RET復配膠粉改性瀝青混合料路用性能與耐久性研究

，

(1.中交第一公路勘察設計研究院有限公司， 陜西 西安 710068；2.長安大學 材料科學與工程學院， 陜西 西安 710064)

0 引言

將廢舊輪胎膠粉制備成橡膠瀝青并應用到瀝青混合料中即可改善瀝青路面的抗老化、低溫抗裂、水穩(wěn)定性和抗疲勞特性，同時具有降噪、抗滑、破薄冰、避免瀝青路面泛白病害的作用。鑒于消除廢舊輪胎造成的黑色污染和交通部打造節(jié)能減排、綠色公路的重大戰(zhàn)略需求，橡膠瀝青受到了國內(nèi)外學者的極大重視[1-4]。但是室內(nèi)試驗研究和實體工程應用發(fā)現(xiàn)，廢膠粉單獨改性瀝青的熱穩(wěn)定性差、易離析、黏度大，且橡膠瀝青對瀝青路面綜合路用性能的改善效果不太明顯，這些不足嚴重制約了其在道路瀝青領域上的廣泛運用。為了改善橡膠瀝青混合料的綜合路用性能，目前國內(nèi)外的普遍做法是通過摻加聚合物或其他改性劑(添加劑)與膠粉進行復配，對此，國內(nèi)目前研究成果有膠粉復配SBS、膠粉復配LDPE(HDPE)、膠粉復配PPA、膠粉復配抗車轍劑等復合改性技術(shù)途徑[1-7]。反應性彈性體三元共聚物(Reactive Elastomeric Terpolymer，RET)是美國杜邦公司研發(fā)的一種新型熱塑性塑料改性劑，不同于普通的聚合物(SBS、SBR)改性劑，RET改性瀝青制備工藝簡單，僅需攪拌即可與瀝青充分混合，RET溶解到熱瀝青中與瀝青發(fā)生化學反應，從而達到永久性改性瀝青的效果。RET改性劑與瀝青發(fā)生化學反應，使得RET改性瀝青具有良好的熱儲存穩(wěn)定性，便于長距離輸送，使用時不需要現(xiàn)場制備，可大批量生產(chǎn)和重復加熱使用[8-13]。陳治君等[8-9]研究發(fā)現(xiàn)，摻加RET顯著提高了SBR改性瀝青混合料的抗車轍性能，延長路面使用壽命。郝培文等[12-13]對RET改性瀝青及其其混合料研究發(fā)現(xiàn)，RET改性瀝青儲存穩(wěn)定性優(yōu)良，摻加RET顯著提高了瀝青混合料的高溫性能和長期穩(wěn)定性。盡管RET對瀝青混合料高溫性能、水穩(wěn)定性和疲勞性能均勻顯著的改善效果，但RET對瀝青混合料低溫性能改善效果不明顯，RET改性瀝青與SBS、SBR改性瀝青低溫性能有較大差距。

基于廢舊膠粉、RET分別對瀝青改性的優(yōu)缺點及RET改性劑具有很好的熱穩(wěn)定性，本文提出將RET與膠粉進行復配，并對這種新的復合改性瀝青及其混合料性能進行初步探索。首先參考橡膠瀝青評價指標和SHRP瀝青BBR低溫評價指標RET復配膠粉改性瀝青高低溫性能，在確定最佳的RET、膠粉復配方案后，基于車轍試驗、低溫彎曲試驗、間接拉伸疲勞試驗、MMLS1/3試驗驗證RET復配膠粉改性瀝青路用性能和長期高溫穩(wěn)定性，研究成果為RET復配膠粉改性瀝青的實體工程運用提供借鑒。

1 試驗

1.1 原材料

試驗選用寶利AH — 70號A級重交道路石油瀝青，廢膠粉為西安中軒橡膠粉有限公司生產(chǎn)的60目子午輪胎橡膠粉，基質(zhì)瀝青和橡膠粉均來源于實體工程，其各項性能滿足規(guī)范要求。SBS改性劑采用中國石化生產(chǎn)的SBS 1401(YH — 792)熱塑性丁苯橡膠。混合料試驗采用的粗集料選用玄武巖，細集料采用石灰?guī)r，礦粉由石灰?guī)r磨制而成，集料各項性能滿足JTG F40 — 2004規(guī)范相關(guān)要求。

