雙螺桿擠出膠粉與RET復(fù)合改性瀝青及其混合料性能研究

(1.陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司,陜西 西安 710075； 2.長(zhǎng)安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710064)

0 引言

根據(jù)2017年汽車保有量產(chǎn)生的廢舊輪胎基數(shù)和2018年汽車保有量的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2018年我國(guó)將產(chǎn)生的廢舊輪胎數(shù)量在4.498億條，重量達(dá)1 759萬(wàn)t。目前我們國(guó)家在公路建設(shè)中提出“綠色交通”與“綠色公路建設(shè)”的概念，采用固廢物廢輪胎膠粉生產(chǎn)改性瀝青符合現(xiàn)階段道路建設(shè)與發(fā)展理念[1-4]。將廢輪胎膠粉應(yīng)用于道路材料中，不僅能夠提高瀝青的品質(zhì)和路用性能，而且可實(shí)現(xiàn)廢輪胎的循環(huán)利用，是廢輪胎資源化和無(wú)害化利用的有效途徑，解決“黑色污染”這一世界性環(huán)保難題，在交通運(yùn)輸部制定公路交通行業(yè)“十三五”規(guī)劃中也明確規(guī)定了在道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)中推廣符合資源節(jié)約、節(jié)能減排的綠色技術(shù)，重點(diǎn)推廣廢舊輪胎橡膠利用技術(shù)和施工工藝。研究表明[5-8]，利用廢舊輪胎膠粉生產(chǎn)橡膠瀝青或橡膠改性瀝青混合料，是解決廢舊輪胎黑色污染的有效途徑，具有顯著的環(huán)保效益。常規(guī)膠粉改性瀝青通常由16%～24%膠粉與基質(zhì)瀝青在充分拌合的高溫條件下，經(jīng)過(guò)充分熔脹反應(yīng)后形成改性瀝青膠結(jié)材料。橡膠瀝青具有良好的粘彈性和柔韌性，橡膠瀝青混合料具有較高的結(jié)合料用量和瀝青膜厚度，全方位改善瀝青混合料的路用性能，增強(qiáng)其抗車轍、抗水損害、抗低溫裂縫和反射裂縫的能力、提高了路面的耐久性和抗疲勞壽命，并且在一定條件下可減薄路面的結(jié)構(gòu)厚度，從而降低路面建設(shè)和維修養(yǎng)護(hù)成本，可以滿足常規(guī)交通條件下的技術(shù)要求。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)正在向大流量、重軸載、渠化交通的方向發(fā)展，傳統(tǒng)橡膠瀝青的缺陷與局限性也日益凸顯[9-11]：①橡膠顆粒吸收瀝青中輕質(zhì)組分溶脹后體積增大4倍多，橡膠瀝青的黏度大，施工和易性較差，對(duì)施工條件較為苛刻，施工溫度控制不好容易導(dǎo)致壓實(shí)質(zhì)量問(wèn)題，因此生產(chǎn)、攤鋪及碾壓的溫度較SBS改性瀝青高10 ℃以上；②橡膠顆粒與石油瀝青相容性差，橡膠顆粒易發(fā)生離析沉淀，導(dǎo)致橡膠瀝青熱穩(wěn)定性差，無(wú)法長(zhǎng)期儲(chǔ)存，也不宜長(zhǎng)距離運(yùn)輸；③由于膠粉中含有硫元素等揮發(fā)性物質(zhì)，橡膠瀝青在高溫施工下產(chǎn)生刺鼻性的氣味。對(duì)此，不少學(xué)者提出采用脫硫技術(shù)、活化技術(shù)制備橡膠粉或通過(guò)高溫、高速、長(zhǎng)時(shí)間剪切達(dá)到降解橡膠顆粒的效果，從而實(shí)現(xiàn)降低橡膠瀝青黏度的目的。然而這些方法難以充分脫硫，并且橡膠粉降解程度難以控制，導(dǎo)致橡膠瀝青降黏效果不明顯或嚴(yán)重降低了橡膠瀝青的高溫穩(wěn)定性[10-14]。雙螺桿擠出法是在高溫和機(jī)械力剪切作用下，橡膠顆粒內(nèi)部分子鏈斷裂、脫硫降解的機(jī)械化學(xué)方法，具有橡膠顆粒脫硫降解程度易于控制、加工效率高、污染小等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是目前新興的脫硫降解技術(shù)。本文采用微波活化和雙螺桿擠出工藝制備表面具有活性的脫硫橡膠粉，考慮到活化、降解工藝實(shí)現(xiàn)橡膠瀝青降黏的同時(shí)也會(huì)對(duì)其高溫性能有一定劣化影響，因此將雙螺桿擠出膠粉與反應(yīng)型三元共聚物RET進(jìn)行復(fù)配，以改善橡膠瀝青的高溫性能和熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性?；卺樔攵戎笜?biāo)體系性能和Superpave瀝青膠結(jié)料PG分級(jí)體系研究雙螺桿擠出膠粉與RET復(fù)合改性瀝青高低溫性能與流變特性，通過(guò)室內(nèi)三大路用性能試驗(yàn)評(píng)價(jià)雙螺桿擠出膠粉與RET復(fù)合改性瀝青混合料路用性能，并對(duì)實(shí)體工程應(yīng)用情況進(jìn)行了跟蹤檢測(cè)評(píng)價(jià)，研究成果為脫硫膠粉的推廣應(yīng)用提供借鑒。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

