Terminal Blend胶粉与SBS复合改性沥青的路用性能

张 璐，李 伟，任 泽

(1.中国建筑股份有限公司河北分公司，河北石家庄 050011;2.石家庄市京昆高速公路石太管理处，河北石家庄 050073;3.河北省高速公路石安管理处，河北石家庄 050031)

0 引言

采用橡胶粉对基质沥青进行改性，既可以有效提高沥青的路用性能，又可以充分利用废旧橡胶轮胎［1］。然而，由于制备工艺的限制，橡胶沥青中的胶粉与沥青不能相容，导致橡胶沥青不能稳定存贮［2］，增加了质量控制的难度，生产、运输和使用也都不方便，从而影响沥青混合料的路用性能，阻碍了橡胶沥青在国内外的进一步推广与应用。近年来，国际上的初步研究表明，采用高温脱硫技术是解决胶粉与沥青相容性问题的有效手段［3］。这一技术与橡胶沥青技术的不同在于，采用高温使胶粉在沥青中发生彻底的脱硫与裂解反应，脱硫裂解后的胶粉与沥青相容，再向其中加入硫磺，发生交联反应，从而形成稳定的胶粉改性沥青，这在国外被称为Terminal Blend胶粉改性沥青(简称TB胶粉改性沥青)。

TB胶粉改性沥青在性能、环保、成本等方面有较好的优势。在性能上，国外既有的实验室评价、加速加载试验、现场试验路铺设等均表明其具有良好的高温与低温性能，并可稳定存贮和工厂化生产;在环保上，不仅可以利用废旧橡胶轮胎，而且胶粉是在密闭容器中反应，产生的废气可通过燃烧法处理，不污染环境;在成本上，仅比重交沥青稍贵，低于SBS改性沥青。最近10年，TB胶粉改性沥青技术一直在不断地发展和完善，并从改性沥青向乳化沥青和路面养护方面延伸［4］。在应用场合上，除替代常规的SBS改性沥青，还可用于路面养护，如碎石封层、微表处、雾封层等［5］。TB胶粉改性沥青作为近年来改性沥青研究的重要成果，在国外已有较多应用，但国外披露的专利或学术研究中主要是针对胶粉单一改性沥青或配方不明的复合改性沥青，这限制了TB胶粉改性沥青在国内的推广应用。笔者经研究发现，TB胶粉改性沥青通过复配SBS，可以在性能、成本、环保三者之间实现平衡，相比传统SBS改性沥青具备相当的竞争力。本文依托河北石家庄某采用TB胶粉与SBS复合改性沥青的试验段，对复合改性沥青混合料的高温性能、低温性能、疲劳性能进行研究，研究结果对这种新型改性沥青混合料的设计、推广及应用具有重要的指导意义。

1 试验段概况

试验段的研究目标是:针对河北省气候、交通特点，提出耐久性能超越传统沥青路面的改性沥青混凝土应用技术。试验段位于京港澳高速韩家洼互通连接线(K39+954～K40+340)，上面层共使用19.5 t TB胶粉与SBS复合改性沥青，拌制约430 t沥青混合料(沥青含量为4.5%)。试验段长度为346 m，宽度为12.7 m，整体结构从上至下分别为:5 cm AC-16上面层(TB胶粉与SBS复合改性沥青混凝土)、7 cm AC-25下面层(70#沥青混凝土)、18 cm上基层(水稳基层)、18 cm下基层(水稳基层)。试验段的路面结构如图1所示。

混合料配合比设计采用美国工程兵旋转压实剪切机(GTM)进行，并用马歇尔试验验证。

图1 试验段路面结构

2 路用性能评价

本文主要采用四点弯曲疲劳小梁试验、车辙试验、浸水马歇尔试验和低温弯曲试验等方法对TB胶粉与SBS复合改性沥青混合料的性能进行评价，同时与传统SBS改性沥青混合料的性能进行对比。对照组所用的SBS改性沥青混合料试件由同济大学实验室在室内成型，采用AC-13级配，沥青用量为4.7%。其余混合料均在施工现场取料制备。2种混合料采用同一来源集料。