1.2 試驗方案

借鑒國內(nèi)外有關(guān)橡膠瀝青和RET改性瀝青研究成果，高摻量膠粉的橡膠改性瀝青不但受到制作工藝的限制，而且過高膠粉摻量的橡膠改性瀝青會因黏度過大、流動性差、動態(tài)模量低等特點并不能應用于實際工程中，國際上將橡膠瀝青中的膠粉摻量通?？刂圃?0%～24%， RET摻量過少或過多會造成RET改性效果不佳或RET與瀝青反應過度，最終影響RET改性瀝青性能，通常RET改性瀝青中的RET摻量一般為0.6%～2.2%，以兼顧RET復配膠粉改性瀝青的高低溫性能和施工和易性，最終確定RET復配膠粉中橡膠粉摻量為12%、16%、20%，每種膠粉摻量下變化3種RET摻量，分別為0.8%、1.2%、1.6%，共制備9組RET復配膠粉改性瀝青。對照組采用5%SBS改性瀝青、1.6%RET改性瀝青、20%膠粉改性瀝青和寶利70#基質(zhì)瀝青。

1.3 RET復配膠粉改性瀝青制備

RET改性劑與基質(zhì)瀝青相容性好，RET改性瀝青制備時將RET攪拌均勻并發(fā)育20～30 min即可，而橡膠粉在基質(zhì)瀝青中溶解、硫化困難，故RET復配膠粉改性瀝青主要參考橡膠粉改性瀝青制備工藝。

RET改性瀝青制備：將寶利70#基質(zhì)瀝青加熱至150～155 ℃，以500 rad/min速率邊攪拌邊均勻加入預定質(zhì)量RET改性劑，待RET改性劑全部加入后，加入0.2%PPA催化劑(PPA摻量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的0.2%)，升溫瀝青至155～160 ℃，繼續(xù)以500 rad/s速率勻速攪拌20～25 min，接著在165 ℃恒溫環(huán)境箱內(nèi)發(fā)育30 min，即可完成RET改性瀝青制備。

SBS改性瀝青制備：將寶利70#基質(zhì)瀝青加熱至165～170 ℃，邊攪拌邊加入SBS改性劑，加入橡膠油相容劑以500 rad/min速率攪拌30 min，使SBS改性劑充分溶脹，快速升溫瀝青至175 ℃，以5000rad/min速率剪切60 min，加入硫磺穩(wěn)定劑(摻量為基質(zhì)瀝青的0.3%)，保持瀝青溫度至175 ℃，發(fā)育30 min，完成SBS改性瀝青制備。

RET復配膠粉改性瀝青制備：將寶利70#基質(zhì)瀝青加熱至165～170 ℃，邊攪拌邊加入預定質(zhì)量橡膠粉，待橡膠粉完全加入后快速升溫瀝青至180 ℃左右，開啟高速剪切機以5000～5500 rad/s速率對共混瀝青剪切60 min，接著一同加入預定質(zhì)量的RET改性劑和0.2%PPA催化劑，保持瀝青溫度至175～180 ℃，以500 rad/min速率勻速攪拌30 min，然后在180 ℃環(huán)境箱內(nèi)發(fā)育30 min，完成RET復配膠粉改性瀝青制備。

2 RET復配膠粉改性瀝青性能

2.1 橡膠瀝青評價指標性能

采用評價橡膠瀝青的針入度、軟化點、25 ℃彈性恢復、177 ℃黏度評價指標研究橡膠粉和RET改性劑摻量對復合改性瀝青的影響，試驗方法、步驟嚴格按照JTG E20 — 2011規(guī)范進行，結(jié)果見表1。

表1 RET復配膠粉改性瀝青性能Table 1 Performance of RET compounded rubber modified as-phaltRET摻量/%膠粉改性劑摻量/%25 ℃針入度/(0.1 mm)軟化點/℃25 ℃彈性恢復率/%177 ℃黏度/(Pa·s)120.81620121.21620121.616201.600205%SBS改性瀝青70#基質(zhì)瀝青橡膠瀝青技術(shù)標準5064742.64368813.03770873.44671792.94176833.33578873.64576823.23680873.52882944.26369610.315458882.856737176501925～70>54>601.5～4.0