a.活化擠出脫硫膠粉。

橡膠粉來(lái)源于西安某橡膠有限公司回收加工的卡車輪胎，經(jīng)檢測(cè)，橡膠粉相對(duì)密度1.18，細(xì)度為60目，橡膠粉金屬含量小于0.03%，纖維含量小于1%，灰分含量7.6%，丙酮抽出物含量17%，炭黑含量67%，橡膠烴含量48%，拉伸強(qiáng)度6.5 MPa，含硫量0.34%，橡膠粉各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足《路用廢胎硫化橡膠粉》(JT/T797-2011)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求。將橡膠粉置于300 W微波功率下活化3 min，接著將橡膠粉與廢舊機(jī)油按照3∶1質(zhì)量比充分混合后密封保存，置于75 ℃烘箱內(nèi)1.5 h后得到活化橡膠粉。將活化后的橡膠粉投入雙螺旋擠出機(jī)中，控制擠出溫度為220 ℃，螺旋擠出機(jī)轉(zhuǎn)速6 500 r/min，喂料轉(zhuǎn)速76 r/min，完成雙螺旋桿擠出脫硫后得到活化擠出膠粉。

b.瀝青。

基質(zhì)瀝青為新疆美匯特生產(chǎn)的AH-70#重交道路石油瀝青，對(duì)照組采用4.5%SBS成品改性瀝青，瀝青各項(xiàng)指標(biāo)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)要求。

c.RET。

反應(yīng)性彈性體三元共聚物(RET：Reactive Elastomeric Terpolymer)是美國(guó)杜邦供公司研發(fā)的一種熱塑性聚合物瀝青改性劑，RET能與瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使瀝青形成穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)狀膠體結(jié)構(gòu)。RET外觀為白色晶體，相對(duì)密度為0.97，融化點(diǎn)85 ℃，凝固點(diǎn)-87 ℃。

d.集料及礦粉。

粗集料采用玄武巖，細(xì)集料為石灰?guī)r機(jī)制砂，礦粉由石灰?guī)r磨制而成，集料及礦粉各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足JTG F40-2004要求。

1.2 雙螺桿擠出膠粉與RET復(fù)合改性瀝青制備

加熱基質(zhì)瀝青至175～180 ℃，加入預(yù)定質(zhì)量的活化擠出脫硫膠粉(摻量分別為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的10%、20%、30%)，待活化擠出脫硫膠粉全部加入后，保持共混瀝青穩(wěn)定175～180 ℃，以500 r/min速率攪拌30 min，使活化擠出脫硫膠粉分散均勻并充分溶脹，將剪切機(jī)剪切速率調(diào)整到4 500～5 000 r/min，剪切60 min使活化擠出脫硫膠粉剪切磨細(xì)，接著加入預(yù)定質(zhì)量的RET改性劑(RET摻量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的0.5%、1%、1.5%)，在175～180 ℃加熱條件下以1 000～1500 r/min速率剪切30 min，最后在175 ℃環(huán)境箱中發(fā)育1 h，使RET與橡膠瀝青充分反應(yīng)后完成雙螺桿擠出膠粉與RET復(fù)合改性瀝青制備。

