直投式橡膠粉與SBS復合改性瀝青在瀝青路面中的應用初探

欒軼博 ，　李志剛 ，　徐 磊，　胡宇峰

(1.解放軍理工大學，江蘇 南京 210007；2.中國交建第三工程局有限公司，湖北 武漢 430700)

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直投式橡膠粉與SBS復合改性瀝青在瀝青路面中的應用初探

欒軼博1，李志剛1，徐 磊1，胡宇峰2

(1.解放軍理工大學，江蘇 南京 210007；2.中國交建第三工程局有限公司，湖北 武漢 430700)

當前飛速發(fā)展的交通對道路質量提出了更高的要求，SBS改性瀝青路面初顯性能不足的弊端。將普通膠粉與反應劑在工廠中預混，得到直投式膠粉，該膠粉可直接投入拌缸與SBS改性瀝青生成橡膠粉與SBS復合改性瀝青混合料。通過飛散試驗、膠結料、混合料試驗，結合工程應用情況最終得出結論：該法制得的瀝青混合料在路用性能方面優(yōu)于SBS改性瀝青，更適用于一些諸如長大陡坡、橋面和重載交通的地方。

復合改性瀝青；干法；直投式膠粉；路用性能

1 橡膠粉與SBS復合改性瀝青研究的必要性

SBS改性瀝青是當今應用最為廣泛的改性瀝青，因其具有優(yōu)良的耐久性和高溫穩(wěn)定性一直深受國內(nèi)外道路建設者的青睞。然而，歷經(jīng)近20 a的發(fā)展，我國SBS改性瀝青技術在趨于成熟的同時，其一些弱點也開始突顯(低溫性能差，抗裂性能不足等)。加之現(xiàn)代交通呈現(xiàn)出的新特點，如交通量急劇增加，車輛軸重日漸增大，超載現(xiàn)象普遍，再加上承受荷載的瀝青混凝土面層直接暴露在高低溫極端變化產(chǎn)生的溫度應力作用下，這些都對路面材料尤其是瀝青品質提出了更高的要求。近年來全國各地以SBS改性瀝青混合料為面層材料建成通車的高等級公路較多出現(xiàn)了大面積的早期損壞，這也直接說明了SBS改性瀝青已經(jīng)逐漸不能滿足現(xiàn)代交通對于道路提出的新要求。

在此背景下，國內(nèi)外許多學者開始探索更高效的瀝青改性技術。其中，將兩種瀝青改性技術結合，得到一種復合改性瀝青的研究思路日漸占據(jù)主流。初步研究發(fā)現(xiàn)，將橡膠粉摻入SBS改性瀝青中得到的復合改性瀝青有著較好的性能。

2 橡膠法摻入改性瀝青干法工藝的改進

2.1 直投式干法工藝的提出

橡膠粉應用在瀝青混合料中按工藝分濕法與干法兩種[1]。濕法工藝是將橡膠粉作為改性劑加入瀝青，經(jīng)化學反應，重新組合成新分子，以達到改性目的，制備出橡膠瀝青及混合料。干法工藝是先將橡膠粉與熱礦料拌和，后加入瀝青，得到橡膠粉改性瀝青混合料。干法工藝相對于濕法優(yōu)勢較為明顯，它無需龐大設備或技術改造(濕、干法橡膠瀝青加工設備分別見圖1、圖2)，且混合料生產(chǎn)在拌缸內(nèi)一次性完成，省去橡膠瀝青加工過程，環(huán)保又節(jié)能，對技術水平要求不高，易被施工單位接受。但是干法工藝中膠粉與瀝青反應時間短，導致膠粉與瀝青之間的粘附性與水穩(wěn)性差，因此傳統(tǒng)干法工藝應用較少。針對傳統(tǒng)干法工藝的這一不足，德國曾使用維他連接劑(TOR)改善，收到了良好的效果，但其價格昂貴。課題組受此啟發(fā)，自主研發(fā)了類似的新型橡膠增強型連接劑(CTOR)[2]，如圖3所示，將CTOR應用于橡膠瀝青，形成“新型干法工藝”。

