直投式橡胶粉与SBS复合改性沥青在沥青路面中的应用初探

栾轶博 ，　李志刚 ，　徐 磊，　胡宇峰

(1.解放军理工大学，江苏 南京 210007；2.中国交建第三工程局有限公司，湖北 武汉 430700)



直投式橡胶粉与SBS复合改性沥青在沥青路面中的应用初探

栾轶博1，李志刚1，徐 磊1，胡宇峰2

(1.解放军理工大学，江苏 南京 210007；2.中国交建第三工程局有限公司，湖北 武汉 430700)

当前飞速发展的交通对道路质量提出了更高的要求，SBS改性沥青路面初显性能不足的弊端。将普通胶粉与反应剂在工厂中预混，得到直投式胶粉，该胶粉可直接投入拌缸与SBS改性沥青生成橡胶粉与SBS复合改性沥青混合料。通过飞散试验、胶结料、混合料试验，结合工程应用情况最终得出结论：该法制得的沥青混合料在路用性能方面优于SBS改性沥青，更适用于一些诸如长大陡坡、桥面和重载交通的地方。

复合改性沥青；干法；直投式胶粉；路用性能

1 橡胶粉与SBS复合改性沥青研究的必要性

SBS改性沥青是当今应用最为广泛的改性沥青，因其具有优良的耐久性和高温稳定性一直深受国内外道路建设者的青睐。然而，历经近20 a的发展，我国SBS改性沥青技术在趋于成熟的同时，其一些弱点也开始突显(低温性能差，抗裂性能不足等)。加之现代交通呈现出的新特点，如交通量急剧增加，车辆轴重日渐增大，超载现象普遍，再加上承受荷载的沥青混凝土面层直接暴露在高低温极端变化产生的温度应力作用下，这些都对路面材料尤其是沥青品质提出了更高的要求。近年来全国各地以SBS改性沥青混合料为面层材料建成通车的高等级公路较多出现了大面积的早期损坏，这也直接说明了SBS改性沥青已经逐渐不能满足现代交通对于道路提出的新要求。

在此背景下，国内外许多学者开始探索更高效的沥青改性技术。其中，将两种沥青改性技术结合，得到一种复合改性沥青的研究思路日渐占据主流。初步研究发现，将橡胶粉掺入SBS改性沥青中得到的复合改性沥青有着较好的性能。

2 橡胶法掺入改性沥青干法工艺的改进

2.1 直投式干法工艺的提出

橡胶粉应用在沥青混合料中按工艺分湿法与干法两种[1]。湿法工艺是将橡胶粉作为改性剂加入沥青，经化学反应，重新组合成新分子，以达到改性目的，制备出橡胶沥青及混合料。干法工艺是先将橡胶粉与热矿料拌和，后加入沥青，得到橡胶粉改性沥青混合料。干法工艺相对于湿法优势较为明显，它无需庞大设备或技术改造(湿、干法橡胶沥青加工设备分别见图1、图2)，且混合料生产在拌缸内一次性完成，省去橡胶沥青加工过程，环保又节能，对技术水平要求不高，易被施工单位接受。但是干法工艺中胶粉与沥青反应时间短，导致胶粉与沥青之间的粘附性与水稳性差，因此传统干法工艺应用较少。针对传统干法工艺的这一不足，德国曾使用维他连接剂(TOR)改善，收到了良好的效果，但其价格昂贵。课题组受此启发，自主研发了类似的新型橡胶增强型连接剂(CTOR)[2]，如图3所示，将CTOR应用于橡胶沥青，形成“新型干法工艺”。

新型干法工艺旨在橡胶粉中掺入一定比例的起催化作用的CTOR，加速橡胶粉与沥青的反应。试验发现，经CTOR改性后，混合料中胶粉与沥青的粘附性已达到SBS改性沥青和湿法橡胶沥青的水平，这表明新型干法已解决了传统干法的重大弊端[3]。

实际应用中发现，橡胶粉与CTOR分开投放又出现了新的问题：①胶粉与颗粒状的CTOR在干拌过程中由于融化易粘附在集料上，CTOR的催化作用有所降低，导致混合料中胶粉与沥青的粘附性不佳；②在拌合过程中，橡胶粉与CTOR分别通过信号控制与人工控制进行投送，两种控制方法很难协调，且人工控制易现误差，易导致二者比例与设计值有出入，影响混合料的可靠性。只有将橡胶粉与CTOR通过信号控制同时投送才能保证比例的准确性。为此课题组提出新思路，将CTOR与胶粉在工厂中以设计比例预混，得到一种可以直接投放到集料中的新型橡胶粉，在加入沥青后，反应发生在搅拌及运输过程中，达到改性效果，故得名“直投式橡胶粉”，如图4所示。用风送设备将该胶粉直接投放到集料，喷入沥青搅拌后得到混合料，该工艺称为“直投式干法工艺”。

图1湿法橡胶沥青加工设备图2干法橡胶沥青加工设备 图3新型橡胶增强型连接剂CTOR

图4 直投式CTOR橡胶粉

2.2 直投式胶粉的飞散验证

与分开投放胶粉和CTOR不同，直投式胶粉中的连接剂与胶粉已预先均匀混合，施工和易性、胶粉与沥青间的粘附性、水稳性都表现良好。肯塔堡飞散试验能有效反映沥青与石料之间的粘附效果并判断混合料水稳定性，为此本研究采用该法进行了直投式干法橡胶沥青混合料的性能验证，结果见表1。

表1 飞散试验结果(多组取平均)