2 雙螺桿擠出膠粉與RET復(fù)合改性瀝青

2.1 針入度指標(biāo)體系性能

采用《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)要求的針入度試驗(yàn)、軟化點(diǎn)試驗(yàn)、5 ℃延度、25 ℃彈性恢復(fù)率、135 ℃運(yùn)動(dòng)粘度和離析48 h軟化點(diǎn)差試驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)雙螺桿擠出膠粉與RET復(fù)合改性瀝青的高低溫性能和熱貯存穩(wěn)定性。針入度指標(biāo)體系性能試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件與步驟，嚴(yán)格按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)和《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

從表1試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

a.25 ℃針入度隨雙螺桿擠出膠粉和RET摻量增大而持續(xù)減小，RET由0.5%增大至1.5%，在10%、20%、30%雙螺桿擠出膠粉摻量下，復(fù)合改性瀝青的針入度分別降低了7.6%、12.6%、11%，雙螺桿擠出膠粉摻量由10%增大至30%，在0.5%、1.0%、1.5%RET摻量下，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的針入度分別降低了48%、53.4%、53.7%，20%橡膠粉摻量的普通橡膠瀝青針入度44.8(0.1 mm)，20%雙螺桿擠出膠粉改性瀝青針入度為64.7(0.1 mm)，活化、雙螺桿擠出工藝對(duì)橡膠瀝青針入度有顯著影響，分析認(rèn)為，活化、雙螺桿擠出工藝提高了橡膠粉的脫硫度和降解度，從而在高速剪切過(guò)程中橡膠粉大分子鏈組成的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不斷被破壞，從而降低橡膠瀝青硬度的效果比較明顯。

b.軟化點(diǎn)指標(biāo)隨雙螺桿擠出膠粉和RET摻量增大而增大，RET由0.5%增大至1.5%，在10%、20%、30%雙螺桿擠出膠粉摻量下，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的針入度分別增大了24.7%、16.7%、12.5%，雙螺桿擠出膠粉摻量由

表1 針入度指標(biāo)體系性能試驗(yàn)結(jié)果Table1 Performancetestresultsofpenetrationindexsystem活化膠粉/%RET/%針入度(0.1mm)軟化點(diǎn)/℃延度/cm彈性恢復(fù)率/%運(yùn)動(dòng)黏度/(Pa·s)軟化點(diǎn)差/℃0.567.558.424.678.82.241.4101.060.963.822.181.42.361.51.558.472.818.682.52.461.20.558.661.234.788.92.571.8201.054.767.931.791.32.681.61.551.271.427.893.62.791.50.545.665.441.791.52.843.4301.042.369.938.793.72.963.11.540.673.633.695.53.112.920%普通橡膠瀝青44.857.912.881.56.625.620%活化膠粉瀝青64.752.138.786.32.352.21.5%RET改性瀝青66.661.87.973.81.640.64.5%SBS改性瀝青58.965.826.879.82.711.7

10%增大至30%，在0.5%、1.0%、1.5%RET摻量下，復(fù)合改性瀝青的針入度分別增大了10.7%、8.7%、1.1%，可見增大RET摻量對(duì)TECRM/RET復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)改善效果更佳顯著。雙螺桿擠出膠粉改性瀝青軟化點(diǎn)(52.1 ℃)比橡膠瀝青軟化點(diǎn)(57.9 ℃)降低了5.8 ℃，這是因?yàn)榛罨?、雙螺桿擠出工藝破壞了橡膠粉的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得雙螺桿擠出膠粉改性瀝青中的黏性成分降低，彈性成分增多，因此高溫性能降低，對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，摻加RET可彌補(bǔ)雙螺桿擠出膠粉改性瀝青高溫性能的不足，摻加0.5%～1.5%RET后，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)大于普通橡膠瀝青，在RET摻量1.0%、1.5%和雙螺桿擠出膠粉摻量20%、30%復(fù)配方案下，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)達(dá)到了67.9～73.6 ℃，軟化點(diǎn)高于4.5%SBS改性瀝青。

