傅 珍 ，李 杰，穆 巖

（長(zhǎng)安大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710064）

0 引 言

用瀝青混合料鋪筑路面，高溫時(shí)面層易產(chǎn)生車轍，低溫時(shí)面層易產(chǎn)生開(kāi)裂，針對(duì)這一問(wèn)題，工程技術(shù)人員通常加入改性劑來(lái)改善瀝青混合料的路用性能。常見(jiàn)的改性劑有SBS（苯乙烯熱塑性彈性體）和SBR（丁苯橡膠），其中SBS因其能較好地改善瀝青混合料的高低溫性能進(jìn)而獲得廣泛應(yīng)用。隨著交通量的日益增加，復(fù)合改性劑應(yīng)運(yùn)而生，它一般是由2種或者2種以上不同改性劑混合而成，不同改性劑的性能能夠相互補(bǔ)充完善，因此在實(shí)際應(yīng)用中比單一改性劑更具有優(yōu)勢(shì)［1］。

趙佳蛾［2］在基質(zhì)瀝青中摻入不同比例的橡膠粉／SBS復(fù)合改性劑，將制備好的改性瀝青分別進(jìn)行DSR（動(dòng)態(tài)剪切模量試驗(yàn)）以及BBR（彎曲梁流變儀試驗(yàn)），發(fā)現(xiàn)4%膠粉與4%SBS復(fù)合改性瀝青的高溫抗車轍能力和低溫抗開(kāi)裂能力均較好。尹文軍［3］將納米級(jí)蒙脫土與SBS進(jìn)行復(fù)合改性，發(fā)現(xiàn)復(fù)合改性瀝青的殘留穩(wěn)定度提高，劈裂試驗(yàn)后的強(qiáng)度也較高；李亞非等［4］在基質(zhì)瀝青中加入廢舊橡膠粉和抗車轍劑，并與SBS改性瀝青的性能進(jìn)行比較，結(jié)果表明抗車轍劑和橡膠粉共混改性后的瀝青混合料表現(xiàn)出更好的抗車轍能力。

當(dāng)前有關(guān)復(fù)合改性的研究大部分是探究添加復(fù)合改性劑和添加單一改性劑對(duì)瀝青混合料道路使用性能的影響差異，而對(duì)于加入復(fù)合改性劑進(jìn)行改性的工藝探究較少。鑒于此，本文提出在工程實(shí)際應(yīng)用中制備抗車轍劑橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的工藝流程。

1 試驗(yàn)原材料

本試驗(yàn)采用的中海90＃瀝青、抗車轍劑及添加維他（TOR）連接劑［5］的新型橡膠粉材料的相關(guān)指標(biāo)如表1～3所示。

2 復(fù)合改性瀝青混合料的產(chǎn)生工藝

2.1 復(fù)合改性劑比例的確定

試驗(yàn)摻入不同比例的抗車轍劑與新型橡膠粉，抗車轍劑與新型橡膠粉的比例分別為1∶0.25、1∶1、1∶2及1∶3.75，并保證復(fù)合改性劑的總摻量不變（占混合料總質(zhì)量的1.5%）。試驗(yàn)采用的是間斷級(jí)配，如表4所示。添加不同比例改性劑進(jìn)而獲得復(fù)合改性瀝青，然后進(jìn)行高低溫性能試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表1 瀝青各項(xiàng)指標(biāo)

表2 抗車轍劑物理技術(shù)指標(biāo)

表3 新型橡膠粉物理技術(shù)指標(biāo)

表4 試驗(yàn)采用的級(jí)配

表5 四種比例混合料的高低溫試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，隨著復(fù)合改性劑中抗車轍劑的減少，混合料的高溫性能降低，低溫性能提高；4種不同摻量比例的復(fù)合改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度值均大于6 000次·mm－1，滿足規(guī)范要求；雖然改性劑摻量比例為1∶0.25時(shí)動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到16 500次·min－1，高溫性能最好，但是由于車轍劑摻入量較多，成本較高，應(yīng)考慮更加合適的摻入比例。

不同改性劑摻量比例下，瀝青混合料的破壞應(yīng)變和動(dòng)穩(wěn)定度如圖1所示，圖中a表示摻量比例，如抗車轍劑與新型橡膠粉的比例為1∶0.25，即a＝0.25。

圖1 四種不同摻量比例回歸分析

由圖1可知，a值不斷增加，瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度逐漸降低，破壞應(yīng)變逐漸提高。因此，為了得到抗車轍和抗開(kāi)裂能力均較好的瀝青混合料，應(yīng)該嚴(yán)格控制a值。當(dāng)a值處于3.5～4.0之間時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度均大于6 000次·mm－1，破壞應(yīng)變大于3 000με，但此時(shí)低溫性能改善不明顯，因此當(dāng)實(shí)際道路使用中若對(duì)混合料低溫性能有較高要求時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整a的取值。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和圖1回歸分析的結(jié)果，確定最佳的抗車轍劑和新型橡膠粉比例為1∶3.75至1∶4。

