TLA+廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料路用性能研究*

馮新軍， 李旺， 張喆

(1.長沙理工大學(xué) 道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗室， 湖南 長沙 410114；2.長沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院， 湖南 長沙 410114)

特立尼達(dá)湖瀝青(TLA)是一種高品質(zhì)天然瀝青，將它作為改性劑加入普通道路石油瀝青中，能改善普通道路石油瀝青的高溫穩(wěn)定性、與集料的黏附性及耐老化性能。但實(shí)際工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，TLA對瀝青混合料低溫抗裂性提高不明顯甚至有所降低。

將粒徑較細(xì)的橡膠粉按一定計量添加到基質(zhì)瀝青中，在高溫下進(jìn)行剪切、攪拌，經(jīng)過溶脹發(fā)育得到廢膠粉改性瀝青。廢膠粉改性瀝青的路用性能優(yōu)于普通瀝青混合料，主要表現(xiàn)為其高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和耐疲勞性明顯提高。為提高TLA改性瀝青混合料的低溫抗裂性能，采用廢膠粉和TLA對基質(zhì)瀝青進(jìn)行復(fù)合改性。

1 試驗材料

1.1 瀝青

基質(zhì)瀝青采用阿爾法A級70#道路石油瀝青。TLA改性瀝青采用40%TLA與基質(zhì)瀝青在170 ℃條件下拌和40 min制得。TLA+廢膠粉復(fù)合改性瀝青的摻配比例分別為10%TLA+10%廢膠粉和20%TLA+10%廢膠粉。制備工藝為：依次將TLA和廢膠粉按比例加入基質(zhì)瀝青中混合均勻，在180 ℃條件下高速剪切60 min，然后在160 ℃烘箱中發(fā)育60 min。TLA改性瀝青和TLA+廢膠粉復(fù)合改性瀝青的主要技術(shù)性質(zhì)見表1。

表1 3種改性瀝青的技術(shù)性質(zhì)

1.2 礦料

粗集料采用玄武巖碎石，細(xì)集料采用玄武巖機(jī)制砂和石屑，填料為石灰?guī)r磨制而成的礦粉。對礦料技術(shù)性質(zhì)進(jìn)行測試，結(jié)果見表2～4，均滿足規(guī)范要求。

1.3 瀝青混合料配合比設(shè)計

采用馬歇爾試驗配合比設(shè)計方法分別對10%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青AC-13混合料、20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青AC-13混合料、40%TLA改性瀝青AC-13混合料進(jìn)行配合比設(shè)計，結(jié)果見表5，均符合規(guī)范要求。

表2 礦粉的技術(shù)性質(zhì)

表3 粗集料的技術(shù)性質(zhì)

表4 細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)

表5 3種改性瀝青AC-13混合料配合比設(shè)計

2 改性瀝青混合料路用性能研究

2.1 高溫穩(wěn)定性

通過車轍試驗評價10%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青AC-13混合料、20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青AC-13混合料、40%TLA改性瀝青AC-13混合料的高溫穩(wěn)定性，試驗結(jié)果見圖1。

圖1 3種改性瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

由圖1可知：3種改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度均高于規(guī)范要求(2 800次/mm)，高溫穩(wěn)定性良好；動穩(wěn)定度大小為40%TLA改性瀝青混合料>20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料>10%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料，但相差不大，40%TLA改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度僅比20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料高4.8%，表明3種改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性差異較小。

再次采用漢堡車轍試驗評價3種瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。在60 ℃空氣浴中，通過對鋼輪施加恒定的力完成對試件的反復(fù)加載，直至試件產(chǎn)生20 mm變形或鋼輪往返20 000次時試驗終止。試驗結(jié)果見圖2。