2.1 四点弯曲疲劳小梁试验

考虑试验段地处中国北方石家庄市，气温较低，采用10℃进行室内混合料的疲劳试验。

从表1的四点弯曲疲劳试验结果可以看出，无论从疲劳寿命还是累计耗散能指标来看，TB胶粉与SBS复合改性沥青混合料的疲劳性能均明显优于SBS改性沥青混合料。这可能是因为橡胶颗粒降解后使得改性沥青体系的模量降低，柔性更好。

表1 四点弯曲疲劳小梁试验结果

2.2 车辙试验

表2为试验路段混合料的车辙试验结果。从动稳定度平均值来看，TB胶粉与SBS复合改性沥青混合料和SBS混合料抗高温车辙性能大致相当，均满足规范要求;但考虑试验路所用混合料的级配为AC-16，集料对于抗车辙的贡献理论上应大于对照组AC-13级配。从45 min、60 min处的车辙深度也可以看出，SBS AC-13的车辙深度约为复合改性沥青混合料AC-16的两倍，后者较低的车辙深度可能是由于粗集料较多造成的。

表2 铺筑试验路的混合料车辙试验结果

2.3 浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验

表3、4分别为试验路所用混合料的马歇尔浸水残留稳度、冻融劈裂强度比试验结果。

表3 马歇尔浸水残留稳定度试验结果

从试验结果来看，TB胶粉与SBS复合改性沥青混合料AC-16、SBS改性沥青混料AC-13的水稳定性相当，复合改性沥青混合料AC-16的冻融劈裂强度比略高，抗水损害性能略好。

2.4 低温弯曲试验

表5为铺筑试验路的混合料的低温弯曲试验结果。

根据河北省的地方规范要求，改性沥青混合料的最大弯拉应变不应小于2 200 με。从试验结果来看，2种混合料均满足规范要求，但SBS改性沥青混合料AC-13的最大弯拉应变略大于TB胶粉与SBS复合改性沥青混合料AC-16。这主要是因为，AC-16级配混合料在使用相同沥青的条件下，最大弯拉应变通常小于AC-13级配［6］。事实上，从不同沥青样品低温劲度主曲线的比较来看，TB胶粉改性沥青的低温蠕变劲度明显小于SBS改性沥青［7］。

从以上试验结果可以看出:复合改性沥青混合料AC-16与SBS AC-13相比，具有突出的疲劳性能，疲劳寿命为SBS改性沥青混合料的1.5～4.5倍;其高温抗车辙性能、水稳定性与SBS改性沥青混合料相当，抗水损害能力略好于SBS改性沥青混合料。同时，复合改性沥青混合料AC-16的低温最大弯曲应变略小于SBS改性沥青混合料，这主要是由于级配不同所造成的。因此，复合改性沥青在其他性能与SBS改性沥青相当的情况下，在疲劳性能方面具备更优秀的表现，对于提高路面的耐久性具有极为重要的意义，同时可节约后期的养护成本。

3 试验段施工与检测

3.1 试验段施工

由于TB胶粉与SBS复合改性沥青的黏度比SBS改性沥青略高，要求施工组织紧凑，拌合温度、摊铺温度和碾压温度比SBS改性沥青略高;要求复合改性沥青加热温度为180℃～190℃，集料加热温度为190℃～200℃，混合料出厂温度为185℃～195℃。除此之外，整体工序流程与SBS改性沥青混合料施工无太大差别。

