抗車轍劑－膠粉復(fù)合改性瀝青的高溫性能應(yīng)用研究

劉清波

（中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030000）

膠粉改性瀝青擁有較好的路用性能，已越來越多地被應(yīng)用于高速公路瀝青路面的上面層。在膠粉改性瀝青的工程應(yīng)用中，曾出現(xiàn)過材料共混性較差、黏度較大等技術(shù)性難題，但隨著脫硫膠粉代替普通膠粉的出現(xiàn)，以上問題得到逐步改善[1]。經(jīng)脫硫處理的膠粉，其與瀝青相容性較好，摻量更大，經(jīng)濟價值更高。但脫硫膠粉制備的膠粉改性瀝青高溫性能相對SBS改性瀝青較差[2]，也使得膠粉改性瀝青在推廣應(yīng)用中遇到一些障礙。

抗車轍劑是一種高性價比的瀝青改性劑，對改善高溫性能尤為明顯[3]。本文將抗車轍劑加入到膠粉改性瀝青，制得抗車轍劑-膠粉復(fù)合改性瀝青（簡稱AR-PR瀝青），與其他兩種改性瀝青進行高溫性能的比對測試研究，并進行試驗路的鋪筑，為膠粉改性瀝青的推廣和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 復(fù)合改性瀝青高溫性能試驗

1.1 原材料

基質(zhì)瀝青選用中海70#石油瀝青，具體性能指標見表1。SBS選用中石油SBS獨山子T6302，脫硫膠粉選用山西省汾陽市演武鎮(zhèn)龍騰膠粉加工廠生產(chǎn)的30目脫硫膠粉，抗車轍劑選用山西省交通科技研發(fā)有限公司生產(chǎn)的優(yōu)級抗車轍劑。石灰石及礦粉均選自山西省文水縣，其級配滿足AC-13瀝青混合料要求。

表1 基質(zhì)瀝青性能指標

1.2 改性瀝青制備方案

SBS改性瀝青采用SBS和基質(zhì)瀝青進行濕法工藝加工，SBS摻加量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量比的4%。膠粉復(fù)合改性瀝青采用濕法工藝加工，具體方案為加熱基質(zhì)瀝青至180℃后將其放入MAT三聯(lián)瀝青加工設(shè)備，按照質(zhì)量比為25%內(nèi)摻加入膠粉，啟動MAT螺旋混合推進器，在300 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌30 min，將瀝青打入膠體磨，研磨兩遍后打入改性瀝青儲罐發(fā)育30 min，經(jīng)靜置發(fā)育氣泡消失，得到膠粉改性瀝青。AR-PR瀝青則是在膠粉改性瀝青的基礎(chǔ)之上再次加入膠粉改性瀝青質(zhì)量比為5%的抗車轍劑，于180℃，500r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌10min，得到AR-PR瀝青。

1.3 試驗方案

為更好比對AR-PR瀝青與SBS改性瀝青、膠粉改性瀝青的高溫性能應(yīng)用效果，按照標準試驗規(guī)程對瀝青及其混合料進行主要指標的測試[4]。同時，采用動態(tài)剪切流變儀從微觀角度上測試車轍因子，測試參數(shù)為：應(yīng)變值10%，轉(zhuǎn)速10 rad/s，加熱溫度區(qū)間60℃～80℃。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 路用性能分析

按照試驗規(guī)程，對SBS改性瀝青、膠粉改性瀝青、AR-PR瀝青在相同的試驗環(huán)境下分別進行了瀝青三大指標、彈性恢復(fù)以及薄膜老化試驗，測試結(jié)果見第109頁表2。

表2 改性瀝青主要技術(shù)指標測試結(jié)果

對比3種改性瀝青的性能指標，可以看出，在老化前，AR-PR瀝青的高溫穩(wěn)定性最好，其軟化點最高，針入度最小，瀝青整體表現(xiàn)出硬和黏的特質(zhì)，在高溫下變形度較小。AR-PR瀝青軟化點為74℃，針入度為20．5 cm。與膠粉改性瀝青相比，軟化點性能指標提升了28%，針入度性能指標降低了13%；與SBS改性瀝青相比，軟化點性能指標基本持平，針入度性能指標降低了19%。

在高溫敏感性和彈性恢復(fù)指標方面，AR-PR瀝青的黏性能夠應(yīng)用于不同的高溫氣候區(qū)間，針入度指數(shù)最高，其高溫敏感性較低，AR-PR瀝青其彈性恢復(fù)達到了94%，對比膠粉改性瀝青提升了7%。AR-PR瀝青總體性能指標較適用于重載交通的需求。

