微波加熱Superflex改性瀝青及瀝青混合料性能研究

陳錦，羅坤

（長沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南　長沙　410004）

微波加熱Superflex改性瀝青及瀝青混合料性能研究

陳錦，羅坤

（長沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長沙410004）

考慮到傳統(tǒng)的烘箱加熱對高熔化點(diǎn)的Superflex改性瀝青的結(jié)構(gòu)和性能會產(chǎn)生不良影響，通過微波這種加熱速度快、使物質(zhì)自身發(fā)熱、被加熱物質(zhì)能全方位均勻受熱的加熱方法來加熱Superflex改性瀝青，分析其對Superflex改性瀝青及瀝青混合料性能的影響，并與烘箱加熱進(jìn)行對比，結(jié)果表明采用微波加熱的Superflex改性瀝青及其瀝青混合料的性能更好。

公路；Superflex改性瀝青；微波加熱；烘箱加熱

瀝青性能是瀝青混合料路用性能好壞的關(guān)鍵。Superflex中含有天然屑粒狀的橡膠，擁有高粘度、高軟化點(diǎn)和高粘結(jié)性，拌和成的混合料具有抗車轍能力強(qiáng)、高溫穩(wěn)定性良好的優(yōu)點(diǎn)。但Superflex粘度太高，必須和基質(zhì)瀝青配合才能使用。Superflex在常溫狀態(tài)下為黑色固態(tài)，進(jìn)行加熱處理后才能與加熱后的基質(zhì)瀝青通過剪切進(jìn)行混溶，提高二者的相容性。傳統(tǒng)的加熱方式一般為烘箱加熱，而Superflex的熔點(diǎn)較高，加熱至液態(tài)的時間較長，長時間的加熱可能會使其老化，結(jié)構(gòu)上受到一定破壞，降低與瀝青的相容性。而且烘箱加熱是由外而內(nèi)，無法使Superflex均勻受熱，外層加熱時間大大長于內(nèi)部，受到的影響更為嚴(yán)重。而微波是全方位均勻加熱。為此，該文運(yùn)用微波對Superflex進(jìn)行加熱，并與傳統(tǒng)加熱方法進(jìn)行對比分析。

1　Superflex改性瀝青性能指標(biāo)分析

Superflex是一種高濃度的天然屑粒橡膠，具有很高的粘度，必須摻入基質(zhì)瀝青中進(jìn)行混溶才能使用。試驗(yàn)采用70#基質(zhì)瀝青，Superflex摻量取為15％。分別將Superflex放入微波爐和烘箱中進(jìn)行加熱，加熱溫度均為190℃，達(dá)到液態(tài)時取出，取15％Superflex摻入已在120℃溫度下加熱至液態(tài)的70#基質(zhì)瀝青中，迅速進(jìn)行人工快速攪拌再通過剪切制取改性瀝青。為避免剪切速度和高溫下長時間加熱對二者相容的影響，采用5 000 r/min剪切速度，剪切時間為30 min，剪切溫度為150～180℃。經(jīng)微波加熱制取的Superflex改性瀝青的性能指標(biāo)如表1所示，經(jīng)烘箱加熱制取的Superflex改性瀝青的性能指標(biāo)如表2所示，70#基質(zhì)瀝青的性能指標(biāo)如表3所示。

表1　微波加熱制取的Superflex改性瀝青的性能指標(biāo)

表2　烘箱加熱制取的Superflex改性瀝青的性能指標(biāo)

