1/x)4.29910.999

表8疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明：各應(yīng)變水平下，2.5%SBS+18%橡膠粉和3%SBS+15%橡膠粉兩種復(fù)配方案的瀝青混合料疲勞性能相當(dāng)，且疲勞性能最好。相同應(yīng)變水平下5種改性瀝青混合料疲勞壽命由大到小依次是：2.5%SBS+18%橡膠粉>3%SBS+15%橡膠粉>2.5%SBS+22%橡膠粉>4.5%SBS>22%橡膠粉，可見橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞性能要優(yōu)于單一橡膠粉和SBS改性瀝青，且優(yōu)于4.5%SBS改性瀝青混合料，這與橡膠改性瀝青增強(qiáng)了混合料柔性和釋放荷載的能力有關(guān)。

5　試驗(yàn)路鋪筑及工程應(yīng)用

本課題結(jié)合2013年青海省西寧—互助高速公路西寧段改擴(kuò)建工程，該區(qū)根據(jù)既有的路況調(diào)查結(jié)果該段為季節(jié)性凍土區(qū)，路面經(jīng)常發(fā)生開裂、車轍等病害。經(jīng)專家委員會(huì)論證，課題組結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了4 cm 2.5%SBS+18%橡膠粉AC-13C改性瀝青混合料上面層鋪設(shè)，試驗(yàn)段位于季節(jié)性冰凍區(qū)，具有一點(diǎn)的典型性，試驗(yàn)段長度為5 km，施工階段溫度控制及攤鋪完成后試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果見表9及表10。攤鋪完成后壓實(shí)度、平整度、滲水系數(shù)等各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，通過長達(dá)近3 a的試驗(yàn)路檢測(cè)，2.5%SBS+18%橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料有效地減少了瀝青路面的早期破壞，目前沒有明顯的車轍和開裂病害，路面使用狀況良好。工程實(shí)踐證明，采用橡膠粉和SBS復(fù)合改性瀝青混合料的生產(chǎn)不需要對(duì)傳統(tǒng)的拌合樓進(jìn)行改造，節(jié)約了工程成本18%，且較大限度的利用了廢舊輪胎，節(jié)能環(huán)保。橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料對(duì)于解決季凍區(qū)重載交通的車轍和開裂等病害具有較高的應(yīng)用價(jià)值，采用橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混凝土延長了道路的使用壽命，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。

表9 施工階段溫度控制Table9 Constructiontemperaturecontrol施工環(huán)節(jié)控制標(biāo)準(zhǔn)/℃測(cè)量部位礦料加熱溫度195～200熱料提升倉橡膠粉/SBS改性瀝青加熱溫度175～180瀝青加熱罐復(fù)合改性瀝青混合料出料溫度180～185運(yùn)料車混合料到場(chǎng)溫度175～180運(yùn)料車壓實(shí)溫度170～175攤鋪層內(nèi)部

表10 試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果Table10 Theroadtestresultsinconstructionphase位置檢測(cè)項(xiàng)目厚度/mm壓實(shí)度/%構(gòu)造深度/mm摩擦系數(shù)/BPN滲水系數(shù)/(mm·min-1)平整度/mmK5+9154198.70.6965160.87K5+9604299.30.6564180.75K6+8503999.20.6866170.66K9+5004098.80.6663150.70K8+8904099.20.6765160.69K11+4504299.80.6566170.58K11+8004199.40.7165180.62K13+8003998.90.6966170.64K13+9004099.30.6865190.65

6　結(jié)論

① 綜合考慮橡膠粉和SBS摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青針入度的軟化點(diǎn)、黏度和PG分級(jí)結(jié)果，提出采用針入度和PG分級(jí)雙指標(biāo)控制橡膠粉和SBS復(fù)合改性瀝青的性能。根據(jù)橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青的常規(guī)性能指標(biāo)結(jié)果，推薦橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青中，SBS添加量為2.5%～3.0%，橡膠粉合理摻量為18%～22%。

② 橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料具有優(yōu)良的路用性能，2.5%SBS+22%橡膠粉和3%SBS +15%橡膠粉兩種復(fù)配方案下復(fù)合改性瀝青混合料綜合路用性能優(yōu)于SBS改性瀝青混合料，2.5%～3.0%SBS添加量，合理摻量為18%～22%橡膠粉摻量下的復(fù)合改性瀝青混合料滿足規(guī)范-10 ℃彎曲應(yīng)變大于3 000 με的要求，橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料對(duì)于解決季凍區(qū)重載交通的車轍和開裂等路面問題病害具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

③ 橡膠粉與SBS復(fù)配方案可降低SBS摻量，復(fù)合改性瀝青混合料抗疲勞耐久性可達(dá)到甚至超過4.5%改性瀝青混合料。采用橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混凝土延長了道路的使用壽命，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。

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Study on Pavement Performance and Industrialized Parameters of Crumb Rubber and SBS Compound Modified Asphalt Mixture in Seasonal Rregion

ZHAO Yiwei， ZHANG Peilin

(Wuhan University of Technology Institute of Transportation， Wuhan， Hubei 100162， China)

In order to improve the performance of heavy traffic asphalt pavement in seasonal freezing region，in this article did systematic study on road performance of crumb rubber and SBS compound modified asphalt，Determine the SBS rubber powder with suitable blending ratio，the system to evaluate the composite performance of modified asphalt mixture，and with the SBS modified asphalt mixture are compared.Test results show that：for season frozen zone，rubber powder and SBS composite modified asphalt，the recommended dosage of rubber powder is 18%～22%，the SBS appropriate dosage is 2%～2.5%，adding rubber powder can reduce SBS modifier dosage，the composite powder and SBS modified asphalt can significantly improve the high-temperature stability of asphalt mixture，its fatigue durability is better than that of SBS modified asphalt mixture.Entity engineering and test section test results showed that the rubber powder and SBS composite modified asphalt mixture for solve the rutting season frozen zone overloading of vehicles and cracking pavement problems such as disease has high application value，with rubber powder and SBS composite modified asphalt concrete to extend the service life of the road，economic and social benefit is remarkable.

road engineering； seasonal freezing region； crumb rubber and SBS composite modified asphalt； industrialized parameters； road performance

2016 — 04 — 15

國家自然基金項(xiàng)目資助(512130890)；交通運(yùn)輸部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(2013GK0989356)；青海省科學(xué)基金項(xiàng)目(2014KZG091288)

趙藝為(1991 — )，女，北京人，博士研究生，研究方向?yàn)榻煌ㄒ?guī)劃。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)04 — 0060 — 07