基于正交设计法的胶粉复合改性沥青性能试验研究

伏伟俐 吴正光 王胜 范钊

摘  要：针对橡胶沥青路面疲劳破坏频发的问题，研究胶粉、SBS和TLA掺量对沥青疲劳性能的影响，用直观分析法分析确定最优水平组合。结果表明，最优水平组合为14%的胶粉和2%的SBS（沥青重量比），此配比的胶粉复合改性沥青疲劳性能明显改善。

关键词：胶粉复合;正交试验;直观分析;疲劳因子

中图分类号：U414          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）07-0062-02

Abstract： In order to solve the problem of frequent fatigue failure of rubber asphalt pavement， the effects of rubber powder， SBS and TLA content on asphalt fatigue performance were studied， and the optimal level combination was determined by intuitionistic analysis. The results show that the fatigue properties of the modified asphalt are obviously improved when the optimum combination is 14% rubber powder and 2% SBS （asphalt weight ratio）.

Keywords： rubber powder compound; orthogonal test; intuitionistic analysis; fatigue factor

1 概述

隨着高速公路重载、渠化交通现象的日益突出，橡胶沥青路面疲劳裂缝和车辙在早期损坏中所占比例较大[1-3]。将SBS作为改性剂掺入橡胶沥青[4]中可以有效改善橡胶沥青的各项性能，湖沥青TLA有极强的环境适应性、超长的使用寿命以及较低的维护费用等优异性能，结合各自的特点，进行科学合理的掺量水平选择与设计，通过正交试验手段，确定胶粉、复合材料最佳水平掺量，研发大幅度提高橡胶沥青疲劳性能的新材料。

2 试验材料与方法

2.1 原材料

采用金陵70#道路石油沥青、中胶有限公司40目斜交胎胶粉、岳阳YH-791H改性剂SBS及特立尼达湖沥青TLA。

2.2 试验方法

2.2.1 复合改性沥青的制备

胶粉复合改性沥青制备工艺见图1。

2.2.2 正交试验设计

选择胶粉、SBS和TLA掺量作为影响因素，根据现有研究结果，当胶粉含量大于10%时才能对沥青的性能产生明显的效果，TLA作为一种改性剂，通常情况下掺量在沥青总量的20%左右，考虑TLA对施工和易性的影响，拟降低TLA的掺量。因此，本文选取的试验因素与水平表见表1。

3 试验结果分析

3.1 沥青抗疲劳性能试验

试验采用动态剪切流变仪测试不同温度下胶粉复合改性沥青的疲劳因子（G*sinδ），作为评价沥青疲劳性能的指标。试验结果见表2。

3.2 直观分析法

采用直观分析法研究各因素的敏感性影响程度[6]。具体内容见图2。

根据计算结果发现，影响疲劳因子的主次顺序为B>C>A，不同温度下的最优组合依次为A2B2C3、A3B2C3、A2B2C3;B均为主要因素，C为较次要因素，且均是B2C3，而A皆为次要因素。兼顾经济、环保、技术特性等方面，得出最佳水平组合为A2B2C3，即胶粉掺量为14%，SBS掺量为2%，TLA掺量为0。

4 胶粉复合改性沥青性能试验评价

按照图1制备改性沥青，进行性能试验[7]。根据试验结果可以看出，胶粉复合改性沥青的针入度为44（0.1mm），较橡胶沥青针入度40（0.1mm）得到改善;软化点为70℃，橡胶沥青67℃，明显提高;弹性恢复率为87%，比橡胶沥青（79%）略高，可有效减少和延缓沥青加铺层反射裂缝的发生，不同温度下疲劳因子明显降低。综上所述，A2B2C3水平组合即掺沥青总量14%的胶粉和2%的SBS制备的胶粉复合改性沥青变形恢复能力强，高温、低温和疲劳性能得以改善。

5 结束语

通过对胶粉复合改性沥青试验研究，得出以下结论：

（1）随温度的上升，胶粉复合改性沥青疲劳因子下降，影响疲劳因子的主次因素是SBS掺量>TLA掺量>胶粉掺量，并在SBS掺量为2%时疲劳性能最佳。

（2）采用正交试验对胶粉复合改性沥青的配比进行研究，大大减少了试验量。通过分析得到最佳组合：A2B2C3，即2%SBS+14%胶粉+0%TLA。

（3）与橡胶沥青相比，胶粉复合改性沥青具有较好的高温、低温性能，抗疲劳性能明显改善，延长沥青路面的使用寿命。

参考文献：

[1]Liao M C， Chen J S， Tsou K W. Fatigue Characteristics of Bitumen-Filler Mastics and Asphalt Mixtures[J]. Journal of Materials in Civil Engineering， 2012，24（7）：916-923.

[2]Wang M， Li L， Liang N， et al. Epithermal Aging Mechanism and Fatigue Properties of SBS Modified Asphalt[J]. Polymer Materials Science & Engineering， 2017，33（4）：76-80+86.

[3]郭朝阳，何兆益，曹阳.废胎胶粉改性沥青改性机理研究[J].中外公路，2008，28（2）：172-176.

[4]Pettinari M， Sangiorgi C， Simone A， et al. Fatigue resistance of Warm Mix Asphalt and Rubber Asphalt concrete with the Dissipated Energy Approach[C]// International Conference on Maintenance & Rehabilitation of Pavements & Technological Control， 2012.

[5]Guo Y C， Zhao B， Shen A Q， et al. Experimental Study on Performance of Rubber Asphalt Based on Orthogonal Design Method[J]. Journal of Highway & Transportation Research & Development， 2017.

[6]刘亮，姚海林，卢正，等.基于正交试验设计的十三聚铝[Al13]7+含量多因素优化试验研究[J].科学技术与工程，2017，17（29）.

[7]中华人民共和国交通运输部.公路工程沥青及沥青混合料试验规程：JTG E20-2011[S].北京：人民交通出版社，2011.