由表1可知:

a.以表征瀝青軟硬程度的針入度指標來看，隨著RET(橡膠粉)摻量增大，RET復配膠粉改性瀝青針入度有減小趨勢，其中RET摻量分別為0.8%、1.2%、1.6%時，橡膠粉摻量由12%增加至20%，RET復配膠粉改性瀝青針入度分別降低了26%、23.9%、37.8%；橡膠粉摻量分別為12%、16%、20%時，橡膠粉摻量由0.8%增加至1.6%， RET復配膠粉改性瀝青針入度分別降低了10%、16.3%、26.3%，橡膠粉摻量對復合改性瀝青針入度的影響比RET摻量更加顯著，橡膠粉對復合改性瀝青的增稠效果比RET改性瀝青更好。在0.9%～1.6%RET+12%～20%橡膠粉復配方案下，復合改性瀝青滿足橡膠瀝青針入度25～70(0.01 mm)技術(shù)指標要求。

b.以表征瀝青高溫性能的軟化點指標來看，隨著RET(橡膠粉)摻量增大，RET復配膠粉改性瀝青軟化點有增大趨勢，其中RET摻量分別為0.8%、1.2%、1.6%時，橡膠粉摻量由12%增加至20%，RET復配膠粉改性瀝青的軟化點分別增大了9.4%、9.6%、7.9%；橡膠粉摻量分別為12%、16%、20%時，橡膠粉摻量由0.8%增加至1.6%， RET復配膠粉改性瀝青的軟化點分別增加了18.8%、17.6%、17.1%，RET摻量超過1.2%后，復合改性瀝青軟化點可達到70 ℃以上，RET對復合改性瀝青高溫性能的改善效果優(yōu)于橡膠粉。

c.以表征瀝青在荷載作用下的可恢復變形能力的彈性恢復率指標來看，隨著RET(橡膠粉)摻量增大，RET復配膠粉改性瀝青彈性有增大趨勢，其中RET摻量為0.8%、1.2%、1.6%時，橡膠粉摻量由12%增加至20%，RET復配膠粉改性瀝青的彈性恢復率分別增大了17.6%、10.1%、14.6%；橡膠粉摻量分別為12%、16%、20%時，橡膠粉摻量由0.8%增加至1.6%，RET復配膠粉改性瀝青的軟化點分別增加了9.8%、7.4%、8.0%，橡膠粉對復合改性瀝青彈性恢復性能的改善效果優(yōu)于RET，增加橡膠粉摻量可顯著提高RET復配膠粉改性瀝青的彈性恢復能力，減小荷載作用下的殘余變形。

d.以表征橡膠瀝青施工和易性的177 ℃黏度指標來看，其中RET摻量為0.8%、1.2%、1.6%時，橡膠粉摻量由12%增加至20%，RET復配膠粉改性瀝青的177 ℃黏度分別增大了30.8%、34.4%、31.3%；橡膠粉摻量分別為12%,16%和20%時，橡膠粉摻量由0.8%增加至1.6%，RET復配膠粉改性瀝青的177 ℃黏度分別增加了13.7%、16.6%、13.5%，表明隨著膠粉摻量增大，RET復配膠粉改性瀝青177 ℃黏度顯著增大，增大RET摻量后復合改性瀝青黏度略有增加，RET復配膠粉改性瀝青的施工和易性主要取決于橡膠粉摻量。

相較于SBS改性瀝青，RET單獨改性瀝青的軟化點、彈性恢復率小于5%SBS改性瀝青，在1.2%～1.5%RET+12%～20%膠粉復配方案下，RET復配膠粉改性瀝青比5%SBS(1.6%RET)有更高的軟化點和更好的彈性恢復性能。分析其原因，隨著橡膠粉摻量增大，橡膠顆粒溶脹、硫化過程中會吸收基質(zhì)瀝青中的輕質(zhì)組分，使瀝青稠度增加，宏觀表現(xiàn)為增大橡膠粉后復合改性瀝青針入度減小、177 ℃黏度增大，施工和易性降低；RET能夠與橡膠瀝青很好地混溶，且RET與橡膠瀝青發(fā)生化學反應后，使得溶脹后的橡膠顆粒彼此間相互連接，形成具有一定柔韌性的連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，RET酯化反應物會黏附或填充到橡膠瀝青已形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，形成均勻、密實彈性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使瀝青的高溫性能、彈性恢復性能得到顯著提升。

