废旧胶粉与抗车辙剂双重改性沥青混合料性能研究

李亚非，李晓军，郭朝阳

（1.交通运输部科学研究院道路结构与材料研究中心，北京100029；2.呼和浩特至杀虎口高速公路建设管理办公室，内蒙古 呼和浩特010000）

0 引言

目前在工程中应用的改性沥青多为聚合物改性沥青。根据聚合物改性剂的不同，聚合物改性沥青可分为热塑橡胶类（SBS）、橡胶类（SBR、CR）和树脂类（PE、EVA）三类，SBS 改性沥青的高、低温性能均较好；SBR改性沥青的最大特点是低温性能得到明显改善；PE、EVA 类改性沥青的高温性能得到显著提高，其中尤以SBS改性沥青的应用最为广泛[1]。

为了获得与SBS改性沥青类似的性能，本文提出利用废旧橡胶和抗车辙剂双重改性沥青（以下简称双重改性沥青或沥青混合料）的方法。废旧胶粉能够增强沥青的黏性，改善其高温性能，同时在低温时对沥青又起到增塑增韧的作用，进而能够很好地改善沥青混合料的低温抗裂性能和水稳定性能，抗车辙剂和沥青混合料在高温环境下拌和时，可以和细集料相互黏结成团，在击实过程中填充在粗集料之间的缝隙成为密实的结构，从而显著提高沥青混合料的水稳定性和高温稳定性，同时对低温抗裂性能也有影响[2]。

1 原材料选择

1.1 废旧胶粉

试验采用广西交通科学研究院自产胶粉，加热减量为0.5%，丙酮抽出物含量为7%，橡胶烃含量为52%，炭黑含量为29%。

1.2 抗车辙剂

试验采用路孚8000 型抗车辙剂，抗车辙剂的熔点为120～140℃，密度为0.95～0.98g/m3，粒径为2～4mm，聚合物含量大于90%。

1.3 沥青

试验采用黑龙江长和化工股份有限公司生产的90 号A 级道路石油沥青和SBS 改性沥青，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）对沥青的各项指标进行测试[3]，并将检测结果与《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）对照，见表1、表2[4]。

表1 90号A级道路石油沥青性能检测结果

表2 SBS改性沥青性能检测结果

1.4 集料

本试验选用的石料为内蒙郭氏兄弟料场生产的石灰岩。按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）对所用集料的各项性能进行测试，其各项性能均能满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）要求。石料性能检测结果见表3。

表3 石料性能检测结果

2 配合比设计

2.1 矿料级配设计

由于改性沥青一般用于沥青路面的中上面层，本研究涉及的沥青混合料矿料级配均采用AC—20型，设计级配见表4。

表4 矿料设计级配

2.2 油石比

本试验采用马歇尔试验方法进行油石比设计，根据表4 中矿料配合比，选择3.4%、3.8%、4.2%、4.6%、5.0%五种不同的油石比，设计橡胶粉掺量与抗车辙剂的掺量均为沥青用量的2%，通过检测计算马歇尔试件的毛体积相对密度、理论最大相对密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度以及稳定度与流值，通过五指标法计算分析得出最佳油石比为4.3%，具体试验结果见表5。

表5 马歇尔试验结果

3 废旧胶粉与抗车辙剂双重改性沥青混合料路用性能分析

采用确定的矿料配合比和最佳油石比制备沥青混合料，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）规定的方法分别对SBS改性沥青混合料与双重改性沥青混合料进行车辙试验、低温弯曲小梁试验、冻融劈裂试验以及浸水马歇尔试验，依次对两种混合料的高温性能、低温性能、水稳定性能进行测试，并依照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）对测试结果进行评价。SBS改性沥青混合料与双重改性沥青混合料性能检测结果见表6。

检测结果

表6 SBS改性沥青混合料与双重改性沥青混合料性能

鉴于《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中沥青混合料性能技术标准与气候分区有直接关系[5]，为了满足各个气候分区的要求，表6中沥青混合料的技术标准均采用各项性能要求中的最高标准[6]。从表6 中可以看出，本试验中所采用的SBS改性沥青混合料与双重改性沥青混合料的高温性能均优于规范的最高标准，其中双重改性沥青混合料的动稳定度达到6 136（0.1mm/次），远超SBS改性沥青混合料的动稳定度4 519（0.1mm/次）与规范的最高标准2 800（0.1mm/次），说明双重改性沥青混合料的高温性能得到了大幅提升，抗车辙剂的作用得到了充分发挥；针对低温性能，双重改性沥青混合料的破坏应变为3 221（με），略高于规范的最高标准的3 000（με），低于SBS 改性沥青混合料的3 315（με），说明双重改性沥青混合料的低温性能得到了改善，与SBS改性沥青混合料相比，差距也并不明显，说明橡胶粉改善低温的性能得到了体现，同时该性能的提升并不妨碍抗车辙剂性能的发挥；针对水稳定性，本试验采用的SBS改性沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度与冻融劈裂残留强度比分别为84.5与79.3，均略低于规范要求的85 与80，说明并不是SBS 改性沥青的所有路用性能均可满足规范的要求，而双重改性沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度与冻融劈裂残留强度比分别为86.7 与81.6，均高于规范要求。这一点值得注意，因为就常规而言，沥青混合料的低温性能与水稳定性能是有一定正相关性，而本试验结果刚好相反，说明橡胶粉的加入提高了沥青的黏度，增强了沥青与石料的裹覆性，沥青混合料的水稳定性能与低温性能得到了提高，由于抗车辙剂的存在，沥青混合料的低温脆性增加，也就导致沥青混合料的低温性能提升幅度降低。

4 结语

沥青混合料在橡胶粉和抗车辙剂的共同作用下，其高温性能得到了显著提高，改性效果优于SBS；低温性能得到了改善，改性效果略低于SBS；水稳定性能得到了改善，改性效果略高于SBS。总体而言，双重改性沥青混合料的路用性能可满足规范的最高要求，且其高温性能显著。

[1] 沈金安.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治措施[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2] JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[3] JTG E20—2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[4] 曾志威. 掺抗车辙剂沥青混合料路用性能研究[D]. 西安：长安大学，2009.

[5] 赵景春.橡胶沥青混凝土在道路改造工程中的应用[J].中国高新技术企业，2011（4）：32-36

[6] 交通部公路科学研究院.橡胶沥青及混合料设计施工技术指南[M].北京：人民交通出版社，2008.