天然巖瀝青/橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料路用性能研究

摘要：為了探究阿爾巴尼亞巖瀝青（簡稱ARA）和橡膠粉的復(fù)合改性對瀝青混合料路用性能的影響，文章基于車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來研究改性瀝青混合料的路用性能。結(jié)果表明：ARA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青具有良好的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能和水穩(wěn)定性能；ARA的摻入會降低基質(zhì)瀝青的低溫抗裂性能，而橡膠粉的摻入能提高基質(zhì)瀝青的低溫抗裂性能。

關(guān)鍵詞：阿爾巴尼亞巖瀝青；橡膠粉；改性瀝青；路用性能

中圖分類號：U416.03

0 引言

瀝青路面經(jīng)常出現(xiàn)裂縫、車轍等病害［1］，導(dǎo)致其實(shí)際壽命達(dá)不到規(guī)范的設(shè)計(jì)壽命。為提升路面的使用質(zhì)量，延長瀝青路面服役壽命，可將改性劑摻入瀝青［2］，起到提高瀝青性能的作用。改性劑的種類有很多，其中天然巖瀝青改性劑是一種石油類物質(zhì)，其與基質(zhì)瀝青有較好的配伍性，且對瀝青和瀝青混合料的高溫性能、抗老化性能以及水穩(wěn)定性有較好的提高［3］，但是會影響低溫抗裂性能［4］。與此同時，橡膠粉能改善基質(zhì)瀝青的低溫性能［5］，故本文嘗試添加橡膠粉來彌補(bǔ)天然巖瀝青對瀝青低溫性能的損害。

潘若妤等［6］的研究表明，巖瀝青可以提高復(fù)合改性瀝青的高溫性能，但會稍微降低其低溫性能。Yilmaz等［7］以不同的天然瀝青與SBS作為復(fù)合改性劑制得多種復(fù)合改性劑，進(jìn)行試驗(yàn)對比，結(jié)果表明，TLA-SBS復(fù)合改性瀝青具有最高的水穩(wěn)定性、抗老化性能。秦慧［8］對青川巖瀝青+膠粉復(fù)合改性瀝青進(jìn)行研究，得出青川巖瀝青可提升膠粉改性瀝青的高溫性能，且對膠粉改性瀝青的低溫性能影響不大的結(jié)論。

綜上所述，阿爾巴尼亞巖瀝青（簡稱ARA）和橡膠粉復(fù)合改性瀝青有一定的理論應(yīng)用基礎(chǔ)，因此本文以阿爾巴尼亞巖瀝青（一種天然巖瀝青）、橡膠粉和基質(zhì)瀝青為試驗(yàn)材料來研究改性瀝青混合料的路用性能。

1 試驗(yàn)材料

（1）本試驗(yàn)采用A-70#道路石油瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

（2）本試驗(yàn)采用的天然巖瀝青為阿爾巴尼亞巖瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見表2。

（3）本試驗(yàn)采用的橡膠粉技術(shù)指標(biāo)見表3。

（4）本試驗(yàn)粗細(xì)集料為輝綠巖集料，其性能試驗(yàn)結(jié)果如表4和表5所示，其主要的技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

（5）本試驗(yàn)采用石灰石礦粉，主要技術(shù)指標(biāo)見表6。

2 試驗(yàn)方法

2.1 復(fù)合改性瀝青的制備

將70#基質(zhì)瀝青放入烘箱加熱至160 ℃，再依次將改性劑摻入瀝青中，同時用玻璃棒攪拌使其初步分散均勻。之后采用高速剪切機(jī)剪切瀝青1 h，剪切速率為6 000 r/min。將剪切后的改性瀝青放入175 ℃烘箱中溶脹發(fā)育1 h。本文研究采用的改性劑摻量分別為：10%ARA、10%橡膠粉、10%ARA+10%橡膠粉。

2.2 礦料級配組成設(shè)計(jì)

改性瀝青混合料主要用于路面上面層，而上面層一般采用細(xì)粒式密集配，故本文選用AC-13型連續(xù)密集配。為確保試驗(yàn)研究的可重復(fù)性和對比分析，采用AC-13級配范圍中值作為礦料合成級配?；旌狭献罴延褪韧ㄟ^試驗(yàn)確定為5.0%。

2.3 高溫抗車轍試驗(yàn)

采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）（以下簡稱規(guī)程）中的方法輪碾法來成型車轍板試件，然后將試件放入車轍試驗(yàn)儀中進(jìn)行試驗(yàn)，以此評價(jià)混合料高溫抗車轍性能。試驗(yàn)溫度采用70 ℃±1 ℃，荷載輪壓為1.0 MPa±0.05 MPa。

2.4 低溫彎曲試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)程中的方法將車轍板切割成250 mm×30 mm×35 mm的小梁試件，然后將試件放入低溫彎曲試驗(yàn)儀中進(jìn)行試驗(yàn)，以此評價(jià)混合料低溫抗裂性能。試驗(yàn)溫度為0 ℃和-10 ℃，加載速率為50 mm/min。