c.5 ℃延度隨雙螺桿擠出膠粉摻量增大而增大，但隨RET摻量增大而減小，RET由0.5%增大至1.5%，在10%、20%、30%雙螺桿擠出膠粉摻量下，復(fù)合改性瀝青的針入度分別增大了4.7%、5.3%、4.4%，雙螺桿擠出膠粉摻量由10%增大至30%，在0.5%、1.0%、1.5%RET摻量下，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的針入度分別增大了13.9%、13.1%、13.6%，摻加雙螺桿擠出膠粉顯著提高了TECRM/RET復(fù)合改性瀝青低溫延展性，而摻加RET會(huì)對(duì)TECRM/RET復(fù)合改性瀝青低溫抗裂性能有負(fù)面影響。雙螺桿擠出膠粉改性瀝青的延度為普通橡膠瀝青的3.02倍，在雙螺桿擠出膠粉摻量達(dá)到20%、30%后，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青延度大于30 cm，可見摻加雙螺桿擠出膠粉能夠彌補(bǔ)RET改性劑對(duì)瀝青低溫性能的負(fù)面影響，摻加20%、30%雙螺桿擠出膠粉與0.5%～1.5%RET復(fù)合改性劑后，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青延度大于SBS改性瀝青，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青具有優(yōu)良的低溫性能。

d.25 ℃彈性恢復(fù)率隨雙螺桿擠出膠粉和RET摻量增大而增大，RET由0.5%增大至1.5%，在10%、20%、30%雙螺桿擠出膠粉摻量下，復(fù)合改性瀝青的針入度分別降低了24.4%、19.9%、19.4%，雙螺桿擠出膠粉摻量由10%增大至30%，在0.5%、1.0%、1.5%RET摻量下，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的針入度分別增大了41%、42.9%、44.6%，相比而言，摻加雙螺桿擠出膠粉對(duì)TECRM/RET復(fù)合改性瀝青彈性恢復(fù)性能改善效果更加顯著，在螺桿擠出膠粉摻量達(dá)到20%、30%后，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青彈性恢復(fù)率基本達(dá)到90%，螺桿擠出膠粉改性瀝青彈性恢復(fù)率大于普通橡膠瀝青，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青彈性恢復(fù)率遠(yuǎn)大于SBS改性瀝青和RET改性瀝青。彈性恢復(fù)率是表征瀝青抵抗塑性變形性能和破壞后自愈合能力，橡膠粉本身是一種優(yōu)良的彈性材料，將螺桿擠出膠粉對(duì)于RET復(fù)配能夠減小瀝青在荷載作用后的殘余變形。

e.135 ℃運(yùn)動(dòng)粘度隨雙螺桿擠出膠粉和RET摻量增大而增大，RET由0.5%增大至1.5%，在10%、20%、30%雙螺桿擠出膠粉摻量下，復(fù)合改性瀝青的針入度分別降低了9.8%、8.6%、9.5%，雙螺桿擠出膠粉摻量由10%增大至30%，在0.5%、1.0%、1.5%RET摻量下，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的針入度分別增大了21.1%、20.3%、20.9%。普通橡膠瀝青的135 ℃運(yùn)動(dòng)粘度達(dá)到了6.62 Pa·s，而雙螺桿擠出膠粉改性瀝青的135 ℃運(yùn)動(dòng)粘度2.35 Pa·s，這是因?yàn)榛罨碗p螺桿擠出破壞了橡膠粉交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和分子主鏈，橡膠粉的降解度和脫硫程度較高，從而粘度降低，135 ℃運(yùn)動(dòng)粘度是表征瀝青施工難易程度和質(zhì)量控制的重要指標(biāo)，135 ℃運(yùn)動(dòng)粘度越大，瀝青混合料的施工和易性越差，施工難度越大，因此雙螺桿擠出膠粉改性瀝青比普通橡膠瀝青有更好的施工和易性，在10%、20%、30%雙螺桿擠出膠粉和0.5%、1.0%、1.5%RET復(fù)配方案下，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的運(yùn)動(dòng)粘度與4.5%SBS改性瀝青相差不大，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青具有良好的施工性能。