綜合考慮不同RET、橡膠粉摻量下復合改性瀝青針入度、軟化點、彈性恢復率、177 ℃黏度4個評價指標，RET為1.2%～1.6%，且橡膠粉摻量為12%～16%時，RET復配膠粉改性瀝青的黏度、針入度、彈性恢復率、軟化點能滿足橡膠瀝青技術(shù)標準要求，在此復配方案下，復合改性瀝青的軟化點、彈性恢復性能優(yōu)于5%SBS改性瀝青。

2.2 RET復配膠粉復合改性瀝青流變特性

BBR試驗方法、步驟嚴格按照JTG E20-2011規(guī)范中T0628-2011進行，試樣尺寸127 mm(長)×12.7 mm(高)×6.35 mm(寬)，試驗時施加接觸荷載35±10 mN，初始荷載980±50 mN，持續(xù)加載240 s，試驗溫度采用-18 ℃、-24 ℃，對經(jīng)歷壓力老化(PAV)前后的瀝青試樣進行BBR試驗，彎曲梁流變試驗評價指標為蠕變斜率(m)、蠕變勁度模量(S)，試驗結(jié)果見表2。

表2 PAV前后RET復配膠粉改性瀝青彎曲蠕變勁度試驗(BBR)結(jié)果Table 2 Results of BBR bending stiffness creep test (BBR) of RET compounded modified asphalt before and after PAVRET摻量/%膠粉改性劑摻量/%-18 ℃-24 ℃mS/MPamS/MPa低溫分級120.81620121.21620121.616201.600205%SBS70#基質(zhì)瀝青0.473(0.445)157(198)0.422(0.387)176(224)-32.70.456(0.431)179(212)0.403(0.365)209(246)-30.40.423(0.403)225(244)0.378(0.346)245(264)-28.60.464(0.432)189(234)0.393(0.364)212(245)-29.40.441(0.411)224(254)0.361(0.334)244(269)-28.30.412(0.387)247(289)0.343(0.323)268(287)-27.60.395(0.364)213(244)0.366(0.343)235(264)-26.20.375(0.344)237(276)0.336(0.314)268(289)-25.40.351(0.325)267(287)0.304(0.284)288(312)-22.40.334(0.247)334(387)0.274(0.244)402(447)-14.70.462(0.398)177(234)0.393(0.335)247(273)-28.10.453(0.361)169(225)0.351(0.308)257(284)-27.80.321(0.215)301(409)0.221(0.173)382(483)-13.4 注:()內(nèi)為PAV后BBR試驗結(jié)果。

表2試驗結(jié)果表明:

a.-18 ℃、-24 ℃溫度條件下，RET改性瀝青PAV老化前的勁度模量大于基質(zhì)瀝青，而蠕變斜率大于基質(zhì)瀝青，經(jīng)歷PAV老化后，RET改性瀝青的勁度模量小于基質(zhì)瀝青，而蠕變斜率大于基質(zhì)瀝青；分析其原因，RET與基質(zhì)瀝青發(fā)生化學反應后，瀝青膠體結(jié)構(gòu)整體向凝膠型轉(zhuǎn)變，瀝青中的彈性成分增多、勁度模量增大，摻加RET顯著提高了瀝青的抗老化性能，降低了壓力老化后勁度模量、蠕變斜率對溫度的敏感性。綜合考慮勁度模量、蠕變斜率2個指標，RET改性瀝青與基質(zhì)瀝青低溫PG分級基本維持在相同水平，表明RET對基質(zhì)瀝青低溫性能改善效果有限，這與已有研究成果相吻合。

b.隨著RET、橡膠粉摻量增大，RET復配膠粉改性瀝青蠕變斜率有減小趨勢，勁度模量有增大趨勢，受RET和橡膠粉改性效果的綜合影響，RET、膠粉摻量增大后復合改性瀝青勁度模量增大趨勢較為明顯，蠕變斜率下降趨勢緩慢，蠕變斜率越小，瀝青的應力松弛性性能越差，蠕變勁度模量越高，瀝青的脆性越大，由此可見，過多的RET和橡膠粉摻量會對復合改性瀝青低溫性能有一定負面影響，以低溫抗裂性能考慮，復合改性瀝青中適宜的RET摻量為0.8%～1.2%，控制橡膠粉摻量不超過16%為宜。

