TLA+废胶粉复合改性沥青混合料路用性能研究*

2020-12-07冯新军李旺张喆

公路与汽运 2020年6期

冯新军，李旺，张喆

(1.长沙理工大学道路结构与材料交通行业重点实验室，湖南长沙 410114；2.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410114)

特立尼达湖沥青(TLA)是一种高品质天然沥青，将它作为改性剂加入普通道路石油沥青中，能改善普通道路石油沥青的高温稳定性、与集料的黏附性及耐老化性能。但实际工程应用中发现，TLA对沥青混合料低温抗裂性提高不明显甚至有所降低。

将粒径较细的橡胶粉按一定计量添加到基质沥青中，在高温下进行剪切、搅拌，经过溶胀发育得到废胶粉改性沥青。废胶粉改性沥青的路用性能优于普通沥青混合料，主要表现为其高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和耐疲劳性明显提高。为提高TLA改性沥青混合料的低温抗裂性能，采用废胶粉和TLA对基质沥青进行复合改性。

1 试验材料

1.1 沥青

基质沥青采用阿尔法A级70#道路石油沥青。TLA改性沥青采用40%TLA与基质沥青在170 ℃条件下拌和40 min制得。TLA+废胶粉复合改性沥青的掺配比例分别为10%TLA+10%废胶粉和20%TLA+10%废胶粉。制备工艺为：依次将TLA和废胶粉按比例加入基质沥青中混合均匀，在180 ℃条件下高速剪切60 min，然后在160 ℃烘箱中发育60 min。TLA改性沥青和TLA+废胶粉复合改性沥青的主要技术性质见表1。

表1 3种改性沥青的技术性质

1.2 矿料

粗集料采用玄武岩碎石，细集料采用玄武岩机制砂和石屑，填料为石灰岩磨制而成的矿粉。对矿料技术性质进行测试，结果见表2～4，均满足规范要求。

1.3 沥青混合料配合比设计

采用马歇尔试验配合比设计方法分别对10%TLA+10%废胶粉复合改性沥青AC-13混合料、20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青AC-13混合料、40%TLA改性沥青AC-13混合料进行配合比设计，结果见表5，均符合规范要求。

表2 矿粉的技术性质

表3 粗集料的技术性质

表4 细集料的技术性质

表5 3种改性沥青AC-13混合料配合比设计

2 改性沥青混合料路用性能研究

2.1 高温稳定性

通过车辙试验评价10%TLA+10%废胶粉复合改性沥青AC-13混合料、20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青AC-13混合料、40%TLA改性沥青AC-13混合料的高温稳定性，试验结果见图1。

图1 3种改性沥青混合料车辙试验结果

由图1可知：3种改性沥青混合料的动稳定度均高于规范要求(2 800次/mm)，高温稳定性良好；动稳定度大小为40%TLA改性沥青混合料>20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料>10%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料，但相差不大，40%TLA改性沥青混合料的动稳定度仅比20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料高4.8%，表明3种改性沥青混合料的高温稳定性差异较小。

再次采用汉堡车辙试验评价3种沥青混合料的高温稳定性。在60 ℃空气浴中，通过对钢轮施加恒定的力完成对试件的反复加载，直至试件产生20 mm变形或钢轮往返20 000次时试验终止。试验结果见图2。

图2 3种改性沥青混合料汉堡车辙试验结果

由图2可知：经过20 000次往返荷载作用后，3种改性沥青混合料的车辙深度均在20 mm以内，其高温稳定性均满足要求。荷载作用10 000次之前，3种沥青混合料的车辙深度相差很小；作用10 000次之后，40%TLA改性沥青混合料的车辙深度增长变缓，而2种TLA+废胶粉复合改性沥青混合料的车辙深度仍然平稳增长。在相同往返荷载作用次数下，3种混合料的车辙深度大小为10%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料>20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料>40%TLA改性沥青混合料，40%TLA改性沥青混合料的高温稳定性最好，其次是20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料，10%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料的高温稳定性最差，与常规车辙试验评价结果相同。但与常规车辙试验所得动稳定度相比，汉堡车辙试验获得的3种沥青混合料的车辙深度差异更明显，更能准确区分其高温稳定性。

2.2 低温抗裂性

通过低温弯曲试验评价3种改性沥青混合料的低温抗裂性，试验结果见表6。

表6 3种改性沥青混合料低温弯曲试验结果

从表6可看出：3种改性沥青混合料的最大弯拉应变均满足规范要求。TLA+废胶粉复合改性沥青混合料的最大弯拉应变比TLA改性沥青混合料的大，而劲度模量更小，表明掺入废胶粉能增大沥青混合料在低温时的韧性。3种混合料的最大弯拉应变大小为10%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料>20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料>40%TLA改性沥青混合料，10%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料的低温抗裂性最好，其次是20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料，40%TLA改性沥青混合料的低温抗裂性最差。与40%TLA改性沥青混合料相比，10%TLA+10%废胶粉、20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料的低温抗裂性分别提高24.9%和20.7%。

2.3 水稳定性

通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价3种改性沥青混合料的水稳定性，试验结果见表7、表8。

从表7可看出：3种改性沥青混合料的残留稳定度都满足规范要求，其水稳定性均良好；且其残留稳定度相差很小，水稳定性接近。

从表8可看出：3种改性沥青混合料的残留强度比都满足规范要求，其水稳定性均良好。残留强度比大小为20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料>40%TLA改性沥青混合料>10%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料，20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料的水稳定性最好，其次是40%TLA改性沥青混合料，10%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料的水稳定性最差。

表7 3种改性沥青混合料浸水马歇尔试验结果

表8 3种改性沥青混合料冻融劈裂试验结果

2.4 耐疲劳性

通过四点弯曲疲劳寿命试验评价3种改性沥青混合料的耐疲劳性。采用应变控制模式，应变水平分别为450、550和650 με，试验温度为15 ℃。试验结果见图3。

图3 3种改性沥青混合料疲劳寿命曲线

由图3可知：3种改性沥青混合料的疲劳寿命随应变水平的增大逐渐减少。同一应变水平下，3种混合料的疲劳寿命大小为10%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料>20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料>40%TLA改性沥青混合料，10%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料的耐疲劳性最好，其次是20%TLA+10%废胶粉复合改性沥青混合料，40%TLA改性沥青混合料的耐疲劳性最差。这可能是由于废胶粉的掺入增强了混合料的弹性，从而提高了沥青混合料的耐疲劳性。