聚合物改性瀝青對溫拌再生瀝青混合料路用性能影響

焦江華

(洛陽華杰公路工程有限公司，河南洛陽471000）

道路瀝青路面使用到一定程度無法滿足正常交通需求時，一般會將面層銑刨重鋪，以及在道路改擴建時都會產生大量的舊路面層銑刨料（RAP），以往都是將RAP舊料到處堆積，不僅影響了環(huán)境，而且影響城市的市容面貌。為使RAP舊料能夠再次回收利用，人們開始關注熱拌再生混合料的研究，就是在舊料中加入一些再生劑改善再生混合料的使用性能，但考慮到熱拌混合料需要消耗大量燃料且污染環(huán)境。為倡導和構建綠色環(huán)保節(jié)約型社會，研究學者開始著眼于溫拌再生瀝青混合料的研究。但無論是熱拌還是溫拌再生，混合料的各方面性能都有限，無法長期滿足現(xiàn)代道路交通的需求，而且RAP舊料的摻量不宜過高，限制了舊料的利用率[1-3]。經過一些學者的試驗研究發(fā)現(xiàn)，通過在再生瀝青混合料中摻入改性瀝青的方法可以明顯提高再生混合料的各方面路用性能[4-5]。如屈文碩等人將溫拌劑、再生劑以及SBS改性劑等材料通過一定技術加入再生瀝青混合料中，研究了再生瀝青混合料的性能，結果發(fā)現(xiàn)，摻入改性復合再生劑后，不但降低了再生瀝青混合料的拌和溫度，而且提高了舊料RAP的利用率，并改善和提高了混合料的路用性能[6]。唐芳通過在Sasobit溫拌再生瀝青混合料中加入橡膠/木質素纖維復合改性瀝青研究了改性瀝青再生瀝青混合料的路用性能，結果表明橡膠/木質素纖維復合改性瀝青明顯改善了再生瀝青混合料的抗水損害、低溫抗裂性能以及抗疲勞性能[7]。

目前對于改性瀝青加入溫拌再生瀝青混合料的研究還比較少，本文通過將SBS和SBR兩種聚合物改性瀝青加入溫拌再生瀝青混合料中，研究聚合物改性瀝青對其再生混合料性能產生的影響，以期為溫拌再生瀝青混合料的進一步推廣應用提供參考。

1 原材料及混合料配合比設計

1.1 試驗原材料

試驗用到的舊瀝青路面材料（RAP）采用江西南昌某公路面層銑刨料，經過對RAP銑刨料的抽提和篩分發(fā)現(xiàn)原公路路面銑刨層為AC-16型級配，并得到了抽提篩分和原樣篩分結果，見表1。根據(jù)試驗規(guī)程采用阿布森法從瀝青混合料中回收瀝青得到舊瀝青的含量是4.5%，對提取的舊瀝青進行測試得到了各項技術指標性能試驗結果，見表2。

表1 回收料RAP篩分結果Table 1 RAP screening results of recycled materials

表2 回收料RAP中舊瀝青技術性能Table 2 Technical performance of old asphalt in RAP

分別采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）和丁苯橡膠（SBR）等兩種聚合物制備改性瀝青，其中制備改性瀝青用到的基質瀝青采用盤錦90號A級石油瀝青，其技術性能都滿足規(guī)范要求，見表3。聚合物SBS改性劑采用LG501型，SBR為1502型丁苯橡膠，均由山東某化工科技公司生產，兩種聚合物改性劑摻量根據(jù)廠家推薦分別取3%、4%和5%三種摻量，分別制備三種不同摻量改性劑的SBS改性瀝青和SBR改性瀝青。

表3 90號基質瀝青技術性能Table 3 Technical performance of 90# base asphalt

試驗中所用到的XT-W2型溫拌劑和XT-2型瀝青再生劑，都是由常州信拓路面改性材料有限公司提供，其中XT-W2型溫拌劑屬于一種改性蠟類固體溫拌劑，加入瀝青混合料中能夠有效降低拌和溫度15～30 ℃，其摻量為瀝青用量的0.5%。XT-2型瀝青再生劑加入舊瀝青后能夠大幅度提高舊瀝青的技術性能，通過試驗發(fā)現(xiàn)針入度和軟化點可恢復到瀝青原有的水平，而延度可至少恢復7成，XT-2型瀝青再生劑的用量是舊瀝青的10%。

添加的新集料采用玄武巖材質，填料選擇石灰?guī)r礦粉，經過對玄武巖新集料進行物理力學指標性能測試，其結果都滿足規(guī)范要求，具體見表4。

表4 玄武巖集料物理力學指標性能Table 4 Physical and mechanical properties of basalt aggregate

1.2 混合料配合比設計

結合原銑刨料面層級配為AC-16，本文在混合料試驗研究仍采用AC-16礦料級配，使銑刨料RAP和新集料混到一塊后的級配與AC-16級配中值相近，其中RAP摻量采用40%，合成后的級配設計見表5。

表5 AC-16合成級配設計表Table 5 AC-16 composite gradation design table

混合料拌和方式：首先將RAP舊料與按比例稱量好的再生劑在150～160 ℃條件下進行拌和40s，然后加入新集料接著拌和30s，隨后加入SBS改性瀝青或SBR改性瀝青，以及溫拌劑，拌和30s 后加入礦粉再攪拌30s即可完成。按照以上拌和方式制備馬歇爾試件確定混合料的最佳油石比，馬歇爾試驗結果見表6。