f.離析軟化點(diǎn)差隨著雙螺桿擠出膠粉摻量增大而增大，隨RET摻量增大而降低，增大RET能夠提高雙螺桿擠出膠粉分散均勻性。普通橡膠瀝青的軟化點(diǎn)差達(dá)到了5.6 ℃，而雙螺桿擠出膠粉改性瀝青的離析軟化點(diǎn)差僅為2.2 ℃，采用活化、雙螺桿擠出工藝顯著提高了橡膠粉與基質(zhì)瀝青的相容性，在RET達(dá)到1.0%、1.5%時(shí)TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的離析軟化點(diǎn)差基本滿足JTG F40-2004規(guī)范小于3.0 ℃要求，在雙螺桿擠出膠粉摻量較大時(shí)，可通過(guò)提高RET摻量，來(lái)改善TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的貯存穩(wěn)定性。

綜上可知，隨著雙螺桿擠出膠粉和RET摻量增大，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的軟化點(diǎn)、黏度、彈性恢復(fù)性能提高，增大雙螺桿擠出膠粉能顯著改善TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的低溫性能，RET改性劑顯著提高了TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的高溫性能和熱貯存穩(wěn)定性。雙螺桿擠出膠粉與RET復(fù)合改性瀝青是一種高低溫性能和施工和易性能兼顧的改性瀝青產(chǎn)品，以滿足表2 JTG F40-2004聚合物改性瀝青(I-D)和橡膠改性瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為約束條件，即135 ℃黏度小于3.5 Pa·s、軟化點(diǎn)大于65 ℃、25 ℃針入度40～60(0.1 mm)、25 ℃彈性恢復(fù)率大于80%、離析軟化點(diǎn)差小于3.0 ℃，推薦用于TECRM/RET復(fù)合改性瀝青適宜的雙螺桿擠出膠粉摻量為20%～30%、RET摻量為1.0%～1.5%。

表2 聚合物改性瀝青(I-D)和橡膠改性瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)Table2 Technicalstandardsofpolymermodifiedasphalt(I-D)andrubberasphalt項(xiàng)目135℃運(yùn)動(dòng)黏度/(Pa·s)軟化點(diǎn)/℃25℃針入度/(0.1mm)5℃延度/cm彈性恢復(fù)率/%離析軟化點(diǎn)差聚合物改性瀝青(I-D)標(biāo)準(zhǔn)≤3≥6030～60≥20≥75≥2.5橡膠瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2～3.5≥6540～60≥20≥80≤3.0

2.2 針入度指標(biāo)體系性能

采用彎曲梁流變?cè)囼?yàn)(BBR)和動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)(DSR)評(píng)價(jià)雙螺桿擠出膠粉與RET復(fù)合改性瀝青的流變特性，BBR試驗(yàn)和DSR試驗(yàn)嚴(yán)格按照J(rèn)TG E20-2011試驗(yàn)規(guī)程T0627-2011、T0628-2011進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3可知:

①抗車轍因子越大，瀝青膠結(jié)料抵抗高溫永久變形性能就越好，相同試驗(yàn)溫度下，雙螺桿擠出膠粉改性瀝青的抗車轍因子小于普通橡膠瀝青，這是因?yàn)榛罨㈦p螺桿擠出工藝提高了橡膠粉的溶解度，脫硫降解后橡膠粉內(nèi)部大分子鏈和交聯(lián)結(jié)構(gòu)被破壞，使得雙螺桿擠出膠粉改性瀝青中的黏性成分增大、彈性成分降低，不可恢復(fù)變形增大，從而高溫性能降低。1.5%RET改性瀝青的抗車轍因子大于SBS改性瀝青，隨著雙螺桿擠出膠粉摻量和RET摻量增大，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的抗車轍因子不斷增大，相比而言，增大RET對(duì)TECRM/RET復(fù)合改性瀝青抗車轍因子改善效果要比雙螺桿擠出膠粉更加顯著。相同RET摻量，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青抗車轍因子大于RET改性瀝青，表明RET和雙螺桿擠出膠粉對(duì)TECRM/RET復(fù)合改性瀝青高溫性能的改善效果有一定疊加作用。根據(jù)Superpave瀝青膠結(jié)料高溫PG等級(jí)技術(shù)要求(ASTM D6373)，動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)抗車轍因子G*/sinδ大于1.0 kPa，且RTFOT老化后抗車轍因子G*/sinδ大于2.2 kPa，RET摻量為1.5%或雙螺桿擠出膠粉摻量為30%，20%雙螺桿擠出膠粉+1.5%RET、30%雙螺桿擠出膠粉+1.0%RET、30%雙螺桿擠出膠粉+1.5%RET復(fù)配方案下，3種TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的高溫PG分級(jí)都達(dá)到了82 ℃。

