基于正交設(shè)計(jì)法的膠粉復(fù)合改性瀝青性能試驗(yàn)研究

伏偉俐 吳正光 王勝 范釗

摘? 要：針對橡膠瀝青路面疲勞破壞頻發(fā)的問題，研究膠粉、SBS和TLA摻量對瀝青疲勞性能的影響，用直觀分析法分析確定最優(yōu)水平組合。結(jié)果表明，最優(yōu)水平組合為14%的膠粉和2%的SBS（瀝青重量比），此配比的膠粉復(fù)合改性瀝青疲勞性能明顯改善。

關(guān)鍵詞：膠粉復(fù)合;正交試驗(yàn);直觀分析;疲勞因子

中圖分類號(hào)：U414? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：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

隨著高速公路重載、渠化交通現(xiàn)象的日益突出，橡膠瀝青路面疲勞裂縫和車轍在早期損壞中所占比例較大[1-3]。將SBS作為改性劑摻入橡膠瀝青[4]中可以有效改善橡膠瀝青的各項(xiàng)性能，湖瀝青TLA有極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性、超長的使用壽命以及較低的維護(hù)費(fèi)用等優(yōu)異性能，結(jié)合各自的特點(diǎn)，進(jìn)行科學(xué)合理的摻量水平選擇與設(shè)計(jì)，通過正交試驗(yàn)手段，確定膠粉、復(fù)合材料最佳水平摻量，研發(fā)大幅度提高橡膠瀝青疲勞性能的新材料。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 原材料

采用金陵70#道路石油瀝青、中膠有限公司40目斜交胎膠粉、岳陽YH-791H改性劑SBS及特立尼達(dá)湖瀝青TLA。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 復(fù)合改性瀝青的制備

膠粉復(fù)合改性瀝青制備工藝見圖1。

2.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇膠粉、SBS和TLA摻量作為影響因素，根據(jù)現(xiàn)有研究結(jié)果，當(dāng)膠粉含量大于10%時(shí)才能對瀝青的性能產(chǎn)生明顯的效果，TLA作為一種改性劑，通常情況下?lián)搅吭跒r青總量的20%左右，考慮TLA對施工和易性的影響，擬降低TLA的摻量。因此，本文選取的試驗(yàn)因素與水平表見表1。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 瀝青抗疲勞性能試驗(yàn)

試驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀測試不同溫度下膠粉復(fù)合改性瀝青的疲勞因子（G*sinδ），作為評價(jià)瀝青疲勞性能的指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

3.2 直觀分析法

采用直觀分析法研究各因素的敏感性影響程度[6]。具體內(nèi)容見圖2。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，影響疲勞因子的主次順序?yàn)锽>C>A，不同溫度下的最優(yōu)組合依次為A2B2C3、A3B2C3、A2B2C3;B均為主要因素，C為較次要因素，且均是B2C3，而A皆為次要因素。兼顧經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、技術(shù)特性等方面，得出最佳水平組合為A2B2C3，即膠粉摻量為14%，SBS摻量為2%，TLA摻量為0。

4 膠粉復(fù)合改性瀝青性能試驗(yàn)評價(jià)

按照圖1制備改性瀝青，進(jìn)行性能試驗(yàn)[7]。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，膠粉復(fù)合改性瀝青的針入度為44（0.1mm），較橡膠瀝青針入度40（0.1mm）得到改善;軟化點(diǎn)為70℃，橡膠瀝青67℃，明顯提高;彈性恢復(fù)率為87%，比橡膠瀝青（79%）略高，可有效減少和延緩瀝青加鋪層反射裂縫的發(fā)生，不同溫度下疲勞因子明顯降低。綜上所述，A2B2C3水平組合即摻瀝青總量14%的膠粉和2%的SBS制備的膠粉復(fù)合改性瀝青變形恢復(fù)能力強(qiáng)，高溫、低溫和疲勞性能得以改善。

5 結(jié)束語

通過對膠粉復(fù)合改性瀝青試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

（1）隨溫度的上升，膠粉復(fù)合改性瀝青疲勞因子下降，影響疲勞因子的主次因素是SBS摻量>TLA摻量>膠粉摻量，并在SBS摻量為2%時(shí)疲勞性能最佳。

（2）采用正交試驗(yàn)對膠粉復(fù)合改性瀝青的配比進(jìn)行研究，大大減少了試驗(yàn)量。通過分析得到最佳組合：A2B2C3，即2%SBS+14%膠粉+0%TLA。

（3）與橡膠瀝青相比，膠粉復(fù)合改性瀝青具有較好的高溫、低溫性能，抗疲勞性能明顯改善，延長瀝青路面的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[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]郭朝陽，何兆益，曹陽.廢胎膠粉改性瀝青改性機(jī)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]劉亮，姚海林，盧正，等.基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的十三聚鋁[Al13]7+含量多因素優(yōu)化試驗(yàn)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2017，17（29）.

[7]中華人民共和國交通運(yùn)輸部.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程：JTG E20-2011[S].北京：人民交通出版社，2011.