高黏复合改性沥青的制备与工程应用

范斌卫，马庆伟

(西安公路研究院，陕西 西安 710065)

0 引言

近年来，随着交通重载情况的加剧和路面养护要求的提高，传统SBS改性沥青已很难完全满足现实需求［1］;而高黏度改性沥青以其优异的综合性能、橡胶沥青技术以其优异的抗裂和抗老化性能都获得了成功应用。但是，高黏度改性沥青的高成本和橡胶沥青的复杂工艺，使二者的推广应用仍存在瓶颈。将二者的优势结合起来，开发高性能的高黏复合改性沥青技术，既保持高黏度改性沥青的性能，又降低成本，同时简化橡胶沥青的工艺，将是高性能改性沥青的发展方向［2-5］。

SBS与胶粉复合改性沥青的方法已广为接受，但这些研究主要是利用SBS复合胶粉降低SBS用量，或提高SBS改性沥青的耐老化性能;虽然对SBS复合高黏沥青已有所涉及，但这些研究中SBS和胶粉分散尺寸不匹配，易造成贮存稳定性差、黏度高、施工性能差等问题［6-8］。高黏度改性沥青一般指60℃黏度大于20 000 Pa·s的改性沥青，它已在排水沥青路面、应力吸收层和防水黏结层施工上显示出优越的性能［9］。本文采用超细化嵌入嫁接技术，将胶粉脱硫微细化分散并嵌入到SBS中共交联，制备高性能高胶改性沥青，研究废旧轮胎胶粉脱硫微纳细化再生工艺、脱硫胶粉改性沥青的制备和性能，以及SBS与脱硫胶粉的复合比例、共交联工艺对性能的影响，最后依托陕北地区黄延高速公路的试验段，在材料设计与施工工艺两方面对高黏复合改性沥青的AC-20混合料进行分析，为胶粉微纳高黏复合改性沥青技术的推广提供参考。

1 材料及试验

(1)高黏复合改性沥青。高黏复合改性沥青是通过超细粒子填充嫁接技术制备的高黏复合改性沥青。先将30目卡车轮胎胶粉通过高速剪切技术原位微纳分散到沥青中，然后与基质沥青(GS90)进行混合，用15%微纳胶粉与5%的SBS(LG501)进行170℃混合反应交联，实现SBS与胶粉的充分熔合嫁接。图1(a)、(b)分别为高黏沥青与高黏复合改性沥青的显微结构，图1(c)为高黏复合改性沥青的微纳结构。

图1 高黏复合改性沥青的微观结构

对高黏复合改性沥青以及SBS改性沥青的技术指标进行检测，结果见表1。

表1 SBS改性沥青和高黏复合改性沥青的技术指标

高黏复合改性沥青的密度及软化点稍大于SBS改性沥青，这主要是因为胶粉的密度较大(1.15 g·cm－3)。胶粉的加入使得SBS改性沥青的旋转黏度远小于复合改性沥青，但高黏复合改性沥青的60℃黏度较高，达120 000 Pa·s，显示出优异的黏结性能和耐高温性能。另外，从实体工程的施工中发现，采用超细化嵌入嫁接技术制备的高黏复合改性沥青贮存稳定性较其他沥青更优［10-13］。

(2)矿料。本文所用的矿料均来自山西乡宁县西坡赵垛文星石料场，各档矿料的密度试验结果见表2。

(3)试验方法。试验方法包括延度试验、软化点试验、针入度试验、燃烧炉法、马歇尔稳定度试验、车辙试验、低温弯曲试验等。

表2 矿料的密度试验结果

2 沥青混合料配合比设计及路用性能试

由于高黏复合改性沥青中的胶粉微纳分散，不用考虑对混合料进行特殊设计，可直接用于SBS改性沥青适用的各种级配。由于高黏复合改性沥青的135℃旋转黏度为5.65 Pa·s，明显大于SBS改性沥青，因此高黏复合改性沥青采用的试验温度比SBS改性沥青略高5℃左右，具体见表3。