為避免單次試驗(yàn)操作出現(xiàn)失誤造成誤差，進(jìn)行3次完全獨(dú)立的試驗(yàn)，每次試驗(yàn)取其均值作為最終結(jié)果。瀝青三大性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出：1）Superflex改性瀝青的針入度呈現(xiàn)上升趨勢，基質(zhì)瀝青的針入度最大，微波加熱Superflex改性瀝青的最小，烘箱加熱的次之，說明基質(zhì)瀝青經(jīng)改性后稠度明顯變大。但微波加熱和烘箱加熱的差距不是很大，說明經(jīng)微波加熱后的Superflex改性瀝青對針入度的敏感性并不強(qiáng)。2）軟化點(diǎn)呈現(xiàn)遞減趨勢，微波加熱Superflex改性瀝青的軟化點(diǎn)最大，基質(zhì)瀝青最小，遞減幅度較大，說明經(jīng)過Superflex改性后，瀝青的高溫性能得到很大提高。微波加熱對瀝青的高溫性能有更大的增強(qiáng)作用。3）與烘箱加熱相比，微波加熱的Superflex改性瀝青的延度增大幅度較大，說明微波加熱使瀝青的低溫性能得到一定增強(qiáng)。

圖1　瀝青三大性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

從表1～3可以看出：添加Superflex后，瀝青的運(yùn)動粘度有一定提高，且向良性發(fā)展；瀝青的彈性恢復(fù)明顯提高，延度試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)添加Superflex的改性瀝青拉伸斷裂時斷裂處較粗且整齊，說明Superflex中的天然屑粒橡膠起到了一定作用。微波的作用原理是使加熱的物質(zhì)自身作為發(fā)熱體，全方位同時進(jìn)行加熱，且加熱均勻不會破壞加熱物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)，這樣可使屑粒橡膠得到充分活化，活化程度比烘箱通過傳導(dǎo)進(jìn)行加熱的好得多，因而經(jīng)微波加熱的Superflex改性瀝青產(chǎn)生更強(qiáng)的改性效果。

2　Superflex改性瀝青混合料配合比設(shè)計

Superflex改性瀝青混合料試驗(yàn)采用瀝青路面中常用的設(shè)計級配SMA-16。根據(jù)JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中瀝青砼混合料礦料級配范圍，為避免集料偏差對混合料的性能產(chǎn)生影響，并便于進(jìn)行烘箱加熱與微波加熱Superflex改性瀝青性能比較，采用規(guī)范要求的設(shè)計中值。粗集料采用在路用性能方面表現(xiàn)較好的玄武巖，細(xì)集料為石灰?guī)r，礦粉的用量控制在10％。Superflex改性瀝青混合料的級配設(shè)計如圖2所示。

圖2　Superflex改性瀝青混合料的配合比

通過馬歇爾試驗(yàn)，確定Superflex改性瀝青混合料設(shè)計級配的油石比為6％。油石比為6％的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，符合規(guī)范要求。

表4　Superflex改性瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3　Superflex改性瀝青混合料性能對比分析

3.1高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性主要通過車轍試驗(yàn)來評價，在路用性能檢測中是非常重要的一項指標(biāo)。車轍試驗(yàn)通過檢測瀝青混合料試件在有限的時間內(nèi)、規(guī)定的溫度和試驗(yàn)輪接地壓強(qiáng)條件下，在車輪的持續(xù)來回運(yùn)動中所產(chǎn)生的永久變形，得到瀝青混合料抵抗塑性流動變形的能力。為了實(shí)現(xiàn)Superflex改性瀝青經(jīng)微波加熱和烘箱加熱后的性能對比，設(shè)定車轍試驗(yàn)時間為1 h、溫度為60℃、試驗(yàn)輪接地壓強(qiáng)為（0.7±0.05）MPa；車轍試件為試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)試件，尺寸為300 mm×300 mm×50 mm；為減小試驗(yàn)誤差，每種混合料均制作3個試件。試驗(yàn)結(jié)果如表5和圖3所示。

表5　Superflex改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖3　Superflex改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表5和圖3可以看出：在70#基質(zhì)瀝青中添加Superflex改性瀝青后，混合料的動穩(wěn)定度顯著提高。微波加熱的Superflex制成的改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度比烘箱加熱的高900次/mm左右，說明微波加熱Superflex改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性得到一定提高，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的烘箱加熱。

