大摻量膠粉/SBS復合改性瀝青混合料制備及路用性能研究

周 慧 周開利

大摻量膠粉/SBS復合改性瀝青混合料制備及路用性能研究

周 慧 周開利

（昆明公路局，云南 昆明 650200）

為一定程度上解決膠粉摻量增加引起的粘度增加而使得膠粉改性瀝青摻量受限的問題，依托在做項目，研究25%大摻量膠粉/SBS復合改性瀝青，并進行瀝青及混合料性能研究。結果得到：TOR/HDPE的添加可以實現滿足性能要求的大摻量膠粉/SBS復合改性瀝青的制備；提出了一種25%膠粉/SBS改性瀝青的制備方法。

大摻量膠粉/SBS復合改性；配合比設計；路用性能

1 概述

SBS常用于瀝青改性，但由于成本較高，無法大量摻入使用。廢舊輪胎處理為膠粉用作改性劑一定程度上降低了廢舊輪胎污染問題，且成本較低；膠粉用于瀝青改性，摻量越高，效果越好，但瀝青粘度隨之提高。已有研究主要關注將膠粉和其它改性劑一同添加進行復合改性，但膠粉摻量主要集中在20%以下[1]。本文依托在做項目，研究25%大摻量膠粉/SBS復合改性瀝青，并進行瀝青及混合料性能研究。

2 原材料技術性能

2.1 石料

本研究粗、細集料及填料分別為玄武巖碎石、石灰巖石屑和石灰巖礦粉，技術性質均滿足相應指標要求。

2.2 瀝青

一般SBS改性瀝青與20%摻量膠粉/SBS復合改性瀝青，相應指標如下：

表1 瀝青性能指標

2.3 大摻量膠粉/SBS復合改性瀝青

為了后續的永久變形實驗，需先制備出能夠滿足技術指標要求的大摻量膠粉/SBS復合改性瀝青。為降低膠粉摻量增大帶來的瀝青粘度增大的問題，采取添加可降低粘度的添加劑。

2.3.1改性要點分析

（1）濕法改性，先將基質瀝青加熱到合適的高溫狀態，然后加入已經粉碎為粉末的膠粉，一邊加入一邊攪拌，使其充分融合，在經過充分剪切后，放入烘箱發育，最后制備成為膠粉改性瀝青[2]。依據溶脹原理，膠粉在加入基質瀝青后，會產生溶脹反應，通過吸收基質瀝青輕質組分使膠粉被瀝青充分裹附，形成一層凝膠膜。在高溫條件下，膠粉自身也會產生裂解反應，相互吸收輕質組分，膠粉裂解后的物質會進入到瀝青中，而這些物質可以改善基質瀝青的各種性能，主要是高溫和抗老化性能。同時，兩者的相互滲透會使其形成一個聯系緊密的膠結料，這個膠結料可以表現出比基質瀝青更好的性能，從而達到膠粉改性瀝青性能的目的。

（2）膠粉瀝青技術要點

合格的橡膠瀝青需要達到相關的標準，而美國ASTMD8-88給出的要求已經過大量的實驗證明具有重要的參考價值，主要有以下幾點規定：

①膠粉含量：為了使膠粉能夠較好發揮其改性作用，膠粉的摻量不能太低，規定其摻量至少要在15%以上；

②反應時間：為實現膠粉與基質瀝青充分交換組分，需保證溶脹時間在10min以上；

③溫度控制：為了提高膠粉在基質瀝青中的活性以及裂解的高效性，應該在基質瀝青加熱到180℃后再加入膠粉進行攪拌，在發生溶脹反應時還要使溫度高于180℃使溶脹反應更加迅速；