2.2 拌合溫度的確定

用黏溫曲線法確定壓實(shí)溫度和拌合溫度是比較常規(guī)的方法，然而該方法的前提條件是瀝青在較高溫度范圍內(nèi)處于牛頓流體狀態(tài)，但是改性瀝青在此溫度范內(nèi)不一定會(huì)表現(xiàn)出牛頓流體狀態(tài)，因此需要探究其他方法來(lái)確定拌合以及壓實(shí)溫度。

瀝青混合料拌合及壓實(shí)溫度受其體積參數(shù)［6－8］影響，因此可以采用毛體積密度來(lái)確定合適拌合、壓實(shí)溫度。本試驗(yàn)混合料級(jí)配如表4所示，復(fù)合改性劑摻量定為2%，其中改性劑比例定為1∶4，然后在160℃～180℃范圍內(nèi)以5℃為溫度間隔測(cè)定其毛體積密度，結(jié)果如表6所示，繪制毛體積密度隨溫度變化的關(guān)系曲線，如圖2所示。

表6 壓實(shí)溫度與毛體積密度的對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖2 毛體積密度變化曲線

由圖2可知，該曲線在167℃～168℃有極值，當(dāng)壓實(shí)溫度小于極值溫度時(shí)，隨著溫度的增加毛體積密度增大，之后開(kāi)始下降，近似成拋物線型。將毛體積密度在極值時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度定為壓實(shí)溫度，即抗車轍劑橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的壓實(shí)溫度為168℃，根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，拌合溫度應(yīng)該比壓實(shí)溫度高15℃，即183℃。為了后續(xù)數(shù)據(jù)處理的方便，本試驗(yàn)選擇復(fù)合改性瀝青混合料的壓實(shí)溫度為170℃，拌合溫度為185℃。在拌合的過(guò)程中，選擇瀝青的加熱溫度為160℃。此溫度低于抗車轍劑的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，因此可使抗車轍劑在高溫時(shí)為黏流態(tài)，進(jìn)而更好地與瀝青和集料作用。

綜上所述，90＃瀝青的加熱溫度為160℃，拌合均勻后壓實(shí)溫度控制在170℃，拌合溫度控制在185℃。

2.3 拌合以及悶料時(shí)間的確定

在拌合施工過(guò)程中，不僅要確定拌合溫度，還要確定拌合的次序和時(shí)間［9］。瀝青混合料拌合次序一般是：首先加入礦料預(yù)熱，然后加入加熱后的基質(zhì)瀝青拌合90s，再加入熱礦粉拌合90s。

本試驗(yàn)為了使摻入的復(fù)合改性劑與瀝青拌合完全，確定整個(gè)拌合順序和時(shí)間為：先摻入改性劑，而后添加瀝青，最后摻入礦粉，每次摻入后均拌合90s。

為了研究拌合完成后復(fù)合改性瀝青混合料的保溫時(shí)間對(duì)其路用性能的影響，分別控制悶料時(shí)間分別為0、30、60min。3種不同悶料時(shí)間下混合料的高低溫性能試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 不同悶料時(shí)間下混合料的高低溫性能試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，隨著悶料時(shí)間的增加，抗車轍劑橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的高低溫性能均得到顯著改善。當(dāng)悶料時(shí)間從0增加到30min時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度提高了10.1%，破壞應(yīng)變提高了29.5%；當(dāng)悶料時(shí)間由30min增加到60min時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度提高了1.18%，破壞應(yīng)變提高了4.1%?？梢钥闯?，適宜增加悶料時(shí)間可以顯著改善混合料的高低溫性能，但同時(shí)也會(huì)延長(zhǎng)總體的施工時(shí)間，因此悶料時(shí)間定為30min較為適宜。

2.4 最佳工藝

在前期準(zhǔn)備階段，礦料預(yù)熱溫度定為190℃，加熱瀝青時(shí)溫度設(shè)為160℃，最后拌合溫度設(shè)定為185℃。工藝流程為：先摻入改性劑，而后添加瀝青，最后摻入礦粉，每次摻入后均拌合90s，拌合均勻后壓實(shí)溫度設(shè)定為170℃，如圖3所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）對(duì)比不同改性劑摻量比例的瀝青混合料高低溫性能，確定抗車轍劑與橡膠粉最佳的比例為1∶3.75至1∶4。

圖3 工藝流程

（2）90＃瀝青的加熱溫度控制在160℃，拌合均勻后壓實(shí)溫度控制在170℃，拌合溫度設(shè)為185℃，礦料預(yù)熱溫度為190℃。

（3）確定拌合工藝為：摻改性劑拌合90s，添加瀝青再拌合90s，摻礦粉再拌合90s。通過(guò)對(duì)比不同悶料時(shí)間下的混合料路用性能，確定最佳悶料時(shí)間為30min。

綜上可以看出，抗車轍劑和橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的性能與摻入的復(fù)合改性劑的比例、拌合溫度、拌合時(shí)間、悶料時(shí)間均有關(guān)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選擇合適的改性工藝，確保獲得優(yōu)良的改性效果。