3.2水穩(wěn)定性

在多雨季節(jié)，由于路面排水不及時導(dǎo)致路面長時間與水接觸，瀝青路面產(chǎn)生水損壞。按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的要求，通過浸水馬歇爾試驗(yàn)（48 h）和凍融劈裂試驗(yàn)對微波加熱和烘箱加熱的Superflex改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行分析，結(jié)果如表6～7所示。

從表6可以看出：添加Superflex后，瀝青混合料的抗水損害能力明顯提高。在同等條件下，由經(jīng)微波加熱的Superflex制成的改性瀝青混合料的穩(wěn)定度均比烘箱加熱的大，殘留穩(wěn)定度也比烘箱加熱的提高2％，說明經(jīng)過48 h水損后，由微波加熱的Superflex制成的改性瀝青混合料具有更強(qiáng)大的抵抗破壞的能力，能承受更大的荷載，水穩(wěn)定性較好。

從表7可以看出：添加Superflex后，瀝青混合料未經(jīng)過凍融和經(jīng)過凍融循環(huán)后的劈裂抗拉強(qiáng)度都明顯提高；經(jīng)微波加熱的Superflex改性瀝青混合料的提高幅度更高，說明Superflex經(jīng)微波加熱后，對拌和成型的瀝青混合料的水穩(wěn)定性有一定加強(qiáng)，抵抗水損害的能力更好。

4　結(jié)語

該文考慮到加熱原理的不同，對Superflex加熱后的改性效果有一定影響，對比分析了微波加熱和烘箱加熱對Superflex的改性效果。結(jié)果表明：經(jīng)微波加熱的Superflex改性瀝青的針入度有一定下降，表明其稠度增大；軟化點(diǎn)和延度有明顯提高，表明改性瀝青的高溫性能和低溫性能都得到改善；旋轉(zhuǎn)粘度有所增加，表明微波加熱對運(yùn)動粘度的影響向良性發(fā)展，彈性恢復(fù)的提高表明微波加熱更能使由天然屑粒橡膠構(gòu)成的Superflex改性瀝青產(chǎn)生更好的改性效果。同時對比分析了經(jīng)微波加熱和烘箱加熱的Superflex拌和成的改性瀝青混合料的性能，結(jié)果顯示經(jīng)微波加熱后拌和的混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性都有一定提高，路用性能更好。

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

［2］周驪巍.瀝青混合料水穩(wěn)性研究［D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2005.

［3］沈金安.關(guān)于瀝青混合料配合比設(shè)計確定最佳瀝青用量的問題［J].公路，2001（11）.

［4］王敏，張東長.Superflex改性瀝青抗水損害性能試驗(yàn)研究［J].山西建筑，2010，36（1）.

［5］JTG E20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S].

［6］鐘智勇，楊和平.SMA瀝青路面目標(biāo)配合比設(shè)計［J].公路與汽運(yùn)2006（4）.

［7］葛澤峰，薛永兵，蘇深，等.廢舊輪胎橡膠改性瀝青的研究進(jìn)展［J].公路與汽運(yùn)，2014（5）.

［8］任志高.添加橡膠粉和水泥的改性瀝青性能正交試驗(yàn)研究［J].公路與汽運(yùn)，2015（2）.

［9］李波，李艷博，曹貴，等.廢舊膠粉與SBS改性瀝青及其混合料的路用性能對比研究［J].中外公路，2014，34 （1）.

［10］況棟梁，王志群，陳華鑫，等.復(fù)合再生劑對老化SBS改性瀝青性能和結(jié)構(gòu)的影響研究［J].中外公路， 2014，34（4）.

［11］康愛紅，肖鵬，馬愛群.微波輻射廢膠粉改性瀝青及混合料性能研究［J].公路，2007（2）.

［12］薛亮.微波加熱瀝青混合料技術(shù)性能研究［D].西安：長安大學(xué)，2007.

U416.217

A

1671-2668（2016）01-0101-03

2015-04-20