b.在-12 ℃條件下，所有TECRM/RET復(fù)合改性瀝青都滿足Superpave瀝青膠結(jié)料低溫彎曲梁流變?cè)囼?yàn)勁度模量S≤300 MPa，同時(shí)蠕變斜率m≥0.3的PG低溫等級(jí)技術(shù)要求(ASTM D6373)，

表3 DSR和BBR試驗(yàn)結(jié)果Table3 DSRandBBRtestresults活化膠粉/%RET/%DSR試驗(yàn)抗車轍因子BBR試驗(yàn)勁度模量與蠕變斜率試驗(yàn)溫度/℃原樣瀝青/kPaRTFOT/kPa試驗(yàn)溫度/℃蠕變勁度S/MPa蠕變斜率703.125.12-12980.447201.0761.542.73-181880.361820.771.94-242890.324706.3410.56-121140.417201.5763.746.65-182560.331821.893.45-243150.294705.327.75-12730.497301.0762.563.71-181410.435821.342.31-242390.362707.5511.65-12870.474301.5764.536.67-181670.416822.573.84-242790.325703.786.65-121760.39720%普通橡膠瀝青761.733.64-182870.327820.841.82-244410.267702.174.04-12790.48720%活化膠粉瀝青760.842.54-181580.421820.241.14-242490.342705.259.34-122850.3131.5%RET改性瀝青762.955.23-185680.126821.563.15-24——706.138.45-1293.40.4244.5%SBS改性瀝青763.234.63-182260.335821.812.42-243670.289

在雙螺桿擠出膠粉摻量達(dá)到30%后，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青滿足ASTM D6373規(guī)范-24 ℃低溫PG分級(jí)要求。相同試驗(yàn)溫度，隨著RET摻量增大，蠕變斜率減小，同時(shí)勁度模量顯著增大，與針入度體系性能試驗(yàn)結(jié)果相類似，摻加RET對(duì)TECRM/RET復(fù)合改性瀝青低溫性能有劣化影響，摻加較多雙螺桿擠出膠粉能夠彌補(bǔ)RET改性劑對(duì)瀝青低溫性能的負(fù)面影響，4種TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的應(yīng)力松弛性能及低溫柔性較SBS改性瀝青不同程度改善提升，其中，30%雙螺桿擠出膠粉+1.0%RET配方的TECRM/RET復(fù)合改性瀝青尤為突出。相比RET、普通橡膠瀝青和SBS改性瀝青，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青有較小的勁度模量和較大的蠕變斜率，表明TECRM/RET復(fù)合改性瀝青低溫延展性和釋放荷載性能最優(yōu)，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青具有更好的低溫抗裂性能。

