微波加热Superflex改性沥青及沥青混合料性能研究

陈锦，罗坤

（长沙理工大学交通运输工程学院，湖南　长沙　410004）

微波加热Superflex改性沥青及沥青混合料性能研究

陈锦，罗坤

（长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙410004）

考虑到传统的烘箱加热对高熔化点的Superflex改性沥青的结构和性能会产生不良影响，通过微波这种加热速度快、使物质自身发热、被加热物质能全方位均匀受热的加热方法来加热Superflex改性沥青，分析其对Superflex改性沥青及沥青混合料性能的影响，并与烘箱加热进行对比，结果表明采用微波加热的Superflex改性沥青及其沥青混合料的性能更好。

公路；Superflex改性沥青；微波加热；烘箱加热

沥青性能是沥青混合料路用性能好坏的关键。Superflex中含有天然屑粒状的橡胶，拥有高粘度、高软化点和高粘结性，拌和成的混合料具有抗车辙能力强、高温稳定性良好的优点。但Superflex粘度太高，必须和基质沥青配合才能使用。Superflex在常温状态下为黑色固态，进行加热处理后才能与加热后的基质沥青通过剪切进行混溶，提高二者的相容性。传统的加热方式一般为烘箱加热，而Superflex的熔点较高，加热至液态的时间较长，长时间的加热可能会使其老化，结构上受到一定破坏，降低与沥青的相容性。而且烘箱加热是由外而内，无法使Superflex均匀受热，外层加热时间大大长于内部，受到的影响更为严重。而微波是全方位均匀加热。为此，该文运用微波对Superflex进行加热，并与传统加热方法进行对比分析。

1　Superflex改性沥青性能指标分析

Superflex是一种高浓度的天然屑粒橡胶，具有很高的粘度，必须掺入基质沥青中进行混溶才能使用。试验采用70#基质沥青，Superflex掺量取为15％。分别将Superflex放入微波炉和烘箱中进行加热，加热温度均为190℃，达到液态时取出，取15％Superflex掺入已在120℃温度下加热至液态的70#基质沥青中，迅速进行人工快速搅拌再通过剪切制取改性沥青。为避免剪切速度和高温下长时间加热对二者相容的影响，采用5 000 r/min剪切速度，剪切时间为30 min，剪切温度为150～180℃。经微波加热制取的Superflex改性沥青的性能指标如表1所示，经烘箱加热制取的Superflex改性沥青的性能指标如表2所示，70#基质沥青的性能指标如表3所示。

表1　微波加热制取的Superflex改性沥青的性能指标

表2　烘箱加热制取的Superflex改性沥青的性能指标

为避免单次试验操作出现失误造成误差，进行3次完全独立的试验，每次试验取其均值作为最终结果。沥青三大性能指标试验结果如图1所示。

从图1可以看出：1）Superflex改性沥青的针入度呈现上升趋势，基质沥青的针入度最大，微波加热Superflex改性沥青的最小，烘箱加热的次之，说明基质沥青经改性后稠度明显变大。但微波加热和烘箱加热的差距不是很大，说明经微波加热后的Superflex改性沥青对针入度的敏感性并不强。2）软化点呈现递减趋势，微波加热Superflex改性沥青的软化点最大，基质沥青最小，递减幅度较大，说明经过Superflex改性后，沥青的高温性能得到很大提高。微波加热对沥青的高温性能有更大的增强作用。3）与烘箱加热相比，微波加热的Superflex改性沥青的延度增大幅度较大，说明微波加热使沥青的低温性能得到一定增强。

图1　沥青三大性能指标试验结果

从表1～3可以看出：添加Superflex后，沥青的运动粘度有一定提高，且向良性发展；沥青的弹性恢复明显提高，延度试验时发现添加Superflex的改性沥青拉伸断裂时断裂处较粗且整齐，说明Superflex中的天然屑粒橡胶起到了一定作用。微波的作用原理是使加热的物质自身作为发热体，全方位同时进行加热，且加热均匀不会破坏加热物质本身的结构，这样可使屑粒橡胶得到充分活化，活化程度比烘箱通过传导进行加热的好得多，因而经微波加热的Superflex改性沥青产生更强的改性效果。

2　Superflex改性沥青混合料配合比设计

Superflex改性沥青混合料试验采用沥青路面中常用的设计级配SMA-16。根据JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中沥青砼混合料矿料级配范围，为避免集料偏差对混合料的性能产生影响，并便于进行烘箱加热与微波加热Superflex改性沥青性能比较，采用规范要求的设计中值。粗集料采用在路用性能方面表现较好的玄武岩，细集料为石灰岩，矿粉的用量控制在10％。Superflex改性沥青混合料的级配设计如图2所示。

