温拌胶粉改性沥青混合料性能研究

张玉军

（山西交通控股集团有限公司 运城北高速公路分公司，山西 运城 044000）

0 引言

目前高等级公路路面普遍使用沥青路面，沥青混合料的生产和应用在能源消耗和温室气体排放方面对环境产生了较大负面影响[1]。为了解决这个问题，降低沥青混合料的生产温度一直是路面材料研究领域的热门话题，并且已有一些技术可以有效地减少环境影响，降低施工作业人员的健康和安全风险，产生了很好的社会效益[2]。根据生产温度的不同，沥青混合料可以分为热拌沥青混合料（大于150℃），温拌沥青混合料（100℃～150℃）和冷拌沥青混合料（0～40℃）。尽管冷拌沥青混合料具有降低能源消耗的优点，但是与热拌沥青混合料相比，其耐久性存在一些问题，因此在大交通量的路面中使用冷拌沥青混合料受到限制[3-5]。

由废旧轮胎制备的胶粉可以提高沥青混合料的抗疲劳性能、抗车辙性能，从而提高路面的耐久性。此外，胶粉可以改善路面防滑性能，减少路面噪声，并可以继续回收利用。尽管如此，在沥青混合料中掺入胶粉会增加沥青的黏度，因此需要较高的生产温度（大于175℃）才能确保集料被均匀裹覆。已有研究显示，使用温拌添加剂，可以降低沥青在高温下的黏度，从而降低沥青混合料的生产温度。研究在135℃、155℃和175℃下使用壳牌90号基质沥青、15%掺量的胶粉（以沥青重量计）和温拌添加剂Sasobit制备胶粉改性沥青混合料，并对其性能进行测试。

1 材料与试验设计

1.1 集料

集料材质为石灰岩碎石，表1为集料的技术指标。矿粉为同材质石灰岩矿粉填料。

表1 集料的技术指标

1.2 胶粉

胶粉通过低温研磨技术生产，通过方孔筛筛分后的结果及其他技术指标如表2所示，其主要化学成分见表3。

表2 胶粉技术指标

表3 胶粉主要化学成分

1.3 温拌添加剂

温拌添加剂Sasobit可以在高于120℃的温度下完全溶于沥青，降低沥青的黏度，因此可降低沥青混合料的生产温度。同时，由于其在低于65℃下产生结晶，可以提高沥青混合料的抗车辙性能。研究中，温拌添加剂Sasobit的掺量为3%（以沥青重量计）。

1.4 级配

选用壳牌90号基质沥青，沥青混合料级配选用AC-13类型，各档料筛孔通过率见表4。

表4 AC-13级配曲线

2 试样制备及试验方法

2.1 试样制备

温拌胶粉改性沥青的制备过程中，分别在135℃、155℃和175℃试验条件下，采用普通搅拌的方式以300 r/min速度将胶粉、Sasobit和90号沥青混合搅拌60 min，从而制备得到温拌胶粉改性沥青。

2.2 试验方法

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）[6]中T0625—2011进行沥青黏度试验。根据T0729—2000和T0733—2011，采用浸水马歇尔试验方法和肯塔堡飞散试验方法检测各种沥青混合料试件的水稳定性和粒料损失。根据T0719—2011，在60℃下使用胎压为0.7 MPa的加载轮进行试验并计算动稳定度。

3 高掺量细胶粉体积特性与路用性能分析

3.1 沥青黏度试验

图1为温拌添加剂Sasobit在3%掺量条件下，基质沥青和胶粉改性沥青的黏度。从图1可见，由于沥青是黏弹性材料，各种沥青随着温度变化的趋势基本相同，均呈现逐步降低。在不同温度条件下，胶粉改性沥青的黏度要高于基质沥青（135℃试验条件下黏度最高）。当试验温度继续升高，二者的黏度差值变小。无论是基质沥青还是胶粉改性沥青，加入温拌添加剂Sasobit都会使沥青黏度降低。

图1 沥青的黏度试验

3.2 飞散试验结果

图2显示了各种沥青混合料的肯塔堡飞散试验损失。从图中可以看到，不同沥青混合料随着生产温度的降低，粒料损失率呈增加趋势。与90号基质沥青对比组相比，所有胶粉沥青混合料均具有更高的质量损失，显示胶粉沥青混合料的耐磨性较差。尽管如此，仅有胶粉改性沥青混合料在135℃条件下试验组的质量损失大于20%，其他各组均满足规范要求，具有足够的抗磨损性能。

图2 沥青混合料飞散损失

3.3 水稳定性试验结果

从图3可以看到，不同沥青混合料试件的残留稳定度值受温度影响较大。随着温度的降低，各种沥青混合料的残留稳定度逐渐降低。在135℃条件下，不同沥青混合料试件残留稳定度都不能达到规范的要求，这是因为太低的拌和温度使沥青不能完全裹覆集料，增大了混合料的水损坏概率。当生产温度为155℃和175℃时，残留稳定度值均满足规范不小于85%的要求，且胶粉改性沥青混合料试验值均高于普通沥青混合料组，这是因为在此温度下，胶粉沥青的黏度大，增大了沥青砂浆的黏度，提高了混合料的抗水损性。使用温拌添加剂后，均不同程度地提高了混合料的残留稳定度。

图3 不同沥青混合料的残留稳定度

3.4 车辙试验结果

图4为车辙试验的结果。可以观察到，135℃成型试验条件下，各组沥青混合料的车辙试验结果均低于其他两个温度下试验值，155℃试验组和175℃试验组的结果较为接近。这是因为135℃成型试验条件下，沥青黏度太大影响了混合料的均匀性。同时可以观察到，使用了温拌添加剂Sasobit后，沥青混合料的动稳定度均有不同程度的提高，这是因为Sasobit本身也是一种高温抗车辙剂，在低于65℃下产生结晶而提高了沥青混合料的抗车辙性能。

图4 不同沥青混合料的动稳定度

4 结论

该研究在不影响沥青混合料性能的情况下，添加温拌添加剂Sasobit，分析降低生产温度后制备温拌胶粉改性沥青混合料（胶粉掺量为15%）的可行性。试验所得结论如下：

a）沥青黏度试验表明，90号沥青提供了足够的可加工性，可用于在155℃的温度下生产温拌胶粉改性沥青混合料。

b）为了降低生产温度，使用了有机温拌添加剂Sasobit，可以改善胶粉改性沥青与集料的黏附性，提高沥青混合料的水稳定性和抗车辙性能。使用3%掺量的温拌添加剂可使胶粉改性沥青混合料的生产温度降低20℃，其高温抗车辙性能、水稳定性等路用性能满足规范要求。