④材料特性：膠粉改性瀝青除了改善基質瀝青一般性能，一般還具有較高的粘性和彈性。

2.3.2原材料選擇以及設備選擇

（1）膠粉

膠粉要形成穩定的骨架結構發揮其良好性能，20~60目膠粉顆粒相對較為合適，本研究選擇60目膠粉顆粒，摻量為25%。

（2）SBS

SBS已普遍用于對基質瀝青改性，主要表現為提高軟化點，增大延度；摻量提高，改性效果也會加強，但是其成本較高，無法大量添加，確定摻量為3%。

（3）添加劑

大摻量膠粉/SBS復合改性瀝青制備的一個問題是其過高的體系粘度，不利于分散以及施工。選用HDPE、TOR兩種添加劑[3]、[4]對復合改性瀝青進行降黏以及優化復合改性瀝青性能。

（4）設備選擇高速剪切儀，并配備恒溫油浴鍋以及烘箱等相關設備。

2.3.3大摻量膠粉/SBS復合改性瀝青制備

（1）要點

①基質瀝青預熱，逐漸加入SBS，并不停攪拌，充分溶脹10min；

②恒溫水浴，加入改性瀝青，高速剪切，此過程快速加入膠粉及TOR或HDPE添加劑，剪切時間為1h，剪切速率逐漸加大至維持在4500r/min；

③185℃烘箱發育。

（2）試驗數據

參考相關研究結論，選取TOR和HDPE摻量均為3.0%、4.5%、6.0%，兩者最佳摻量均為4.5%，試驗結果如表2所示。

表2 不同摻量下復合改性瀝青性能指標

從結果可以看出，選用4.5%摻量的HDPE改性瀝青性能要優于4.5%摻量的TOR大摻量復合改性瀝青。

3 膠粉/SBS復合改性瀝青混合料配合比設計

瀝青混合試驗中所選用的瀝青有三種：①普通SBS改性瀝青，②20%膠粉摻量的膠粉/SBS復合改性瀝青，③自制25%膠粉摻量膠粉/SBS復合改性瀝青。

3.1 瀝青混合料級配組成

根據本研究特點，三種瀝青混合料均采用AC-13型級配。

3.2 馬歇爾試件制備

按照給定級配，使用精度較高的電子秤稱取粗細集料并充分混合，礦粉在稱取好質量后需要單獨存放。在進行攪拌時，首先加入的是粗細集料，再將達到預定溫度的一定質量的瀝青均勻加入拌鍋中，充分攪拌90s，接下來倒入單獨裝盤的礦粉繼續攪拌，攪拌時間也是90s，一共攪拌3min。稱取一定質量的瀝青混合料到馬歇爾擊實模具中，進行雙面擊實，次數均為75次。

3.3 確定瀝青混合料最佳油石比

3.3.1 20%膠粉摻量膠粉/SBS復合改性瀝青混合料

20%膠粉摻量膠粉/SBS復合改性瀝青混合料在進行配合比設計時，一共選擇了五組油石比，油石比分別為4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%。按照規范要求測定各項路用性能指標，每組四個試件，去掉異常值后，取平均值作為最后結果，按照順序依次通過性能指標確定混合料最佳油石比。

表3 20%膠粉摻量復合改性瀝青馬歇爾穩定度試驗結果

表4 20%膠粉摻量復合改性瀝青最佳油石比（%）確定

如表4所示，20%膠粉摻量復合改性瀝青混合料所確定的最佳油石比為5.1%。

3.3.2 SBS改性瀝青混合料

SBS改性瀝青混合料在進行配合比設計時，選擇五組油石比分別為3.9%、4.2%、4.5%、4.8%、5.1%。按照規范要求測定五組各項路用性能指標，每組四個試件，取掉異常值后，取平均值作為最后結果，確定油石比過程與前面基本一致，此處不再贅述。

表5 SBS改性瀝青馬歇爾穩定度試驗結果

計算得到，SBS改性瀝青混合料所確定的最佳油石比為4.8%。

3.3.3 25%膠粉摻量復合改性瀝青混合料

25%膠粉摻量復合改性瀝青混合料在進行配合比設計時，選擇五組油石比分別為4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%。