c.以SHRP規(guī)范蠕變勁度模量S小于300 MPa且蠕變速率m不超過0.3為低溫PG分級控制界限，采用線性插值法得到RET復配膠粉改性瀝青的低溫PG分級溫度，0.8%RET+12%～20%橡膠粉改性瀝青PG分級溫度為-28.6～-32.7 ℃、1.2%RET+12%～20%橡膠粉改性瀝青PG分級溫度為-27.6～-29.4 ℃、1.6%RET+12%～20%橡膠粉改性瀝青PG分級溫度為-22.4～-26.2 ℃。

d.相較于5%SBS改性瀝青，0.8%～1.2%%RET+12%～16%膠粉復合改性瀝青低溫PG分級溫度小于5%SBS改性瀝青，對于瀝青路面低溫抗裂性能要求嚴苛地區(qū)，將RET與膠粉改性瀝青替代SBS改性瀝青是可行的。

3 RET復配膠粉改性瀝青混合料性能

3.1 RET復配膠粉改性瀝青混合料高低溫性能

選用1.2%RET+16%橡膠粉復合改性瀝青、1.6%RET+12%橡膠粉復合改性瀝青、1.6%RET改性瀝青、5%SBS改性瀝青、20%橡膠瀝青5種瀝青膠結(jié)料，路用性能試驗選用我國高速公路常用的AC — 13型礦料級配，采用JTG F40 — 2004規(guī)范細粒式AC — 13工程級配范圍中值，按照馬歇爾試驗流程確定1.2%RET+16%橡膠粉復合改性瀝青、1.6%RET改性瀝青、5%SBS改性瀝青、20%橡膠瀝青4種改性瀝青混合料最佳油石比分別為5.6%、5.4%、4.6%、4.7%、5.7%。采用60 ℃車轍試驗、-10 ℃低溫彎曲試驗評價RET復配膠粉改性瀝青混合料高溫抗車轍和低溫抗開裂性能。車轍試驗、低溫彎曲試驗方法、步驟按照JTG E20-2011規(guī)范中T0719 — 2011、T0715 — 2011進行，結(jié)果見表3、表4。

表3 車轍試驗結(jié)果Table 3 Rutting test results改性瀝青混合料加載60 min RD/mmDS/(次·mm-1)1.2%RET+16%膠粉復合改性瀝青1.5167 9781.6%RET+12%膠粉復合改性瀝青1.4998 5841.6%RET改性瀝青1.7465 1435%SBS改性瀝青1.6225 67920%橡膠瀝青2.4232 674

表4 低溫彎曲試驗結(jié)果Table 4 Low-temperature bending test results改性瀝青混合料抗彎拉強度/MPa最大彎拉應變/με彎曲勁度模量/MPa1.2%RET+16%膠粉復合改性瀝青11.744 754.52 469.21.6%RET+12%膠粉復合改性瀝青12.454 223.42 947.91.6%RET改性瀝青10.572 639.44 004.75%SBS改性瀝青11.253 765.62 987.620%橡膠瀝青10.194 598.52 215.9

由表3車轍試驗結(jié)果可見:

a.橡膠瀝青混合料動穩(wěn)定最小、加載60 min時的車轍變形量最大，表明其高溫抗車轍性能最差，橡膠瀝青混合料動穩(wěn)定度不滿足JTG D50 — 2017規(guī)范中表5.5.7夏炎熱區(qū)動穩(wěn)定度不小于2800次/mm技術(shù)要求。

b.RET改性瀝青混合料動穩(wěn)定度稍差于5%SBS改性瀝青混合料水平，但車轍動穩(wěn)定度也達到了5 443次/mm，滿足JTG D50-2017規(guī)范中夏炎熱區(qū)瀝青混合料車轍試驗動穩(wěn)定度技術(shù)要求。