3 雙螺桿擠出膠粉與RET復(fù)合改性瀝青混合料路用性能

集料采用石灰?guī)r碎石和石灰?guī)r機(jī)制砂，礦粉由石灰?guī)r磨制而成，試驗(yàn)采用AC-13礦料級(jí)配值。路用性能試驗(yàn)采用，30%雙螺桿擠出膠粉+1.0%RET、20%雙螺桿擠出膠粉+1.5%RET 2種TECRM/RET復(fù)合改性瀝青，對(duì)照組采用SBS改性瀝青、普通橡膠瀝青，按最緊密嵌擠狀態(tài)確定最佳油石比，最佳油石比及馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果見表4。在與SBS改性瀝青混合料相同拌和壓實(shí)溫度條件下，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青混合料空隙率滿足JTG F40-2004規(guī)范要求，而普通橡膠瀝青拌和壓實(shí)溫度比SBS改性瀝青混合料高10 ℃以上，才能滿足空隙率要求，可見采用活化、雙螺桿擠出工藝顯著提高了雙螺桿擠出膠粉改性瀝青混合料的施工和易性，這與運(yùn)動(dòng)粘度試驗(yàn)結(jié)果相一致。TECRM/RET復(fù)合改性瀝青混合料最佳瀝青用量?jī)H比SBS改性瀝青混合料提高了0.2%、0.3%，同時(shí)馬歇爾穩(wěn)定度提高約1 kN。

表4 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Table4 Marshalltestresults改性瀝青膠結(jié)料類型瀝青用量/%馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果馬歇爾穩(wěn)定度/kN空隙率/%30%雙螺桿擠出膠粉+1.0%RET5.012.563.920%雙螺桿擠出膠粉+1.5%RET5.112.954.020%普通橡膠瀝青6.210.54.220%活化膠粉瀝青5.39.73.6SBS改性瀝青4.811.83.9

在表4最佳瀝青用量條件下，按照J(rèn)TG F40-2004和JTG E20-2011成型標(biāo)準(zhǔn)試件并進(jìn)行瀝青混合料三大路用性能試驗(yàn)和四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 路用性能試驗(yàn)結(jié)果Table5 Roadperformancetestresults改性瀝青膠結(jié)料類型車轍試驗(yàn)低溫彎曲試驗(yàn)水穩(wěn)定性試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度(次·mm-1)彎曲應(yīng)變/με凍融劈裂強(qiáng)度比/%馬歇爾殘留穩(wěn)定度比/%30%TECRM+1.0%RET5637504196.898.820%TECRM+1.5%RET6753464895.797.920%普通橡膠瀝青3722345289.692.720%活化膠粉瀝青2128564794.895.8SBS改性瀝青4658376993.894.9

由表5可以看出，20%雙螺桿擠出膠粉改性瀝青動(dòng)穩(wěn)定度不滿足JTG F40-2004改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度大于3 000次/mm規(guī)范要求，相比未摻加RET的雙螺桿擠出膠粉改性瀝青混合料，摻加1.5%RET 后，20% TECRM+1.5%RET 改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定提高了2.17倍，但最大彎曲應(yīng)變降低了21.5%，RET顯著改善了雙螺桿擠出膠粉改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。30%雙螺桿擠出膠粉+1.0%RET、20%雙螺桿擠出膠粉+1.5%RET 2種TECRM/RET復(fù)合改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到了5 637、6 753次/mm，低溫彎曲應(yīng)變達(dá)到了5041、4 648 με，相比SBS改性瀝青混合料，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青混合料有突出的高低溫性能優(yōu)勢(shì)。TECRM/RET復(fù)合改性瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比和浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度比也略大于SBS改性瀝青混合料，具有優(yōu)良的水穩(wěn)定度。

4 實(shí)體工程運(yùn)用

充分考慮實(shí)際工程氣候條件、交通量等級(jí)和工程經(jīng)濟(jì)原則，實(shí)體工程采用濕法改性工藝生產(chǎn)TECRM/RET復(fù)合改性瀝青，TECRM/RET復(fù)合改性劑主要配方為20%雙螺桿擠出膠粉+1.5%RET，將TECRM/RET復(fù)合改性瀝青混合料應(yīng)用于陜西某高速公路改擴(kuò)建工程表面層AC-13C，鋪筑長(zhǎng)度為1 000 km?，F(xiàn)場(chǎng)瀝青罐提取成品TECRM/RET復(fù)合改性瀝青，經(jīng)檢測(cè)瀝青針入度指標(biāo)如表6所示，由表6可見，濕法改性TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的針入度指標(biāo)性能與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果差別不大，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。室內(nèi)生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段AC-13C復(fù)合改性瀝青混合料性能試驗(yàn)結(jié)果見表7，由表7可見，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的各項(xiàng)馬歇爾體積指標(biāo)和路用性能均滿足JTG D50-2017規(guī)范要求，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青有突出的高低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，綜合路用性能優(yōu)良。2019年4月份對(duì)試驗(yàn)段TECRM/RET復(fù)合改性瀝青混凝土的使用狀況進(jìn)行了全面檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)使用2 a后的20%雙螺桿擠出膠粉+1.5%RET復(fù)合改性瀝青混凝土試驗(yàn)段幾乎沒有出現(xiàn)車轍、松散、疲勞開裂等結(jié)構(gòu)性損害，試驗(yàn)段取得了良好使用效果，這也證明TECRM/RET復(fù)合改性劑值得推廣應(yīng)用，研究成果為TECRM/RET復(fù)合改性瀝青推廣應(yīng)用提供借鑒。