注：①为标准飞散试验，②为浸水飞散试验。

预混工艺使胶粉与CTOR混合均匀，最终使混合料表现出良好的和易性。从飞散数据可以看出，使用直投式胶粉时胶粉与沥青间的粘附性、水稳性有较高的提升。

3 胶结料性能验证

沥青胶结料的性能间接反映了混合料的路用性能，因此对该复合改性沥青与各改性沥青胶结料性能的研究不可或缺。依据试验规程[4]进行的各沥青胶结料的试验结果见表2。

表2 不同沥青胶结料性能试验结果

粘度是橡胶沥青评价中最重要的指标。掺加橡胶粉的SBS沥青粘度达到2.8 Pa.s，远超出SBS改性沥青，必然会影响施工和易性；掺加直投式胶粉的沥青粘度降到2.0 Pa.s，接近SBS改性沥青，同时软化点和弹性恢复能力不降反增。说明加入直投式胶粉不但可以保证施工和易性,也能增强橡胶沥青的路用性能。

4 路用性能验证

4.1 级配设计

结合以往施工经验并通过室内试验验证，确定胶粉的掺量为SBS沥青质量的10%，选用优化AC-13C型级配(见表3)[5]。它是一种半间断半连续级配，其结构具有一定的骨架密实性，且无须较多沥青填充空隙，体现了干法橡胶沥青混合料的优势，既保证路面质量又降低了成本。

表3 优化AC-13C建议级配设计范围 %

4.2 路用性能试验

依据试验规程采用车辙、浸水马歇尔、冻融劈裂以及低温弯曲试验,并通过对比评价该复合改性沥青混合料路用性能,结果见表4。

表4 不同沥青混合料路用性能试验结果

可以看出：①高温稳定性方面，SBS+普通胶粉的动稳定性明显优于单一改性沥青，“SBS+直投胶粉”较“SBS+普通胶粉”性能有进一步提升；②水稳定性方面，“SBS+直投胶粉”较其他三种改性都有提升，但直接加普通橡胶粉易导致SBS改性沥青水稳性下降，应是前述普通胶粉与沥青作用不强的缘故；③低温抗裂性方面，“SBS+直投胶粉”性能优于其它三种。综上，直投式干法橡胶粉与SBS复合改性沥青混合料在路用性能方面比单一改性沥青及掺加普通胶粉复合改性沥青混合料有很大的性能提升。

5 工程应用

为了验证直投式干法橡胶粉与SBS复合改性沥青实用性，课题组在咸通高速公路K1+000～K1+600段右幅进行了试验段路面的铺筑工作(见图5～图7)，并对该段路面进行了试验检测和跟踪观测(见表5)。

图5直投式橡胶沥青投送 图6 摊铺外观 图7 沥青混合料样品

表5 试验路段沥青混合料路用性能指标(多组取平均值)

从表中的数据来看，直投式橡胶粉与SBS复合改性沥青混合料路用性能良好，满足规范要求。

6 结束语

直投式橡胶粉与SBS复合改性沥青工艺突出特点为：①采用干法工艺；②采用直投式胶粉。室内试验与咸通高速试验路段的应用情况表明，该法生产的沥青混合料在高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性方面的性能优于SBS改性沥青混合料。综上，直投式橡胶粉与SBS复合改性沥青适用于改性沥青路面。

[1]孙大权，金福根．橡胶沥青路面湿法和干法技术研究进展[J].石油沥青，2008(12):2-5

[2]李志刚，李 聪，蔡敏东.接枝杜仲胶对干法橡胶沥青混合料的改性机理与效果[J].东南大学学报，2014,7(4):845-848

[3]许光宇，李志刚.小浪底专线改造工程CTOR干法橡胶沥青混合料性能研究[J].交通科技，2013(6):90-92

[4]交通运输部公路科学研究院.JTG E20—2011 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2011

[5]张建孔，李志刚，徐 磊.AR-AC-13干法橡胶沥青混合料的集料级配优化[J].国防交通工程与技术，2016，14(2):33-36

A Primary Study of the Application of DVS Rubber Powder and SBS Compound Modified Asphalt to Asphalt Pavement

LUAN YiBo1， LI Zhigang1，XU Lei1，HU Yufeng2

(1.PLA University of Science and Technology,Nanjing 210007,China;2.Highway Engineering Co. Ltd. of the Third Bureau of the Communications Ministry of China,Wuhan 430000,China)

With the rapid development of modern traffic,and with higher quality requirements put forward forthequalityofroads,theSBSmodifiedasphaltpavementbeginstoshowsomedrawbacksinperformance.DVSrubberpowderisobtainedbypremixingordinaryrubberpowderwithreactantsinthefactory.ThiskindofpowdercanbeputdirectlyintothecylindertoobtainrubberpowderandSBScompoundmodifiedasphaltmixture.Byravelingtests,theexperimentalstudyofcementitiousmatterandmixture,andwithpracticalengineeringapplicationstakenintoaccount,afinalconclusionisobtained:thethus-madeasphaltmixtureisbetterthantheSBSmodifiedasphaltinperformance.Itismoresuitableforsomeplacessuchasroadsofabruptslode,bridgepavementsandheavytrafficroads.

composite modified asphalt;dry process;DVS rubber powder;pavement performance

2016-05-09

栾轶博(1994—)，男，硕士研究生，研究方向为道路工程。seulzg@139.com

10.13219/j.gjgyat.2016.05.017

U416.217

A

1672-3953(2016)05-0061-04