c.將RET與橡膠瀝青復配后，RET復配膠粉改性瀝青混合料動穩(wěn)定度達到了7 000次/mm以上，1.2%RET+16%膠粉、1.6%RET+12%膠粉2種復合改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度為20%膠粉改性瀝青混合料的3.0、3.2倍，此外，1.2%RET+16%膠粉改性瀝青混合料、1.6%RET+12%膠粉改性瀝青混合料的動能穩(wěn)定度分別達到了7 978、8584次/mm，大于1.6%RET改性瀝青動穩(wěn)定度(5 143次/mm)與20%橡膠瀝青混合料動穩(wěn)定度(2 674次/mm)之和[(5 143+2 674)次/mm)]，一般而言，RET(橡膠粉)摻量越大，瀝青混合料動穩(wěn)定度越高，可見將較低的RET摻量與橡膠粉復配后，RET和橡膠粉對瀝青混合料高溫性能的改善效果并不是該兩者改性劑增強效果的簡單疊加，而是一種非線性的增強效果。

由表4低溫彎曲試驗結(jié)果可見:

a.橡膠改性瀝青混合料具有優(yōu)良的低溫抗裂性能，其-10 ℃彎曲應變達到了4598.5 με，遠大于JTG D50 — 2017規(guī)范中表5.5.6 冬嚴寒區(qū)改性瀝青混合料低溫彎曲試驗破壞應變不小于3000 με技術(shù)要求。RET改性瀝青混合料彎曲應變(2639.4 με)不滿足冬嚴寒區(qū)低溫抗裂性能要求，因此有必要將RET與能改善瀝青混合料低溫性能的改性劑進行復配，以提高RET改性瀝青混合料在冬嚴寒區(qū)的適用性。

b.將RET與橡膠粉復配后，1.2%RET+16%膠粉、1.6%RET+12%膠粉2種改性瀝青混合料的最大彎拉應變達到了4754.5、4223.4 με，比1.6%RET改性瀝青混合料彎曲應變增大了近1倍，可見將RET與橡膠粉復配，可有效彌補RET對瀝青混合料低溫性能的不足。

c.綜合考慮彎拉強度和彎曲應變2個評價指標，瀝青混合料低溫抗裂性能優(yōu)劣排序：1.2%RET+16%膠粉改性瀝青>20%橡膠瀝青>1.6%RET+12%膠粉復合改性瀝青>5%SBS改性瀝青>RET改性瀝青，由此可見，將適宜摻量的RET與橡膠粉復配，RET復配膠粉改性瀝青混合料的低溫抗裂性能優(yōu)于5%SBS改性瀝青混合料，在RET與橡膠粉復合改性作用下，RET復配膠粉改性瀝青混合料低溫抗裂性能達到甚至超過橡膠瀝青。

3.2 RET復配膠粉改性瀝青混合料水穩(wěn)定性

瀝青路面在服役期間水穩(wěn)定性不足主要表現(xiàn)為麻面、松散、坑槽等破損，出現(xiàn)此類病害嚴重危及路面行車安全、降低路面結(jié)構(gòu)耐久性。瀝青路面現(xiàn)行瀝青路面設計規(guī)范要求采用浸水馬歇爾和凍融劈裂強度試驗評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性。浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗方法、步驟嚴格按照JTG E20 — 2011進行，結(jié)果見表5。

由表5浸水馬歇爾、凍融劈裂試驗結(jié)果可知，2種RET復配膠粉改性瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定(MSo)和凍融劈裂強度比(TSR)大于90%，遠大于JTG D50-2017規(guī)范中表5.5.10MSo>85%、TSR>80%瀝青混合料水穩(wěn)定性技術(shù)要求，表明RET復配膠粉改性瀝青混合料具有優(yōu)良的抗水損害性能。綜合考慮浸水前后馬歇爾穩(wěn)定度、凍融前后劈裂強度、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定、凍融劈裂強度比4個指標，2種RET復配膠粉復合改性瀝青混合料水穩(wěn)定性優(yōu)于5%SBS改性瀝青混合料。

表5 水穩(wěn)定性試驗結(jié)果Table 5 Water stability test results改性瀝青混合料浸水馬歇爾試驗凍融劈裂試驗MS/kNMSo/%RT1/MPaTSR/%1.2%RET+16%膠粉復合改性瀝青12.1497.41.38995.51.6%RET+12%膠粉復合改性瀝青12.7598.31.419 95.71.6%RET改性瀝青11.2494.51.322 93.25%SBS改性瀝青11.6594.61.359 93.420%橡膠瀝青10.9992.51.188 90.5