通过试验确定出AC-20混合料采用5#仓、4#仓、3#仓、2#仓、1#仓、矿粉的比例为 8 ∶35 ∶18 ∶7 ∶28∶4，最佳油石比为 4.5%。AC-20混合料的合成级配见表4，合成级配曲线见图2，试验结果见见表5，路用性能指标见表6。

表3 高黏复合改性沥青混合料的室内试验温度

表4 AC-20沥青混合料合成级配

图2 AC-20合成级配曲线

3 高黏复合改性沥青混合料的施工工艺控制

(1)混合料的施工温度控制。使用高黏复合改性沥青的关键是控制温度，由于高黏复合改性沥青施工时黏度较高，因此各工序的施工温度均比SBS改性沥青提高约5℃左右。

(2)AC-20高黏复合改性沥青混合料的拌合。加入达到规定温度的集料，干拌5 s，再投入基于超细化嵌入嫁接技术的高黏复合改性沥青，湿拌45 s。

表5 最佳沥青用量时马歇尔试件试验结果

(3)AC-20高黏复合改性沥青混合料的运输。AC-20混合料应采用双桥车运输，料车的运量应该由拌合和摊铺速度决定。运输车辆进出场时应由专人冲洗料车的底盘和车轮，防止杂物进入施工范围内。

(4)AC-20高黏复合改性沥青混合料的摊铺。摊铺机应在摊铺前的一天就位。在摊铺机起步前应该将AC-20混合料用量调整好再开始摊铺。AC-20高黏混合料的摊铺速度控制在1.5 m·min－1左右，而且摊铺应做到均匀、缓慢、不间断。

表6 高黏复合改性沥青混合料的路用性能

(5)AC-20高黏复合改性沥青混合料的压实。AC-20高黏混合料的压实与SBS改性沥青基本一致，使用钢轮压路机、轮胎压路机交替碾压。

4 路面检测

在进行试验段铺筑前观察混合料的外观。目测结果为:混合料无花白料、拌合均匀、油石比合适。进行试验段铺筑期间，在运料的第4车取样进行实验室各项指标检测。

(1)矿料级配及油石比。在第4车运料车取样，在实验室采用燃烧法进行矿料级配及油石比检测，矿料级配在《黄延高速公路路面施工技术指南》要求的级配范围内，燃烧法的检测数据见表7，油石比为4.51%，与设计油石比(4.50%)基本相符。

(2)马歇尔指标。采用拌合机拌制的沥青混合料在室内成型马歇尔试件，检测体积及力学指标，其中空隙率符合最佳油石比对应的空隙率要求(4%～5%)，矿料间隙率(VMA)符合施工指南要求，饱和度(VFA)值略小于要求值的中值，但仍符合要求。

表7 矿料筛分结果

(3)路用性能指标。在拌合机取样，制作马歇尔试件及车辙板，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)进行检测，结果见表8，检测数据均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)的要求。

表8 试验段路用性能检测结果

(4)试验段厚度及压实度指标。试验段施工结束后24 h、路面温度降低后，采用取芯法检测路面厚度，芯样自然风干后检测密度，计算压实度及现场残留空隙率。渗水系数在路面施工后次日采用路面渗水仪进行检测，每横断面测5处，以渗水系数均不大于80 mL·min－1为合格标准，合格率不小于60%则评定为合格。采用连续式平整度仪(八轮仪)分别对每个车道进行检测，结果见表9、10。

表9 试验段路面厚度及压实度检测结果

表10 试验段路面渗水系数、平整度检测结果

5 结 语

(1)确定出高黏复合改性沥青AC-20混合料的22～28 mm、11～22 mm、7～11 mm、4～7 mm、0～4 mm矿料及矿粉比例为8∶35∶18∶7∶28∶4，最佳油石比为4.5%。

(2)采用超细化嵌入嫁接技术制备的高黏复合改性沥青的60℃动力黏度为120 000 Pa·s，显示出优异的黏结性能和耐高温性能，而且其贮存稳定性较其他沥青更优。

(3)相对于传统的SBS改性沥青，高黏度复合改性沥青既利用了废轮胎资源，又减少了SBS用量，还能够适应传统SBS改性沥青的工艺和施工方法，具有较高的性价比，极具发展前景，值得推广应用。

参考文献:

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