“白改黑”路面黏層瀝青性能的試驗研究

宣寶璽

（山西遠方路橋（集團）有限責(zé)任公司，山西 大同 037006）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，路網(wǎng)交通不斷完善，對路面的要求也逐漸提高。山西省在早期修建的水泥混凝土路面，存在行車舒適性差、噪聲大等問題，交管部門決定對其加鋪改造，采用加鋪瀝青混凝土改善水泥混凝土路面的功能特性。然而由于水泥混凝土和瀝青混凝土材料的模量差異較大，這種復(fù)合式路面也存在一定的耐久性問題，比如車轍、層間破壞等[1-2]。層間破壞問題主要的原因由層間材料性能決定，黏層材料的特性對于復(fù)合式路面的耐久性具有直接的影響。層間材料主要包括涂膜、卷材、應(yīng)力吸收層、應(yīng)力吸收帶等[3]?？紤]經(jīng)濟適用性，灑布式黏層材料占有了一定的應(yīng)用市場。為提高層間整體性能，本文將抗轍裂劑和膠粉作為改性劑制備復(fù)合改性瀝青，并研究其基本性能及流變性，分析其在層間應(yīng)用過程中的適用性，為“白改黑”路面的長壽命改造提供指導(dǎo)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗原材

1.1.1 基質(zhì)瀝青

本文所用的基質(zhì)瀝青為SK70號，由山西交科新材料有限公司提供。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）的試驗方法測試其三大指標，均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）的要求?；|(zhì)瀝青性能指標如表1所示。

表1 基質(zhì)瀝青的基本指標

1.1.2 橡膠粉

選用的彈性改性劑為廢舊橡膠粉，試驗中40目的膠粉由四川中能橡膠粉有限責(zé)任公司提供，主要用于膠粉改性瀝青、防水卷材、運動場等。其性能指標如表2所示。

表2 膠粉性能指標

1.1.3 抗轍裂劑

采用抗拉伸改性劑為PE型抗轍裂劑，由山西交科化工研究所提供?？罐H裂劑以高分子聚合物為主要材料，通過與增黏劑、助劑等復(fù)合制備而成，可提高瀝青材料的抗拉裂性能。

表3 抗轍裂劑性能指標

1.2 黏層瀝青制備

室內(nèi)復(fù)合式黏層瀝青的具體步驟如下：

a）將橡膠粉、抗轍裂劑在干燥箱內(nèi)放置24 h以上，將基質(zhì)瀝青加熱到105℃～110℃。

b）精確稱量所需質(zhì)量的抗轍裂劑，加入基質(zhì)瀝青中，采用剪切儀高速剪切，使其完全融合到瀝青中。

c）精確稱量所需質(zhì)量的橡膠粉，加入到上述混合物中，采用剪切儀低速剪切，致使橡膠粉逐漸融入到瀝青中，保持溫度使橡膠溶脹。

d）手動攪拌，靜置待用。

1.3 試驗方法

1.3.1 瀝青基本指標

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）的條紋對黏層瀝青的針入度、軟化點、延度、黏度進行測試，評價兩種添加劑對瀝青基本性能的影響。

1.3.2 動態(tài)剪切流變試驗

為評價黏層瀝青流變性能的影響，采用動態(tài)剪切流變儀進行動態(tài)剪切流變試驗對瀝青高溫性進行研究，評價高溫環(huán)境下黏層瀝青的軟化特性。

1.3.3 黏結(jié)性能

將黏層材料灑布到預(yù)制的水泥混凝土板上，成型復(fù)合式路面試件，通過對復(fù)合式試件進行拉拔試驗，對比評價黏層瀝青的黏結(jié)性能[4]。

1.3.4 剪切性能

將黏層材料灑布到預(yù)制的水泥混凝土板上，成型復(fù)合式路面試件，通過45°斜向剪切試驗，對比分析黏層瀝青的抗剪切性能。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 基本性能

將測試的抗轍裂劑改性瀝青和復(fù)合改性黏層瀝青的基本性能指標進行匯總，繪制曲線圖如圖1～圖6所示。

圖1 抗轍裂劑改性瀝青針入度

圖2 抗轍裂劑改性瀝青延度

圖3 抗轍裂劑改性瀝青軟化點

從圖1～圖3可以看出，在基質(zhì)瀝青中添加抗轍裂劑，瀝青的基本指標都發(fā)生了明顯的變化。瀝青的針入度降低，延度變小，軟化點增大。分析得知，抗轍裂劑降低了瀝青的溫度敏感性，對瀝青的延展性具有明顯的提高作用。當(dāng)抗轍裂劑摻量大于6%時，三大指標的變化都有減小的趨勢。