4 RET復配膠粉改性瀝青混合料耐久性

4.1 間接拉伸疲勞試驗

采用間接拉伸疲勞試驗評價RET復配膠粉改性瀝青混合料的抗疲勞性能。在最佳油石比條件下采用輪碾法成型試件，室溫放置24 h后切割尺寸為250 mm×40 mm×40 mm標準試件，試驗溫度為20 ℃，采用控制應力加載模式，4種應力水平分別為最大應力的0.2、0.3、0.4、0.5倍，疲勞試驗在MTS-810液壓伺服疲勞試驗機進行，中點加載的支點間距為200 mm，加載頻率為10 Hz，采用式(1)疲勞壽命與應力水平的雙對數(shù)擬合關(guān)系對疲勞試驗數(shù)據(jù)擬合分析，試驗結(jié)果見表6、圖1。

lgNf=K+nlg(σ/s)

(1)

式中：Nf為疲勞壽命(次)；σ/s為應力水平；K、n為擬合參數(shù)。

由表6、圖1疲勞試驗結(jié)果可知，相同應力水平下，5種瀝青混合料疲勞壽命排序：1.6%RET+12%膠粉復合改性瀝青混合料>1.2%RET+16%膠粉復合改性瀝青混合料>5%SBS改性瀝青混合料>20%橡膠瀝青混合料>1.6%RET改性瀝青混合料，將RET與膠粉復配后可顯著改善瀝青混合料的疲勞壽命。對比5種改性瀝青混合料疲勞壽命與施加應力的雙對數(shù)擬合曲線參數(shù)K、n，2種RET復配膠粉改性瀝青混合料具有較大的K值和較小的n值。K值越大，瀝青混合料的抗疲勞性越好，而n值表征瀝青混合料疲勞壽命對應力水平的敏感性，其值越大，疲勞壽命對應力水平的增加敏感性越強。表明RET復配膠粉改性瀝青混合料比SBS改性瀝青混合料有更好的抗疲勞性能，不僅具有優(yōu)良的抗疲勞耐久性，而且疲勞壽命對應變水平的敏感性相對較弱。分析其原因，橡膠瀝青因具有較大的黏度和優(yōu)良的彈性恢復性能，可顯著增加集料表面的瀝青膜厚度、增加荷載作用時的釋放應力能力和應力松弛能力，因而顯著改善了瀝青混合料的抗疲勞性能。在橡膠瀝青中摻入適量RET后，一方面，RET能提高瀝青與集料之間的粘附性， RET發(fā)生化學反應后，使得溶脹后的橡膠顆粒分散的更加均勻，加之RET對聚合物改性瀝青有穩(wěn)定作用、締合作用，形成了致密的體系網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了瀝青混合料整體穩(wěn)定性。另一方面，摻加適量RET能夠增加橡膠瀝瀝青中的彈性成分，有助于提高受荷時的釋放荷載能力。

表6 疲勞試驗結(jié)果Table 6 Fatigue test results混合料類型應力比應力水平/MPa疲勞壽命/次回歸方程0.21.28613 5300.31.9297 2221.2%RET+16%膠粉改性瀝青K=4.356n=-1.865R2=0.9890.42.5723 9630.53.2152 4510.21.35215 9230.32.0288 2491.6%RET+12%膠粉改性瀝青K=4.867n=-1.895R2=0.9830.42.7044 4380.53.3802 8310.21.0509 0390.31.5754 2741.6%RET改性瀝青K=4.025n=-2.140R2=0.9920.42.1002 4470.52.6251 4970.21.24810 6590.31.8725 0605%SBS改性瀝青K=4.226n=-1.964R2=0.9770.42.4962 8750.53.121 7440.20.9789 9230.31.4674 84920%膠粉改性瀝青K=3.996n=-2.027R2=0.9820.41.9562 6380.52.4451 631

圖1 疲勞試驗雙對數(shù)擬合曲線Figure 1 Double logarithmic fitting curve of fatigue test

4.2 MMLS1/3加速加載試驗

采用南非進口小型加速加載設備MMLS1/3評價RET復配膠粉改性瀝青混合料的長期高溫穩(wěn)定性。在最佳油石比條件下錘擊法成型152.4 mm(直徑)×95.3 mm(高)圓柱體試件，按照MMLS1/3試模尺寸取圓柱體試樣中間5 cm部分切割標準試件。參考已有研究成果，MMLS1/3試驗溫度為60 ℃，輪壓0.7 MPa，試驗膠輪加載速率40 Hz(相當于加載頻率6000次/h)，總加載次數(shù)為40萬次。MMLS1/3加速加載試驗結(jié)果如表7、圖2所示。