表6 TECRM/RET復(fù)合改性瀝青指標(biāo)匯總Table6 SummaryofTECRM/RETcompositemodifiedasphaltindex評(píng)價(jià)指標(biāo)針入度/(0.1mm)軟化點(diǎn)/℃5℃延度軟化點(diǎn)差/℃彈性恢復(fù)率/%試驗(yàn)結(jié)果4583.524.52.191.9指標(biāo)要求40～60>65>20<3>80

表7 TECRM/RET復(fù)合改性瀝青混合料性能Table7 TECRM/RETcompositemodifiedasphaltmixtureperformance試驗(yàn)項(xiàng)目馬歇爾密度/(g·cm-3)馬歇爾穩(wěn)定度MS/kN空隙率VV/%礦料間隙率VMA/%瀝青飽和度VFA/%馬歇爾殘留穩(wěn)定度MS0/%凍融劈裂強(qiáng)度比TSR/%車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度/(次·mm-1)最大彎曲應(yīng)變/με滲水系數(shù)/(ml·min-1)檢測(cè)結(jié)果2.46714.53.9713.970.999.497.55993467926規(guī)范要求—>83～6≥1360～75>85>80>3000>2800<120

5 結(jié)論

a.隨著雙螺桿擠出膠粉和RET摻量增大，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的軟化點(diǎn)、黏度、彈性恢復(fù)性能提高，增大雙螺桿擠出膠粉能顯著改善TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的低溫性能，RET改性劑顯著提高了TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的高溫性能和熱貯存穩(wěn)定性。推薦用于TECRM/RET復(fù)合改性瀝青適宜的雙螺桿擠出膠粉摻量為20%～30%、RET摻量為1.0%～1.5%。在此復(fù)配方案下，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的135 ℃黏度小于3.5 Pa·s、軟化點(diǎn)大于65 ℃、25 ℃針入度40～60(0.1 mm)、25 ℃彈性恢復(fù)率大于80%、離析軟化點(diǎn)差小于3.0 ℃，雙螺桿擠出膠粉與RET復(fù)合改性瀝青是一種高低溫性能和施工和易性能兼顧的改性瀝青產(chǎn)品。

b.雙螺桿擠出膠粉改性瀝青避免了普通橡膠瀝青粘度大、易離析等弊端，將RET與雙螺桿擠出膠粉進(jìn)行復(fù)配可顯著改善瀝青的高低溫性能，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青的高低溫PG分級(jí)達(dá)到了82 ℃和-24 ℃，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青是一種高低溫性能兼顧的改性瀝青產(chǎn)品，適合于工廠化或者現(xiàn)場(chǎng)加工使用。

c.30%雙螺桿擠出膠粉+1.0%RET、20%雙螺桿擠出膠粉+1.5%RET 2種TECRM/RET復(fù)合改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到了5 637、6 753次/mm，低溫彎曲應(yīng)變達(dá)到了5 041、4 648 με，相比SBS改性瀝青混合料，TECRM/RET復(fù)合改性瀝青混合料有突出的高低溫性能和水穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)。

d.實(shí)體工程運(yùn)用中TECRM/RET復(fù)合改性瀝青混凝土路面服役2 a后沒有明顯的車轍、松散、疲勞開裂等結(jié)構(gòu)性損害，該研究成果為脫硫膠粉的推廣應(yīng)用提供借鑒。