考慮材料性能的變化規(guī)律結(jié)合經(jīng)濟性，后續(xù)試驗過程中抗轍裂劑的摻量固定為6%。

圖4 黏層瀝青針入度

圖5 黏層瀝青延度

圖6 黏層瀝青軟化點

通過圖4～圖6可得知，橡膠粉的添加明顯地降低了瀝青的針入度，并致使延展率降低，顯著提高了黏層瀝青的軟化點?？煽闯觯鹉z粉增加了瀝青材料的韌性、黏性以及高溫穩(wěn)定性，而對材料的延伸性能有不利影響。結(jié)合圖1～圖6，將抗轍裂劑和橡膠粉添加到基質(zhì)瀝青中，增強了瀝青材料的高溫穩(wěn)定性，低溫延展性能，兼顧了材料的彈性和抗拉性能，可在“白改黑”路面層間發(fā)揮應(yīng)有的作用。

2.2 流變性能

將流變性能測試結(jié)果進行匯總，評價分析兩種添加劑對瀝青高溫流變性能的影響，不同材料瀝青的動態(tài)剪切流變性能的影響試驗結(jié)果如表4所示。

表4 流變參數(shù)測試結(jié)果

分析表4，抗轍裂劑和膠粉的添加均有效地提高了瀝青的復(fù)數(shù)模量，黏層瀝青高于抗轍裂改性瀝青，大于基質(zhì)瀝青。多項研究表明，瀝青材料的復(fù)數(shù)模量越大，其彈性越好，抵抗變形能力越強，而相位角則反映應(yīng)變響應(yīng)滯后應(yīng)力的相位差。這表明，抗轍裂劑和膠粉有效地提高了高溫下瀝青的抗變形能力，并可有效延緩荷載作用下的應(yīng)變過程。另一方面反映了材料在溫變和荷載作用下的穩(wěn)定性能的提升。

分析黏層材料的車轍因子可以發(fā)現(xiàn)，隨著抗車轍劑和膠粉的添加，瀝青材料的車轍因子明顯增加。而車轍因子是材料抗永久變形能力的綜合反映，也就說明了兩種添加劑可提高瀝青材料的抗永久變形能力。同時，兩種添加劑的添加使得瀝青側(cè)PG分級由64提高到82，則黏層瀝青可在更寬范圍的環(huán)境溫度下應(yīng)用，均可發(fā)揮較好的效果。

2.3 流變性能

為評價黏層材料在施工過程中的施工特性，對路面“白改黑”過程的黏結(jié)性能進行測試，黏層瀝青厚度控制在1 mm，進行拉拔和剪切性能測試，對其測試結(jié)果繪制柱狀圖，如圖7所示。

從圖7、圖8可以看出，黏層瀝青的拉拔強度和抗剪切性能明顯高于抗裂改性瀝青，高于基質(zhì)瀝青。因此，在路面“白改黑”過程中，可以更加有效地增加柔性鋪裝層和舊水泥混凝土的黏結(jié)性能，確保層間的有效結(jié)合，增加結(jié)構(gòu)層的整體性能，對提高這種復(fù)合式路面的耐久性具有直接的作用。

圖7 不同瀝青拉拔性能

圖8 不同瀝青抗剪切性能

3 結(jié)論

本文將抗轍裂劑和膠粉作為改性劑，制備了適用于路面“白改黑”工程的黏層瀝青，通過試驗測試了黏層瀝青的三大指標，借助流變學(xué)手段研究了黏層瀝青的抗變形能力，并對其施工黏結(jié)性能進行了驗證。主要結(jié)論如下：

a）抗轍裂劑降低了瀝青的溫度敏感性，對瀝青的延展性具有明顯的提高作用。而膠粉增加了瀝青材料的韌性、黏性以及高溫穩(wěn)定性，而對材料的延伸性能有不利影響。

b）抗轍裂劑和膠粉有效地提高了高溫下瀝青的抗變形能力，可有效延緩荷載作用下的應(yīng)變過程。并擴大了黏層瀝青應(yīng)用的環(huán)境范圍。

c）黏層瀝青具有較好的拉拔強度和抗剪切性能，可增加復(fù)合式路面的整體性能。