新型干法工藝旨在橡膠粉中摻入一定比例的起催化作用的CTOR，加速橡膠粉與瀝青的反應。試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)CTOR改性后，混合料中膠粉與瀝青的粘附性已達到SBS改性瀝青和濕法橡膠瀝青的水平，這表明新型干法已解決了傳統(tǒng)干法的重大弊端[3]。

實際應用中發(fā)現(xiàn)，橡膠粉與CTOR分開投放又出現(xiàn)了新的問題：①膠粉與顆粒狀的CTOR在干拌過程中由于融化易粘附在集料上，CTOR的催化作用有所降低，導致混合料中膠粉與瀝青的粘附性不佳；②在拌合過程中，橡膠粉與CTOR分別通過信號控制與人工控制進行投送，兩種控制方法很難協(xié)調(diào)，且人工控制易現(xiàn)誤差，易導致二者比例與設計值有出入，影響混合料的可靠性。只有將橡膠粉與CTOR通過信號控制同時投送才能保證比例的準確性。為此課題組提出新思路，將CTOR與膠粉在工廠中以設計比例預混，得到一種可以直接投放到集料中的新型橡膠粉，在加入瀝青后，反應發(fā)生在攪拌及運輸過程中，達到改性效果，故得名“直投式橡膠粉”，如圖4所示。用風送設備將該膠粉直接投放到集料，噴入瀝青攪拌后得到混合料，該工藝稱為“直投式干法工藝”。

圖1濕法橡膠瀝青加工設備圖2干法橡膠瀝青加工設備 圖3新型橡膠增強型連接劑CTOR

圖4 直投式CTOR橡膠粉

2.2 直投式膠粉的飛散驗證

與分開投放膠粉和CTOR不同，直投式膠粉中的連接劑與膠粉已預先均勻混合，施工和易性、膠粉與瀝青間的粘附性、水穩(wěn)性都表現(xiàn)良好。肯塔堡飛散試驗能有效反映瀝青與石料之間的粘附效果并判斷混合料水穩(wěn)定性，為此本研究采用該法進行了直投式干法橡膠瀝青混合料的性能驗證，結果見表1。

表1 飛散試驗結果(多組取平均)

注：①為標準飛散試驗，②為浸水飛散試驗。

預混工藝使膠粉與CTOR混合均勻，最終使混合料表現(xiàn)出良好的和易性。從飛散數(shù)據(jù)可以看出，使用直投式膠粉時膠粉與瀝青間的粘附性、水穩(wěn)性有較高的提升。

3 膠結料性能驗證

瀝青膠結料的性能間接反映了混合料的路用性能，因此對該復合改性瀝青與各改性瀝青膠結料性能的研究不可或缺。依據(jù)試驗規(guī)程[4]進行的各瀝青膠結料的試驗結果見表2。

表2 不同瀝青膠結料性能試驗結果

粘度是橡膠瀝青評價中最重要的指標。摻加橡膠粉的SBS瀝青粘度達到2.8 Pa.s，遠超出SBS改性瀝青，必然會影響施工和易性；摻加直投式膠粉的瀝青粘度降到2.0 Pa.s，接近SBS改性瀝青，同時軟化點和彈性恢復能力不降反增。說明加入直投式膠粉不但可以保證施工和易性,也能增強橡膠瀝青的路用性能。

4 路用性能驗證

4.1 級配設計

結合以往施工經(jīng)驗并通過室內(nèi)試驗驗證，確定膠粉的摻量為SBS瀝青質量的10%，選用優(yōu)化AC-13C型級配(見表3)[5]。它是一種半間斷半連續(xù)級配，其結構具有一定的骨架密實性，且無須較多瀝青填充空隙，體現(xiàn)了干法橡膠瀝青混合料的優(yōu)勢，既保證路面質量又降低了成本。