表4 冻融劈裂强度比试验结果

表5 混合料低温弯曲试验结果

对于TB胶粉与SBS复合改性沥青混合料的碾压，现有的经验并不是很多，因此在施工初期对碾压的温度、速度和遍数进行了摸索。最终初压采用钢轮压路机振动碾压 1～2遍，温度控制在 170℃左右;复压采用振动压路机综合碾压4遍左右，碾压温度必须保证在130℃以上;终压采用振动压路机碾压1～2遍。现场观测，在6～8遍的压实之后未发生过振的现象。综合考虑摊铺机和压路机的协同作用，现场共配有4台钢轮压路机参与压实，以保证压实的次数和效果。边角部分使用小型振动压路机碾压。碾压过程中，压路机的喷水壶中应灌入肥皂水，防止压实机轮粘起混凝土。总体而言，TB胶粉与SBS复合改性沥青混凝土和传统沥青混合料相比，黏度略高，硬度略大，在保证相同压实度的条件下，摊铺和压实的温度比SBS改性沥青混合料略微提高。

3.2 试验路检测

铺筑结束后进行了例行的压实度、构造深度、摆式摩擦、渗水等现场检测试验，检测指标均满足要求。

(1)压实度。现场钻芯取样，将芯样带回实验室进行密度测试，改性沥青上面层压实度平均值达到98%，满足要求。具体检测数据见表6。

(2)构造深度。现场采用铺砂法进行构造深度的检测，结果满足要求，见表7。

(3)摆式摩擦值。现场采用摆式摩擦仪进行试验，检测结果满足要求，见表8。

表6 钻芯取样试验结果

表7 构造深度检测结果

表8 摆式摩擦检测结果

(4)渗水试验。渗水试验结果见表9，检测结果为无渗水。

表9 渗水检测结果

4 结语

通过试验路现场施工情况发现，TB胶粉与SBS复合改性沥青可以像常规SBS改性沥青一样进行施工应用，不需要像湿法橡胶沥青那样对拌合楼的泵送设备进行改造，施工难度较传统橡胶沥青大幅降低。从施工情况来看，复合改性沥青的黏度略大于SBS改性沥青，对施工作业质量要求更高。混合料运输过程中的保温工作必须做好，摊铺机行走速度不宜大于3 m·min－1，拌和、摊铺、碾压的温度略高，到场温度保持在180℃左右，初压起振温度控制在170℃左右，复压保证在130℃以上。

从本次试验路所用TB胶粉与SBS复合改性沥青混合料AC-16与SBS AC-13混合料的性能对比来看，TB胶粉与SBS复合改性沥青混合料AC-16在高温抗车辙性、水稳定性相当且抗水损害性能略好的情况下，疲劳性能方面具有突出的表现，疲劳寿命为SBS改性沥青混合料的1.5～4.5倍，对提高路面耐久性具有重要的意义。TB胶粉与SBS复合改性沥青混合料AC-16的低温最大弯曲应变小于SBS AC-13混合料，但依然满足河北省地方规范，这可能是由于采用AC-16级配造成的，与改性沥青无关。

［1］ 丛培瑞.橡胶粉改性沥青储存稳定性及性能评价指标研究［D］.济南:山东大学，2008.

［2］ 董慧珠.橡胶沥青透水应力吸收层混合料的研究及应用［D］.济南:山东大学，2008.

［3］ 李海滨，盛燕萍.脱硫橡胶沥青试验研究［J］.武汉理工大学学报，2013，35(5):50-54.

［4］ 李 萍，孙国伟，王 伟，等.抗车辙剂和SBS对热拌沥青混合料高温与低温性能的影响［J］.兰州理工大学学报，2014，40(6):131-135.

［5］ 黄卫东，吕 泉，柴冲冲.TB+SBS复合改性沥青的性能［J］.建筑材料学报，2016，19(3):522-527.

［6］ 黄卫东，吕 泉，柴冲冲.Terminal Blend胶粉改性沥青的复合改性研究［J］.建筑材料学报，2016，19(1):111-118.

［7］ 吕 泉，黄卫东，柴冲冲.Terminal Blending橡胶沥青的特性与应用前景［J］.重庆交通大学学报:自然科学版，2014，33(4):51-55.