表7 MMLS1/3試驗結(jié)果Table 7 MMLS1/3 test results加載次數(shù)不同改性瀝青車轍變形量/mm1.2%RET+16%膠粉1.6%RET+12%膠粉1.6%RET5%SBS20%膠粉00 0 0 0 0 50.6720.6030.7120.6960.894101.3911.1851.4981.4121.645151.6761.3951.8071.7462.034201.8211.6872.1971.9252.343252.0881.8122.4222.2192.569302.2071.9972.6052.3602.893352.3912.1532.8612.5633.034402.4512.2882.9952.6393.235

圖2 不同加載次數(shù)車轍變形量Figure 2 Rut deformation at different loading times

由MMLS1/3試驗結(jié)果可知:

a.隨著加載次數(shù)增加，5種瀝青混合料車轍變形量先顯著增大后緩慢增加，車轍發(fā)展速率隨加載次數(shù)增大呈減小趨勢，這主要是加載10萬次前車轍變形量主要由壓密變形所致，此后隨加載次數(shù)增加，車轍深度發(fā)展進入蠕變穩(wěn)定階段，車轍發(fā)展速率降低。

b.在加載過程中，5種瀝青混合料車轍變形量排序：20%橡膠瀝青混合料>1.6%RET改性瀝青混合料>5%SBS改性瀝青混合料>1.2%RET+16%膠粉>1.6%RET+12%膠粉，由此可見，2種RET復配膠粉改性瀝青混合料的長期高溫穩(wěn)定性優(yōu)于5%SBS改性瀝青混合料，適當增加RET摻量可一定程度提高RET復配膠粉改性瀝青混合料的長期穩(wěn)定性。

c.對加載次數(shù)與車轍變形量進行擬合分析，發(fā)現(xiàn)車轍變形量與加載次數(shù)的對數(shù)呈良好的線性關(guān)系，擬合優(yōu)化度R2大于0.95，擬合參數(shù)斜率大小反映了車轍增長率，用于表征瀝青混合料抗剪切性能優(yōu)劣，橡膠瀝青混合料車轍增長率遠大于RET復配膠粉改性瀝青混合料，2種RET復配膠粉改性瀝青混合料車轍增長率小于5%SBS改性瀝青混合料，進一步表明RET復配膠粉改性瀝青混合料在高溫持續(xù)荷載作用下的長期穩(wěn)定性優(yōu)于5%SBS改性瀝青混合料，將RET與膠粉復配可顯著提高瀝青路面的永久變形能力。

5 結(jié)論

a.本研究提出RET復配膠粉改性劑室內(nèi)制備工藝，通過軟化點、彈性恢復率、177 ℃黏度、針入度4個指標綜合分析RET復配膠粉改性瀝青性能。將RET與橡膠粉進行復配，可大幅度提高橡膠瀝青的軟化點，提高單一RET改性瀝青的可恢復變形能力，RET與橡膠粉進行復配對瀝青高低溫性能具有顯著的改善作用。

b.RET與橡膠粉進行復配，可有效彌補RET對瀝青低溫性能的不足，摻加RET可顯著改性橡膠瀝青的高溫性能，在1.2%～1.6% RET與 12%～16%橡膠粉復配方案下，復合改性瀝青的軟化點、彈性恢復性能優(yōu)于5%SBS改性瀝青。

c.RET與橡膠粉復配后，RET和橡膠粉對瀝青混合料高溫性能的改善效果并不是該兩者改性劑增強效果的簡單疊加，而是一種非線性的增強效果。RET復配膠粉改性瀝青混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性均優(yōu)于SBS改性瀝青混合料。

d.使用1.2%RET+16%橡膠粉改性瀝青、1.6%RET+12%橡膠粉改性瀝青可一定程度改善瀝青路面的抗疲勞耐久性，減少服役期間瀝青路面車轍損害，RET復配膠粉改性瀝青具有一定的研究意義和良好的應用前景。