2.5 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)程中的方法采用最佳油石比成型馬歇爾試件，每種瀝青混合料均成型兩組試件，然后將試件置于60 ℃的恒溫水浴中浸泡，第一組30 min，第二組48 h，浸泡結(jié)束后進(jìn)行試驗(yàn)，以此評價(jià)混合料的水穩(wěn)定性能。

3 結(jié)果分析

3.1 高溫抗車轍性能

車轍試驗(yàn)結(jié)果取三次試驗(yàn)平均值，具體數(shù)值見圖1。分析可知，由基質(zhì)瀝青和ARA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青的動穩(wěn)定度可以看出，摻入ARA和橡膠粉，會使瀝青混合料的動穩(wěn)定度增加，表明其抗車轍性能增強(qiáng)。復(fù)合改性瀝青混合料動穩(wěn)定度約為基質(zhì)瀝青的5倍，說明ARA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青抗車轍性能得到增強(qiáng)，抗永久變形能力得到提升。

3.2 低溫抗裂性能

低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果如圖2～5所示。分析圖2和圖3可知，在0 ℃時，摻入10%ARA的瀝青混合料的彎拉應(yīng)變值最低，其值為4 027 με，摻入10%橡膠粉的最高，其值為8 065 με；在-10 ℃時，摻入10%ARA的瀝青混合料的彎拉應(yīng)變值最低，其值為2 511 με，摻入10%橡膠粉的最高，其值為4 036 με。同時，ARA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青低溫性能相對于橡膠瀝青有所下降但比基質(zhì)瀝青高。綜合分析可以得到，橡膠粉的摻入會提高瀝青的低溫抗裂性能，ARA的摻入會削弱瀝青的低溫抗裂性能。

分析圖4和圖5可以得出，在0 ℃時，摻入10%ARA的瀝青混合料的勁度模量值最大，其值為587 MPa，摻入10%橡膠粉的瀝青混合料的勁度模量值最小，其值為311 MPa；在-10 ℃時，摻入10%ARA的瀝青混合料的勁度模量值最大，其值為3 568 MPa，摻入10%橡膠粉的瀝青混合料的勁度模量值最小，其值為2 037 MPa。同時，ARA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青低溫性能相對于橡膠瀝青有所下降但比基質(zhì)瀝青高。綜合分析可以得到，ARA的摻入會削弱瀝青的低溫抗裂性能，橡膠粉的摻入會提高瀝青的低溫抗裂性能。

3.3 水穩(wěn)定性能

浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果如圖6和圖7所示。由圖6可知，ARA、橡膠粉和ARA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均高于基質(zhì)瀝青，且ARA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青最大。這表明在摻入ARA和橡膠粉后瀝青混合料的水穩(wěn)定性提高，ARA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青提升效果最好。

由圖7可知，ARA、橡膠粉和ARA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料凍融前后的劈裂抗拉強(qiáng)度都大于基質(zhì)瀝青，故摻入ARA和橡膠粉均能增大抗拉強(qiáng)度。摻入10%ARA+10%橡膠粉時凍融前后其抗拉強(qiáng)度增加最多，表明ARA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料水穩(wěn)定性的提升效果最好。

4 結(jié)語

本文通過對ARA、橡膠粉和ARA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來研究改性瀝青混合料的路用性能。可以得出以下結(jié)論：

（1）ARA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青具有良好的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能和水穩(wěn)定性能。

（2）基質(zhì)瀝青中摻入ARA和橡膠粉能提高基質(zhì)瀝青的高溫抗車轍性能。

（3）ARA的摻入會降低基質(zhì)瀝青的低溫抗裂性能，而橡膠粉的摻入能提高基質(zhì)瀝青的低溫抗裂性能。

參考文獻(xiàn)

［1］張文強(qiáng).半剛性基層瀝青路面早期病害及其防治［J］.石材，2023（10）：30-32.

［2］陳 栩，李 麗，姜云天.改性瀝青的發(fā)展綜述［J］.四川建材，2018，44（5）：20-21.

［3］陸兆峰，何兆益，秦 旻.采用天然巖瀝青改性的瀝青混合料路用性能［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，41（6）：2 407-2 411.

［4］王如先.天然瀝青對道路石油瀝青路用性能的影響研究［J］.華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，35（4）：21-29.

［5］王衛(wèi)雷，馬 柱，李大為，等.膠粉摻量對橡膠改性瀝青低溫性能的影響［J］.城市道橋與防洪，2021（6）：278-281，29.

［6］潘若妤，孫曉民，陳彥先，等.SBS/巖瀝青復(fù)合改性瀝青基本性能研究［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，28（3）：548-550.

［7］Yilmaz M，Qeloglu M E.Effects of SBS and different natural asphalts on the properties of bituminous binders and mixtures［J］.Construction amp; Building Materials，2013（44）：533-540.

［8］秦 慧.國產(chǎn)巖瀝青與TB膠粉復(fù)合瀝青性能及改性機(jī)理研究［J］.公路工程，2017，42（5）：364-372.

收稿日期：2024-03-17

作者簡介：巫雪瀟（1990—），工程師，主要從事公路勘察設(shè)計(jì)工作。