表6 25%膠粉摻量復合改性瀝青馬歇爾穩定度試驗結果

計算得到，25%膠粉摻量復合改性瀝青混合料所確定的最佳油石比為5.1%。

3.4 膠粉/SBS復合改性瀝青混合料路用性能測試

3.4.1水穩定性

瀝青混合料水穩定性是一個十分重要的路用性能指標，它關系著瀝青混合料在水的作用下，保持性能穩定的能力。水穩性試驗測試方法較多，我國主要使用試驗設備簡單，操作方便的凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾實驗，這兩種評價方法有效且準確。凍融劈裂法試驗條件要求高，但是其結果能反映出集料不同以及膠結料粘附性不同所帶來的差別，其水穩定性狀況反映較為完備。本文選擇凍融劈裂試驗方法對三種不同瀝青類型的混合料進行水穩定性評價。

表7 瀝青混合料水穩定性試驗結果

水穩定性試驗結果見表7所示。檢驗結果表明，AC-13型級配下三種改性瀝青混合料都具有良好的水穩定性，三種改性瀝青混合料的最佳油石比都滿足水穩定性的要求。

3.4.2高溫穩定性

瀝青混合料的高溫穩定性關系著其是否能夠具有長期使用壽命，更是與永久變形有聯系，一般配合比設計中選擇車轍試驗來評價瀝青混合料是否滿足高溫性能。為了模擬實際行駛的情況，選擇好試驗溫度，通過車輪在車轍板的反復行走產生永久變形，以此來反映混合料抗車轍性能。由于其試驗結果能在一定程度上反應實際路面車轍的情況，且設備操作簡單直接，應用廣泛。本文選擇車轍試驗來評價三種瀝青混合料最佳油石比下的高溫性能。

表8 瀝青混合料車轍試驗結果

車轍試驗結果見表8。試驗溫度為60℃，輪壓0.7MPa。檢驗結果表明，AC-13型級配下三種改性瀝青混合料都具有良好的抗車轍能力，最佳油石比滿足車轍的規范要求，滿足實際項目的技術指標。

3.4.3抗滲性能

滲水試驗結果見表9。檢驗結果表明，用輪碾法成型的三種改性瀝青混合料試件的抗滲水能力較好，最佳油石比滿足抗滲水性能的要求。滿足實際項目的技術指標。

表9 瀝青混合料滲水試驗結果

由試驗可知，三種類型的瀝青混合料在最佳油石比下均滿足路用性能要求。

4 總結

（1）分析并提出了復合改性瀝青制備要點，比較了不同摻量TOR、HDPE下復合改性瀝青性能指標。

（2）為了驗證大摻量膠粉/SBS復合改性瀝青混合料的性能，分別選擇了普通SBS改性瀝青、20%膠粉摻量的膠粉/SBS復合改性瀝青以及自制25%膠粉摻量的大摻量膠粉/SBS復合改性瀝青制備瀝青混合料，采用馬歇爾法進行三種改性瀝青混合料的配合比設計。

（3）選用級配為AC-13型級配，通過馬歇爾法得到三種類型瀝青混合料最佳油石比，并且驗證了其路用性能，三種改性瀝青混合料所得到的最佳油石比形成的混合料性能滿足規范以及項目技術要求。

[1]劉斌,胡省.廢橡膠粉/SBS復合改性瀝青技術性能研究[J].公路工程,2019,44(06):257-260.

[2]向麗. 廢橡膠粉/SBS復合改性瀝青的機理和性能研究[D].中國石油大學（華東）,2011.

[3]何銳, 黃鑫, 仵江濤,等. SBS-膠粉-HDPE復合改性瀝青制備工藝[J]. 江蘇大學學報(自然科學版), 2018, v.39;No.199(02):123-129.

[4]朱月風, 姜鵬. 國產TOR在橡膠改性瀝青中的應用研究[J]. 華東公路, 2015, 000(002):33-36.

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