在瀝青老化性能方面，AR-PR瀝青的殘留延度比、殘留針入度比和質(zhì)量損失率3個指標上表現(xiàn)出很好的趨勢性，質(zhì)量損失率最小，針入度比和延度比損失最小，均證明了AR-PR瀝青優(yōu)秀的抗老化能力。由于膠粉與瀝青在加熱狀態(tài)下是通過溶脹交聯(lián)的形式進行反應(yīng)，在老化后會存在離析的情況，抗車轍劑的加入提升了膠粉顆粒與瀝青的相容性、相連性。膠粉改性瀝青的老化性能雖較SBS有下降，但在抗車轍劑加入后，AR-PR瀝青的抗老化性能得到小幅提高。

2.2 高溫流變性能分析

瀝青在高溫下具有較好的黏彈性，通過動態(tài)流變儀可對瀝青高溫流變性進行較好的分析和數(shù)據(jù)補充。且在美國SHRP計劃中，使用車轍因子G*/sinδ作為評價瀝青抵抗高溫變形的能力指標。車轍因子越高，流動變形越小，高溫性能越好[5]。

圖1是車轍因子的測試結(jié)果圖，由圖1可知，車轍因子隨著溫度的上升在逐漸降低，在溫度達到70℃后變化較小。在相同溫度下，AR-PR瀝青的車轍因子最高，在60℃時，AR-PR瀝青車轍因子是膠粉改性瀝青車轍因子的2．7倍?？管囖H劑對膠粉改性瀝青的抗車轍效果提升顯著，表明其流動變形越小，高溫性能更好。

圖1 不同溫度下的車轍因子測試結(jié)果

2.3 混合料高溫穩(wěn)定性

采用高溫抗車轍試驗為試驗?zāi)Ｐ?，對混合料高溫穩(wěn)定性進行評價。由于3種瀝青的黏度不同，分別取在最佳油石比條件下測試的3種改性瀝青的混凝土動穩(wěn)定度和車轍板深度，具體試驗結(jié)果見表3。

表3 車轍試驗測試結(jié)果

由表3知，SBS改性瀝青混合料的平均動穩(wěn)定度為3 543次/mm，性能指標滿足改性瀝青的動穩(wěn)定度要求，與膠粉改性瀝青平均動穩(wěn)定度3 256次/mm相比，其高溫穩(wěn)定性略高?？管囖H劑對于瀝青混凝土具有較好的抗高溫變形性，AR-PR瀝青混合料的平均動穩(wěn)定度最高，達到5 449次/mm，完全滿足重載交通環(huán)境下4 000次/mm的技術(shù)要求?？梢钥闯?，抗車轍劑加入后，改性瀝青的黏度得以提升，流動性下降，改性瀝青與石料的包裹力進一步提高，改性瀝青和石料之間黏結(jié)成為一個更為緊密的整體，其高溫下強度更高，更不易變形，提高了瀝青混凝土抵抗外界變形的能力。

3 試驗階段應(yīng)用效果評價

永永高速于2018年底通車，通車前選用膠粉改性瀝青和AR-PR瀝青在行車道相鄰位置分別鋪設(shè)了長度100 m的試驗段。通車3年來，該路段因交通載荷適中，施工質(zhì)量較高，路面整體未出現(xiàn)明顯病害。通過采用ARAN多功能道路檢測車對路面平整度進行檢測并結(jié)合路面鉆芯取樣的檢測方法對試驗段路面進行測試，兩處試驗段施工質(zhì)量合格，滿足質(zhì)量評定要求，具體檢測結(jié)果見表4。結(jié)合平整度指標，得知AR-PR瀝青試驗段平整度更高，耐久性更好，進一步證明AR-PR瀝青的高溫性能更優(yōu)，適用于重載交通的要求。

表4 試驗段檢測結(jié)果

4 結(jié)束語

抗車轍劑-膠粉復(fù)合改性瀝青不僅保留了脫硫橡膠瀝青較好的儲存穩(wěn)定性、低溫柔韌性和抗老化性能，同時還具備良好的高溫性能?？管囖H劑可有效提高膠粉改性瀝青的高溫穩(wěn)定性，也使其溫度敏感性得到有效控制。結(jié)合試驗段的應(yīng)用效果進一步證明，抗車轍劑-膠粉復(fù)合改性瀝青的高溫性能更優(yōu)，適用于重載交通的要求。