图2　Superflex改性沥青混合料的配合比

通过马歇尔试验，确定Superflex改性沥青混合料设计级配的油石比为6％。油石比为6％的马歇尔试验结果如表4所示，符合规范要求。

表4　Superflex改性沥青混合料的马歇尔试验结果

3　Superflex改性沥青混合料性能对比分析

3.1高温稳定性

沥青混合料的高温稳定性主要通过车辙试验来评价，在路用性能检测中是非常重要的一项指标。车辙试验通过检测沥青混合料试件在有限的时间内、规定的温度和试验轮接地压强条件下，在车轮的持续来回运动中所产生的永久变形，得到沥青混合料抵抗塑性流动变形的能力。为了实现Superflex改性沥青经微波加热和烘箱加热后的性能对比，设定车辙试验时间为1 h、温度为60℃、试验轮接地压强为（0.7±0.05）MPa；车辙试件为试验室标准试件，尺寸为300 mm×300 mm×50 mm；为减小试验误差，每种混合料均制作3个试件。试验结果如表5和图3所示。

表5　Superflex改性沥青混合料车辙试验结果

图3　Superflex改性沥青混合料车辙试验结果

由表5和图3可以看出：在70#基质沥青中添加Superflex改性沥青后，混合料的动稳定度显著提高。微波加热的Superflex制成的改性沥青混合料的动稳定度比烘箱加热的高900次/mm左右，说明微波加热Superflex改性沥青混合料的高温稳定性得到一定提高，明显优于传统的烘箱加热。

3.2水稳定性

在多雨季节，由于路面排水不及时导致路面长时间与水接触，沥青路面产生水损坏。按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求，通过浸水马歇尔试验（48 h）和冻融劈裂试验对微波加热和烘箱加热的Superflex改性沥青混合料的水稳定性进行分析，结果如表6～7所示。

从表6可以看出：添加Superflex后，沥青混合料的抗水损害能力明显提高。在同等条件下，由经微波加热的Superflex制成的改性沥青混合料的稳定度均比烘箱加热的大，残留稳定度也比烘箱加热的提高2％，说明经过48 h水损后，由微波加热的Superflex制成的改性沥青混合料具有更强大的抵抗破坏的能力，能承受更大的荷载，水稳定性较好。

从表7可以看出：添加Superflex后，沥青混合料未经过冻融和经过冻融循环后的劈裂抗拉强度都明显提高；经微波加热的Superflex改性沥青混合料的提高幅度更高，说明Superflex经微波加热后，对拌和成型的沥青混合料的水稳定性有一定加强，抵抗水损害的能力更好。

4　结语

该文考虑到加热原理的不同，对Superflex加热后的改性效果有一定影响，对比分析了微波加热和烘箱加热对Superflex的改性效果。结果表明：经微波加热的Superflex改性沥青的针入度有一定下降，表明其稠度增大；软化点和延度有明显提高，表明改性沥青的高温性能和低温性能都得到改善；旋转粘度有所增加，表明微波加热对运动粘度的影响向良性发展，弹性恢复的提高表明微波加热更能使由天然屑粒橡胶构成的Superflex改性沥青产生更好的改性效果。同时对比分析了经微波加热和烘箱加热的Superflex拌和成的改性沥青混合料的性能，结果显示经微波加热后拌和的混合料的高温稳定性和水稳定性都有一定提高，路用性能更好。

［1］沈金安.沥青及沥青混合料路用性能［M].北京：人民交通出版社，2001.

［2］周骊巍.沥青混合料水稳性研究［D].天津：河北工业大学，2005.

［3］沈金安.关于沥青混合料配合比设计确定最佳沥青用量的问题［J].公路，2001（11）.

［4］王敏，张东长.Superflex改性沥青抗水损害性能试验研究［J].山西建筑，2010，36（1）.

［5］JTG E20-2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S].

［6］钟智勇，杨和平.SMA沥青路面目标配合比设计［J].公路与汽运2006（4）.

［7］葛泽峰，薛永兵，苏深，等.废旧轮胎橡胶改性沥青的研究进展［J].公路与汽运，2014（5）.

［8］任志高.添加橡胶粉和水泥的改性沥青性能正交试验研究［J].公路与汽运，2015（2）.

［9］李波，李艳博，曹贵，等.废旧胶粉与SBS改性沥青及其混合料的路用性能对比研究［J].中外公路，2014，34 （1）.

［10］况栋梁，王志群，陈华鑫，等.复合再生剂对老化SBS改性沥青性能和结构的影响研究［J].中外公路， 2014，34（4）.

［11］康爱红，肖鹏，马爱群.微波辐射废胶粉改性沥青及混合料性能研究［J].公路，2007（2）.

［12］薛亮.微波加热沥青混合料技术性能研究［D].西安：长安大学，2007.

U416.217

A

1671-2668（2016）01-0101-03

2015-04-20