“白改黑”路面黏層瀝青性能的試驗研究

宣寶璽

（山西遠方路橋（集團）有限責任公司，山西 大同 037006）

0 引言

隨著我國經濟的發展，路網交通不斷完善，對路面的要求也逐漸提高。山西省在早期修建的水泥混凝土路面，存在行車舒適性差、噪聲大等問題，交管部門決定對其加鋪改造，采用加鋪瀝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瀝青混凝土材料的模量差異較大，這種復合式路面也存在一定的耐久性問題，比如車轍、層間破壞等[1-2]。層間破壞問題主要的原因由層間材料性能決定，黏層材料的特性對于復合式路面的耐久性具有直接的影響。層間材料主要包括涂膜、卷材、應力吸收層、應力吸收帶等[3]。考慮經濟適用性，灑布式黏層材料占有了一定的應用市場。為提高層間整體性能，本文將抗轍裂劑和膠粉作為改性劑制備復合改性瀝青，并研究其基本性能及流變性，分析其在層間應用過程中的適用性，為“白改黑”路面的長壽命改造提供指導。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗原材

1.1.1 基質瀝青

本文所用的基質瀝青為SK70號，由山西交科新材料有限公司提供。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）的試驗方法測試其三大指標，均符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）的要求。基質瀝青性能指標如表1所示。

表1 基質瀝青的基本指標

1.1.2 橡膠粉

選用的彈性改性劑為廢舊橡膠粉，試驗中40目的膠粉由四川中能橡膠粉有限責任公司提供，主要用于膠粉改性瀝青、防水卷材、運動場等。其性能指標如表2所示。

表2 膠粉性能指標

1.1.3 抗轍裂劑

采用抗拉伸改性劑為PE型抗轍裂劑，由山西交科化工研究所提供。抗轍裂劑以高分子聚合物為主要材料，通過與增黏劑、助劑等復合制備而成，可提高瀝青材料的抗拉裂性能。

表3 抗轍裂劑性能指標

1.2 黏層瀝青制備

室內復合式黏層瀝青的具體步驟如下：

a）將橡膠粉、抗轍裂劑在干燥箱內放置24 h以上，將基質瀝青加熱到105℃～110℃。

b）精確稱量所需質量的抗轍裂劑，加入基質瀝青中，采用剪切儀高速剪切，使其完全融合到瀝青中。

c）精確稱量所需質量的橡膠粉，加入到上述混合物中，采用剪切儀低速剪切，致使橡膠粉逐漸融入到瀝青中，保持溫度使橡膠溶脹。

d）手動攪拌，靜置待用。

1.3 試驗方法

1.3.1 瀝青基本指標

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）的條紋對黏層瀝青的針入度、軟化點、延度、黏度進行測試，評價兩種添加劑對瀝青基本性能的影響。

1.3.2 動態剪切流變試驗

為評價黏層瀝青流變性能的影響，采用動態剪切流變儀進行動態剪切流變試驗對瀝青高溫性進行研究，評價高溫環境下黏層瀝青的軟化特性。

1.3.3 黏結性能

將黏層材料灑布到預制的水泥混凝土板上，成型復合式路面試件，通過對復合式試件進行拉拔試驗，對比評價黏層瀝青的黏結性能[4]。

1.3.4 剪切性能

將黏層材料灑布到預制的水泥混凝土板上，成型復合式路面試件，通過45°斜向剪切試驗，對比分析黏層瀝青的抗剪切性能。

2 試驗結果分析

2.1 基本性能

將測試的抗轍裂劑改性瀝青和復合改性黏層瀝青的基本性能指標進行匯總，繪制曲線圖如圖1～圖6所示。

圖1 抗轍裂劑改性瀝青針入度

圖2 抗轍裂劑改性瀝青延度

圖3 抗轍裂劑改性瀝青軟化點

從圖1～圖3可以看出，在基質瀝青中添加抗轍裂劑，瀝青的基本指標都發生了明顯的變化。瀝青的針入度降低，延度變小，軟化點增大。分析得知，抗轍裂劑降低了瀝青的溫度敏感性，對瀝青的延展性具有明顯的提高作用。當抗轍裂劑摻量大于6%時，三大指標的變化都有減小的趨勢。