圖2 3種改性瀝青混合料漢堡車轍試驗結(jié)果

由圖2可知：經(jīng)過20 000次往返荷載作用后，3種改性瀝青混合料的車轍深度均在20 mm以內(nèi)，其高溫穩(wěn)定性均滿足要求。荷載作用10 000次之前，3種瀝青混合料的車轍深度相差很小；作用10 000次之后，40%TLA改性瀝青混合料的車轍深度增長變緩，而2種TLA+廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的車轍深度仍然平穩(wěn)增長。在相同往返荷載作用次數(shù)下，3種混合料的車轍深度大小為10%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料>20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料>40%TLA改性瀝青混合料，40%TLA改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性最好，其次是20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料，10%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性最差，與常規(guī)車轍試驗評價結(jié)果相同。但與常規(guī)車轍試驗所得動穩(wěn)定度相比，漢堡車轍試驗獲得的3種瀝青混合料的車轍深度差異更明顯，更能準(zhǔn)確區(qū)分其高溫穩(wěn)定性。

2.2 低溫抗裂性

通過低溫彎曲試驗評價3種改性瀝青混合料的低溫抗裂性，試驗結(jié)果見表6。

表6 3種改性瀝青混合料低溫彎曲試驗結(jié)果

從表6可看出：3種改性瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變均滿足規(guī)范要求。TLA+廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變比TLA改性瀝青混合料的大，而勁度模量更小，表明摻入廢膠粉能增大瀝青混合料在低溫時的韌性。3種混合料的最大彎拉應(yīng)變大小為10%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料>20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料>40%TLA改性瀝青混合料，10%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的低溫抗裂性最好，其次是20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料，40%TLA改性瀝青混合料的低溫抗裂性最差。與40%TLA改性瀝青混合料相比，10%TLA+10%廢膠粉、20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的低溫抗裂性分別提高24.9%和20.7%。

2.3 水穩(wěn)定性

通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗評價3種改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性，試驗結(jié)果見表7、表8。

從表7可看出：3種改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度都滿足規(guī)范要求，其水穩(wěn)定性均良好；且其殘留穩(wěn)定度相差很小，水穩(wěn)定性接近。

從表8可看出：3種改性瀝青混合料的殘留強(qiáng)度比都滿足規(guī)范要求，其水穩(wěn)定性均良好。殘留強(qiáng)度比大小為20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料>40%TLA改性瀝青混合料>10%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料，20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性最好，其次是40%TLA改性瀝青混合料，10%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性最差。

表7 3種改性瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結(jié)果

表8 3種改性瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果

2.4 耐疲勞性

通過四點(diǎn)彎曲疲勞壽命試驗評價3種改性瀝青混合料的耐疲勞性。采用應(yīng)變控制模式，應(yīng)變水平分別為450、550和650 με，試驗溫度為15 ℃。試驗結(jié)果見圖3。

圖3 3種改性瀝青混合料疲勞壽命曲線

由圖3可知：3種改性瀝青混合料的疲勞壽命隨應(yīng)變水平的增大逐漸減少。同一應(yīng)變水平下，3種混合料的疲勞壽命大小為10%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料>20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料>40%TLA改性瀝青混合料，10%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料的耐疲勞性最好，其次是20%TLA+10%廢膠粉復(fù)合改性瀝青混合料，40%TLA改性瀝青混合料的耐疲勞性最差。這可能是由于廢膠粉的摻入增強(qiáng)了混合料的彈性，從而提高了瀝青混合料的耐疲勞性。

3 結(jié)論

(1) 與40%TLA改性瀝青混合料相比，20%TLA+10%廢膠粉、10%TLA+10%廢膠粉改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有所降低，但仍然表現(xiàn)優(yōu)良。

(2) 與40%TLA改性瀝青混合料相比，20%TLA+10%廢膠粉、10%TLA+10%廢膠粉改性瀝青混合料的低溫抗裂性和耐疲勞性均明顯提高。

(3) 與40%TLA改性瀝青混合料相比，20%TLA+10%廢膠粉改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性略有提高，而10%TLA+10%廢膠粉改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性略有下降，但都滿足規(guī)范要求。