表3 優(yōu)化AC-13C建議級配設計范圍 %

4.2 路用性能試驗

依據(jù)試驗規(guī)程采用車轍、浸水馬歇爾、凍融劈裂以及低溫彎曲試驗,并通過對比評價該復合改性瀝青混合料路用性能,結果見表4。

表4 不同瀝青混合料路用性能試驗結果

可以看出：①高溫穩(wěn)定性方面，SBS+普通膠粉的動穩(wěn)定性明顯優(yōu)于單一改性瀝青，“SBS+直投膠粉”較“SBS+普通膠粉”性能有進一步提升；②水穩(wěn)定性方面，“SBS+直投膠粉”較其他三種改性都有提升，但直接加普通橡膠粉易導致SBS改性瀝青水穩(wěn)性下降，應是前述普通膠粉與瀝青作用不強的緣故；③低溫抗裂性方面，“SBS+直投膠粉”性能優(yōu)于其它三種。綜上，直投式干法橡膠粉與SBS復合改性瀝青混合料在路用性能方面比單一改性瀝青及摻加普通膠粉復合改性瀝青混合料有很大的性能提升。

5 工程應用

為了驗證直投式干法橡膠粉與SBS復合改性瀝青實用性，課題組在咸通高速公路K1+000～K1+600段右幅進行了試驗段路面的鋪筑工作(見圖5～圖7)，并對該段路面進行了試驗檢測和跟蹤觀測(見表5)。

圖5直投式橡膠瀝青投送 圖6 攤鋪外觀 圖7 瀝青混合料樣品

表5 試驗路段瀝青混合料路用性能指標(多組取平均值)

從表中的數(shù)據(jù)來看，直投式橡膠粉與SBS復合改性瀝青混合料路用性能良好，滿足規(guī)范要求。

6 結束語

直投式橡膠粉與SBS復合改性瀝青工藝突出特點為：①采用干法工藝；②采用直投式膠粉。室內(nèi)試驗與咸通高速試驗路段的應用情況表明，該法生產(chǎn)的瀝青混合料在高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性方面的性能優(yōu)于SBS改性瀝青混合料。綜上，直投式橡膠粉與SBS復合改性瀝青適用于改性瀝青路面。

[1]孫大權，金福根．橡膠瀝青路面濕法和干法技術研究進展[J].石油瀝青，2008(12):2-5

[2]李志剛，李 聰，蔡敏東.接枝杜仲膠對干法橡膠瀝青混合料的改性機理與效果[J].東南大學學報，2014,7(4):845-848

[3]許光宇，李志剛.小浪底專線改造工程CTOR干法橡膠瀝青混合料性能研究[J].交通科技，2013(6):90-92

[4]交通運輸部公路科學研究院.JTG E20—2011 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011

[5]張建孔，李志剛，徐 磊.AR-AC-13干法橡膠瀝青混合料的集料級配優(yōu)化[J].國防交通工程與技術，2016，14(2):33-36

A Primary Study of the Application of DVS Rubber Powder and SBS Compound Modified Asphalt to Asphalt Pavement

LUAN YiBo1， LI Zhigang1，XU Lei1，HU Yufeng2

(1.PLA University of Science and Technology,Nanjing 210007,China;2.Highway Engineering Co. Ltd. of the Third Bureau of the Communications Ministry of China,Wuhan 430000,China)

With the rapid development of modern traffic,and with higher quality requirements put forward forthequalityofroads,theSBSmodifiedasphaltpavementbeginstoshowsomedrawbacksinperformance.DVSrubberpowderisobtainedbypremixingordinaryrubberpowderwithreactantsinthefactory.ThiskindofpowdercanbeputdirectlyintothecylindertoobtainrubberpowderandSBScompoundmodifiedasphaltmixture.Byravelingtests,theexperimentalstudyofcementitiousmatterandmixture,andwithpracticalengineeringapplicationstakenintoaccount,afinalconclusionisobtained:thethus-madeasphaltmixtureisbetterthantheSBSmodifiedasphaltinperformance.Itismoresuitableforsomeplacessuchasroadsofabruptslode,bridgepavementsandheavytrafficroads.

composite modified asphalt;dry process;DVS rubber powder;pavement performance

2016-05-09

欒軼博(1994—)，男，碩士研究生，研究方向為道路工程。seulzg@139.com

10.13219/j.gjgyat.2016.05.017

U416.217

A

1672-3953(2016)05-0061-04