考慮材料性能的變化規律結合經濟性，后續試驗過程中抗轍裂劑的摻量固定為6%。

圖4 黏層瀝青針入度

圖5 黏層瀝青延度

圖6 黏層瀝青軟化點

通過圖4～圖6可得知，橡膠粉的添加明顯地降低了瀝青的針入度，并致使延展率降低，顯著提高了黏層瀝青的軟化點。可看出，橡膠粉增加了瀝青材料的韌性、黏性以及高溫穩定性，而對材料的延伸性能有不利影響。結合圖1～圖6，將抗轍裂劑和橡膠粉添加到基質瀝青中，增強了瀝青材料的高溫穩定性，低溫延展性能，兼顧了材料的彈性和抗拉性能，可在“白改黑”路面層間發揮應有的作用。

2.2 流變性能

將流變性能測試結果進行匯總，評價分析兩種添加劑對瀝青高溫流變性能的影響，不同材料瀝青的動態剪切流變性能的影響試驗結果如表4所示。

表4 流變參數測試結果

分析表4，抗轍裂劑和膠粉的添加均有效地提高了瀝青的復數模量，黏層瀝青高于抗轍裂改性瀝青，大于基質瀝青。多項研究表明，瀝青材料的復數模量越大，其彈性越好，抵抗變形能力越強，而相位角則反映應變響應滯后應力的相位差。這表明，抗轍裂劑和膠粉有效地提高了高溫下瀝青的抗變形能力，并可有效延緩荷載作用下的應變過程。另一方面反映了材料在溫變和荷載作用下的穩定性能的提升。

分析黏層材料的車轍因子可以發現，隨著抗車轍劑和膠粉的添加，瀝青材料的車轍因子明顯增加。而車轍因子是材料抗永久變形能力的綜合反映，也就說明了兩種添加劑可提高瀝青材料的抗永久變形能力。同時，兩種添加劑的添加使得瀝青側PG分級由64提高到82，則黏層瀝青可在更寬范圍的環境溫度下應用，均可發揮較好的效果。

2.3 流變性能

為評價黏層材料在施工過程中的施工特性，對路面“白改黑”過程的黏結性能進行測試，黏層瀝青厚度控制在1 mm，進行拉拔和剪切性能測試，對其測試結果繪制柱狀圖，如圖7所示。

從圖7、圖8可以看出，黏層瀝青的拉拔強度和抗剪切性能明顯高于抗裂改性瀝青，高于基質瀝青。因此，在路面“白改黑”過程中，可以更加有效地增加柔性鋪裝層和舊水泥混凝土的黏結性能，確保層間的有效結合，增加結構層的整體性能，對提高這種復合式路面的耐久性具有直接的作用。

圖7 不同瀝青拉拔性能

圖8 不同瀝青抗剪切性能

3 結論

本文將抗轍裂劑和膠粉作為改性劑，制備了適用于路面“白改黑”工程的黏層瀝青，通過試驗測試了黏層瀝青的三大指標，借助流變學手段研究了黏層瀝青的抗變形能力，并對其施工黏結性能進行了驗證。主要結論如下：

a）抗轍裂劑降低了瀝青的溫度敏感性，對瀝青的延展性具有明顯的提高作用。而膠粉增加了瀝青材料的韌性、黏性以及高溫穩定性，而對材料的延伸性能有不利影響。

b）抗轍裂劑和膠粉有效地提高了高溫下瀝青的抗變形能力，可有效延緩荷載作用下的應變過程。并擴大了黏層瀝青應用的環境范圍。

c）黏層瀝青具有較好的拉拔強度和抗剪切性能，可增加復合式路面的整體性能。