“白改黑”路面黏层沥青性能的试验研究

宣宝玺

（山西远方路桥（集团）有限责任公司，山西 大同 037006）

0 引言

随着我国经济的发展，路网交通不断完善，对路面的要求也逐渐提高。山西省在早期修建的水泥混凝土路面，存在行车舒适性差、噪声大等问题，交管部门决定对其加铺改造，采用加铺沥青混凝土改善水泥混凝土路面的功能特性。然而由于水泥混凝土和沥青混凝土材料的模量差异较大，这种复合式路面也存在一定的耐久性问题，比如车辙、层间破坏等[1-2]。层间破坏问题主要的原因由层间材料性能决定，黏层材料的特性对于复合式路面的耐久性具有直接的影响。层间材料主要包括涂膜、卷材、应力吸收层、应力吸收带等[3]。考虑经济适用性，洒布式黏层材料占有了一定的应用市场。为提高层间整体性能，本文将抗辙裂剂和胶粉作为改性剂制备复合改性沥青，并研究其基本性能及流变性，分析其在层间应用过程中的适用性，为“白改黑”路面的长寿命改造提供指导。

1 试验材料与方法

1.1 试验原材

1.1.1 基质沥青

本文所用的基质沥青为SK70号，由山西交科新材料有限公司提供。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的试验方法测试其三大指标，均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的要求。基质沥青性能指标如表1所示。

表1 基质沥青的基本指标

1.1.2 橡胶粉

选用的弹性改性剂为废旧橡胶粉，试验中40目的胶粉由四川中能橡胶粉有限责任公司提供，主要用于胶粉改性沥青、防水卷材、运动场等。其性能指标如表2所示。

表2 胶粉性能指标

1.1.3 抗辙裂剂

采用抗拉伸改性剂为PE型抗辙裂剂，由山西交科化工研究所提供。抗辙裂剂以高分子聚合物为主要材料，通过与增黏剂、助剂等复合制备而成，可提高沥青材料的抗拉裂性能。

表3 抗辙裂剂性能指标

1.2 黏层沥青制备

室内复合式黏层沥青的具体步骤如下：

a）将橡胶粉、抗辙裂剂在干燥箱内放置24 h以上，将基质沥青加热到105℃～110℃。

b）精确称量所需质量的抗辙裂剂，加入基质沥青中，采用剪切仪高速剪切，使其完全融合到沥青中。

c）精确称量所需质量的橡胶粉，加入到上述混合物中，采用剪切仪低速剪切，致使橡胶粉逐渐融入到沥青中，保持温度使橡胶溶胀。

d）手动搅拌，静置待用。

1.3 试验方法

1.3.1 沥青基本指标

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的条纹对黏层沥青的针入度、软化点、延度、黏度进行测试，评价两种添加剂对沥青基本性能的影响。

1.3.2 动态剪切流变试验

为评价黏层沥青流变性能的影响，采用动态剪切流变仪进行动态剪切流变试验对沥青高温性进行研究，评价高温环境下黏层沥青的软化特性。

1.3.3 黏结性能

将黏层材料洒布到预制的水泥混凝土板上，成型复合式路面试件，通过对复合式试件进行拉拔试验，对比评价黏层沥青的黏结性能[4]。

1.3.4 剪切性能

将黏层材料洒布到预制的水泥混凝土板上，成型复合式路面试件，通过45°斜向剪切试验，对比分析黏层沥青的抗剪切性能。

2 试验结果分析

2.1 基本性能

将测试的抗辙裂剂改性沥青和复合改性黏层沥青的基本性能指标进行汇总，绘制曲线图如图1～图6所示。

图1 抗辙裂剂改性沥青针入度

图2 抗辙裂剂改性沥青延度

图3 抗辙裂剂改性沥青软化点

从图1～图3可以看出，在基质沥青中添加抗辙裂剂，沥青的基本指标都发生了明显的变化。沥青的针入度降低，延度变小，软化点增大。分析得知，抗辙裂剂降低了沥青的温度敏感性，对沥青的延展性具有明显的提高作用。当抗辙裂剂掺量大于6%时，三大指标的变化都有减小的趋势。

考虑材料性能的变化规律结合经济性，后续试验过程中抗辙裂剂的掺量固定为6%。

图4 黏层沥青针入度

图5 黏层沥青延度

图6 黏层沥青软化点

通过图4～图6可得知，橡胶粉的添加明显地降低了沥青的针入度，并致使延展率降低，显著提高了黏层沥青的软化点。可看出，橡胶粉增加了沥青材料的韧性、黏性以及高温稳定性，而对材料的延伸性能有不利影响。结合图1～图6，将抗辙裂剂和橡胶粉添加到基质沥青中，增强了沥青材料的高温稳定性，低温延展性能，兼顾了材料的弹性和抗拉性能，可在“白改黑”路面层间发挥应有的作用。

2.2 流变性能

将流变性能测试结果进行汇总，评价分析两种添加剂对沥青高温流变性能的影响，不同材料沥青的动态剪切流变性能的影响试验结果如表4所示。

表4 流变参数测试结果

分析表4，抗辙裂剂和胶粉的添加均有效地提高了沥青的复数模量，黏层沥青高于抗辙裂改性沥青，大于基质沥青。多项研究表明，沥青材料的复数模量越大，其弹性越好，抵抗变形能力越强，而相位角则反映应变响应滞后应力的相位差。这表明，抗辙裂剂和胶粉有效地提高了高温下沥青的抗变形能力，并可有效延缓荷载作用下的应变过程。另一方面反映了材料在温变和荷载作用下的稳定性能的提升。

分析黏层材料的车辙因子可以发现，随着抗车辙剂和胶粉的添加，沥青材料的车辙因子明显增加。而车辙因子是材料抗永久变形能力的综合反映，也就说明了两种添加剂可提高沥青材料的抗永久变形能力。同时，两种添加剂的添加使得沥青侧PG分级由64提高到82，则黏层沥青可在更宽范围的环境温度下应用，均可发挥较好的效果。

2.3 流变性能

为评价黏层材料在施工过程中的施工特性，对路面“白改黑”过程的黏结性能进行测试，黏层沥青厚度控制在1 mm，进行拉拔和剪切性能测试，对其测试结果绘制柱状图，如图7所示。

从图7、图8可以看出，黏层沥青的拉拔强度和抗剪切性能明显高于抗裂改性沥青，高于基质沥青。因此，在路面“白改黑”过程中，可以更加有效地增加柔性铺装层和旧水泥混凝土的黏结性能，确保层间的有效结合，增加结构层的整体性能，对提高这种复合式路面的耐久性具有直接的作用。

图7 不同沥青拉拔性能

图8 不同沥青抗剪切性能

3 结论

本文将抗辙裂剂和胶粉作为改性剂，制备了适用于路面“白改黑”工程的黏层沥青，通过试验测试了黏层沥青的三大指标，借助流变学手段研究了黏层沥青的抗变形能力，并对其施工黏结性能进行了验证。主要结论如下：

a）抗辙裂剂降低了沥青的温度敏感性，对沥青的延展性具有明显的提高作用。而胶粉增加了沥青材料的韧性、黏性以及高温稳定性，而对材料的延伸性能有不利影响。

b）抗辙裂剂和胶粉有效地提高了高温下沥青的抗变形能力，可有效延缓荷载作用下的应变过程。并扩大了黏层沥青应用的环境范围。

c）黏层沥青具有较好的拉拔强度和抗剪切性能，可增加复合式路面的整体性能。