干法橡塑改性瀝青混合料性能研究

作者簡介：

歐陽效峰（1986—），工程師，主要從事交通運輸行業(yè)建設管理工作。

摘要：為研究橡塑改性瀝青在干法改性技術中的應用效果，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、最大彎拉應變及凍融循環(huán)后劈裂強度得到最優(yōu)組合參數，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用具有良好的路用效果。

關鍵詞：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文獻標識碼：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瀝青的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、耐疲勞性等，兩者復合后的性能再次得到提升，這對于環(huán)境保護、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，會出現儲存變質、離析及偷工減料、監(jiān)管困難等行業(yè)痛點［3-5］，給道路工作者帶來了較大的困擾。

近年來，直投式改性技術應運而生，以SBS為代表的干法改性解決了傳統(tǒng)濕法改性導致的性能發(fā)揮不充分問題［6-7］，將SBS與普通基質瀝青、集料分別直接投放到拌和樓，即可直接生產SBS改性瀝青混合料，在SBS剛融化的性能高峰立即開展攤鋪，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，本文以室內試驗為主要手段，嘗試采用直投式干法技術制備橡塑復合改性瀝青混合料，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用提供理論依據。

1 原材料

1.1 基質瀝青

基質瀝青為殼牌70#，其技術指標見表1。

1.2 集料

粗集料、細集料及礦粉均采用石灰?guī)r，具體指標見表2。

1.3 橡塑材料

根據已有研究經驗［8-9］，運用精密開煉機將廢輪胎膠粉和廢舊塑料按照一定的質量比例塑煉而成。溫度設定為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。其主要技術指標見表3。

2 干法橡塑改性瀝青混合料制備工藝

本次試驗結合實驗室實際，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熱的拌和鍋中預先干拌，時間為90 s。

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

（3）升起拌和鍋進行燜料，時間為30 min。

2.1 正交試驗設計

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個方面進行測試。因此設計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，設計表見下頁表5。

2.2 礦料級配設計

試驗選取AC-13礦料級配，級配組成見表6。

2.3 正交試驗結果

按照表5的試驗號進行試驗，高溫穩(wěn)定性采用室內車轍試驗進行，以動穩(wěn)定度作為評價指標。低溫抗裂性采用小梁低溫彎曲試驗進行，以極限彎拉應變作為評價指標。水穩(wěn)定性采用凍融劈裂試驗進行，以凍融劈裂強度比作為評價指標［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，試驗結果見表8。

試驗結果采用極差分析法分析，以確定不同因素對試驗指標的影響程度和規(guī)律。分析時，3種水平即1～3的試驗結果平均值分別用Ⅰ～Ⅲ來表示，由此得到3個試驗指標即動穩(wěn)定度、極限抗彎拉應變、凍融后劈裂強度比的平均值及各因素每種水平的極差，據此可以得到各試驗指標的關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種指標動穩(wěn)定度、極限抗彎拉應變、凍融后劈裂強度比均取較大值，得到的試驗結果及最佳組合見表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；極限抗彎拉應變的影響因素為A＞B＞C＞D，且A和B遠大于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。當組合形式為A2B2C3D3時，動穩(wěn)定度和極限抗彎拉應變均能發(fā)揮到最大，此時凍融后劈裂強度比也滿足規(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，其結果見表10，其體積參數比較接近目標值。

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：分別為基質瀝青混合料，記為AC-Ⅰ；干法工藝+1.5%橡膠粉改性顆粒+基質瀝青，記為AC-Ⅱ；濕法工藝+1.5%橡膠粉改性顆粒+基質瀝青，記為AC-Ⅲ；干法工藝+5%SBS+基質瀝青，記為AC-Ⅳ。通過對比不同改性方案對路用性能的改善程度，來驗證橡塑復合改性瀝青的路用可行性。

3.1 最佳油石比

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

3.2 路用性試驗結果

為直觀對比，將測試結果制成柱狀圖，見圖1～3。

由圖1可知，與基質瀝青混合料相比，無論是干法工藝還是濕法工藝，橡塑復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，因此在礦料之間產生了粘結作用，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寒區(qū)抗彎拉應變的要求。

由圖3可知，橡塑材料對提升基質瀝青混合料的水穩(wěn)定性有利，干法工藝的凍融劈裂強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)生變化導致孔隙率改變，從而降低了劈裂強度，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，但滿足相關規(guī)范要求。

4 結語

（1）干法橡塑改性瀝青混合料的最優(yōu)制備參數為橡塑摻配比為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|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。

參考文獻

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