表6 馬歇爾試驗結果Table 6 Marshall test results

2 瀝青混合料性能試驗結果分析

2.1 高溫性能

研究表明，單軸貫入試驗結果與瀝青路面的實際受力情況吻合度較高，能夠很好地表征路面的高溫受力變形情況[8]。本文采用單軸貫入試驗對分別摻不同摻量（3%、4%、5%）的SBS改性瀝青、SBR改性瀝青的溫拌再生瀝青混合料進行高溫性能評價，采用旋轉壓實試驗機成型圓柱體試件，試驗溫度選擇60℃，加載速率采用1mm/min，取三組平行試件的試驗結果平均值作為最終結果，試驗結果見表7。

表7 單軸貫入試驗結果Table 7 Results of uniaxial penetration test

從表7可以看出，與加入基質瀝青相比，無論是加入SBS改性瀝青還是SBR改性瀝青后，溫再生瀝青混合料的抗剪強度均大幅度提高，5% SBS改性瀝青的效果最佳，其次是4% SBS，然后是4% SBR改性瀝青。單純從SBS或SBR方面看，抗剪強度隨著SBS改性劑摻量增加逐漸提高，隨著SBR摻量增加抗剪強度先提高后降低，整體來看，SBS改性瀝青比SBR改性瀝青的效果更顯著。說明加入SBS或SBR改性瀝青均可以改善和提高溫再生瀝青混合料的高溫抗剪切變形性能，SBS改性劑摻量5%、SBR摻量為4%時效果最佳。

2.2 低溫性能

本文采用彎曲蠕變試驗對不同改性瀝青的溫拌再生瀝青混合料的低溫性能進行試驗評價，首先室內成型一定尺寸的車轍板試件，然后用切割機切成尺寸為250mm×30mm×35mm的棱柱體，利用SYD-0728-1型蠕變試驗機進行試驗，試驗加載速率為50mm/min，試驗溫度選擇0℃，試驗結果見表8。

表8 彎曲蠕變試驗結果Table 8 Bending creep test results

從表8可以看出，兩種聚合物改性瀝青加入后溫再生瀝青混合料的低溫彎曲蠕變速率得到了有效的提高，其中4% SBR的效果最明顯。彎曲蠕變速率隨SBS或SBR改性劑摻量增加均呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，都是在SBS或SBR改性劑用量4%時低溫彎曲蠕變速率最大，但二者相比之下SBR改性瀝青的表現(xiàn)更加優(yōu)異。說明SBS和SBR兩種聚合物改性瀝青都明顯提高了溫再生瀝青混合料的低溫性能，且二者改性劑摻量分別為4%時最佳。

2.3 水穩(wěn)定性

研究表明，相比浸水馬歇爾試驗，凍融劈裂試驗結果更能符合瀝青路面的實際抗水損害狀況。因此，本文采用凍融劈裂試驗研究不同改性瀝青對溫拌再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能影響，試驗結果見表9。

表9 凍融劈裂試驗結果Table 9 Freeze thaw splitting test results

從表9可知，相較基質瀝青，摻加SBS改性瀝青與SBR改性瀝青，溫再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比均有明顯增加，同樣摻量下SBS改性瀝青的效果更明顯。溫再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比隨著SBS或SBR摻量的增加而逐漸增加。說明SBS改性瀝青或SBR改性瀝青能夠提高溫拌再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。

2.4 疲勞性能

采用UTM試驗機對分別摻加SBS改性瀝青、SBR改性瀝青的溫拌再生瀝青混合料進行四點彎曲疲勞試驗，以疲勞壽命評價不同摻量改性劑的SBS改性瀝青與SBR改性瀝青對溫再生瀝青混合料疲勞性能的影響。試驗時試件尺寸采用380mm×50mm×63.5mm，應變水平采用400με，試驗溫度15℃，加載頻率為5Hz，試驗結果見表10。

表10 四點彎曲疲勞試驗結果Table 10 Four point bending fatigue test results

從表10疲勞壽命數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，溫拌再生瀝青混合料的疲勞壽命次數(shù)大小分別為5%SBS＞4%SBS＞3%SBS＞5%SBR＞4%SBR＞3%SBR，可以看出加入SBS改性瀝青或SBR改性瀝青后的溫再生混合料的疲勞壽命次數(shù)都比基質瀝青要大得多，隨著SBS或SBR摻量的增加，溫拌再生瀝青混合料的疲勞壽命逐漸增加，且同樣條件下SBS改性瀝青的效果要顯著高于SBR改性瀝青。說明SBS改性瀝青和SBR改性瀝青都能明顯提高溫再生瀝青混合料的疲勞性能，且SBS改性瀝青的效果更佳。

3 結論

通過研究3%、4%和5%摻量的SBR改性瀝青、SBS改性瀝青分別對溫拌再生瀝青混合料路用性能的影響，主要得出以下結論：

（1）從單軸貫入試驗數(shù)據(jù)看出，加入SBS或SBR改性瀝青都能夠提升溫再生瀝青混合料的高溫性能，且5%SBS和4%SBR的效果最佳。

（2）從彎曲蠕變試驗結果來看，隨著SBS或SBR改性劑用量增加，彎曲蠕變速率都出現(xiàn)了先增加后降低趨勢，SBS改性瀝青和SBR改性瀝青都明顯改善了溫再生瀝青混合料的低溫性能，且兩種聚合物改性劑用量為4%時最佳。

（3）從凍融劈裂試驗結果可得，SBS改性瀝青或SBR改性瀝青都提高了溫拌再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，且隨著改性劑用量的增加效果更加明顯。

（4）從疲勞壽命數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，溫拌再生瀝青混合料的疲勞壽命次數(shù)大小分別為5%SBS＞4%SBS＞3%SBS＞5%SBR＞4%SBR＞3%SBR，SBS改性瀝青和SBR改性瀝青都顯著提高了溫再生瀝青混合料的疲勞性能，且SBS改性瀝青的效果更佳。