天然岩沥青/橡胶粉复合改性沥青混合料路用性能研究

摘要：为了探究阿尔巴尼亚岩沥青（简称ARA）和橡胶粉的复合改性对沥青混合料路用性能的影响，文章基于车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来研究改性沥青混合料的路用性能。结果表明：ARA/橡胶粉复合改性沥青具有良好的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和水稳定性能；ARA的掺入会降低基质沥青的低温抗裂性能，而橡胶粉的掺入能提高基质沥青的低温抗裂性能。

关键词：阿尔巴尼亚岩沥青；橡胶粉；改性沥青；路用性能

中图分类号：U416.03

0 引言

沥青路面经常出现裂缝、车辙等病害［1］，导致其实际寿命达不到规范的设计寿命。为提升路面的使用质量，延长沥青路面服役寿命，可将改性剂掺入沥青［2］，起到提高沥青性能的作用。改性剂的种类有很多，其中天然岩沥青改性剂是一种石油类物质，其与基质沥青有较好的配伍性，且对沥青和沥青混合料的高温性能、抗老化性能以及水稳定性有较好的提高［3］，但是会影响低温抗裂性能［4］。与此同时，橡胶粉能改善基质沥青的低温性能［5］，故本文尝试添加橡胶粉来弥补天然岩沥青对沥青低温性能的损害。

潘若妤等［6］的研究表明，岩沥青可以提高复合改性沥青的高温性能，但会稍微降低其低温性能。Yilmaz等［7］以不同的天然沥青与SBS作为复合改性剂制得多种复合改性剂，进行试验对比，结果表明，TLA-SBS复合改性沥青具有最高的水稳定性、抗老化性能。秦慧［8］对青川岩沥青+胶粉复合改性沥青进行研究，得出青川岩沥青可提升胶粉改性沥青的高温性能，且对胶粉改性沥青的低温性能影响不大的结论。

综上所述，阿尔巴尼亚岩沥青（简称ARA）和橡胶粉复合改性沥青有一定的理论应用基础，因此本文以阿尔巴尼亚岩沥青（一种天然岩沥青）、橡胶粉和基质沥青为试验材料来研究改性沥青混合料的路用性能。

1 试验材料

（1）本试验采用A-70#道路石油沥青，其技术指标见表1。

（2）本试验采用的天然岩沥青为阿尔巴尼亚岩沥青，其技术指标见表2。

（3）本试验采用的橡胶粉技术指标见表3。

（4）本试验粗细集料为辉绿岩集料，其性能试验结果如表4和表5所示，其主要的技术指标均满足规范要求。

（5）本试验采用石灰石矿粉，主要技术指标见表6。

2 试验方法

2.1 复合改性沥青的制备

将70#基质沥青放入烘箱加热至160 ℃，再依次将改性剂掺入沥青中，同时用玻璃棒搅拌使其初步分散均匀。之后采用高速剪切机剪切沥青1 h，剪切速率为6 000 r/min。将剪切后的改性沥青放入175 ℃烘箱中溶胀发育1 h。本文研究采用的改性剂掺量分别为：10%ARA、10%橡胶粉、10%ARA+10%橡胶粉。

2.2 矿料级配组成设计

改性沥青混合料主要用于路面上面层，而上面层一般采用细粒式密集配，故本文选用AC-13型连续密集配。为确保试验研究的可重复性和对比分析，采用AC-13级配范围中值作为矿料合成级配。混合料最佳油石比通过试验确定为5.0%。

2.3 高温抗车辙试验

采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）（以下简称规程）中的方法轮碾法来成型车辙板试件，然后将试件放入车辙试验仪中进行试验，以此评价混合料高温抗车辙性能。试验温度采用70 ℃±1 ℃，荷载轮压为1.0 MPa±0.05 MPa。

2.4 低温弯曲试验

根据规程中的方法将车辙板切割成250 mm×30 mm×35 mm的小梁试件，然后将试件放入低温弯曲试验仪中进行试验，以此评价混合料低温抗裂性能。试验温度为0 ℃和-10 ℃，加载速率为50 mm/min。

2.5 水稳定性试验

根据规程中的方法采用最佳油石比成型马歇尔试件，每种沥青混合料均成型两组试件，然后将试件置于60 ℃的恒温水浴中浸泡，第一组30 min，第二组48 h，浸泡结束后进行试验，以此评价混合料的水稳定性能。

3 结果分析

3.1 高温抗车辙性能

车辙试验结果取三次试验平均值，具体数值见图1。分析可知，由基质沥青和ARA/橡胶粉复合改性沥青的动稳定度可以看出，掺入ARA和橡胶粉，会使沥青混合料的动稳定度增加，表明其抗车辙性能增强。复合改性沥青混合料动稳定度约为基质沥青的5倍，说明ARA/橡胶粉复合改性沥青抗车辙性能得到增强，抗永久变形能力得到提升。

3.2 低温抗裂性能

低温弯曲试验结果如图2～5所示。分析图2和图3可知，在0 ℃时，掺入10%ARA的沥青混合料的弯拉应变值最低，其值为4 027 με，掺入10%橡胶粉的最高，其值为8 065 με；在-10 ℃时，掺入10%ARA的沥青混合料的弯拉应变值最低，其值为2 511 με，掺入10%橡胶粉的最高，其值为4 036 με。同时，ARA/橡胶粉复合改性沥青低温性能相对于橡胶沥青有所下降但比基质沥青高。综合分析可以得到，橡胶粉的掺入会提高沥青的低温抗裂性能，ARA的掺入会削弱沥青的低温抗裂性能。

分析图4和图5可以得出，在0 ℃时，掺入10%ARA的沥青混合料的劲度模量值最大，其值为587 MPa，掺入10%橡胶粉的沥青混合料的劲度模量值最小，其值为311 MPa；在-10 ℃时，掺入10%ARA的沥青混合料的劲度模量值最大，其值为3 568 MPa，掺入10%橡胶粉的沥青混合料的劲度模量值最小，其值为2 037 MPa。同时，ARA/橡胶粉复合改性沥青低温性能相对于橡胶沥青有所下降但比基质沥青高。综合分析可以得到，ARA的掺入会削弱沥青的低温抗裂性能，橡胶粉的掺入会提高沥青的低温抗裂性能。

3.3 水稳定性能

浸水马歇尔和冻融劈裂试验结果如图6和图7所示。由图6可知，ARA、橡胶粉和ARA/橡胶粉复合改性沥青混合料的残留稳定度均高于基质沥青，且ARA/橡胶粉复合改性沥青最大。这表明在掺入ARA和橡胶粉后沥青混合料的水稳定性提高，ARA/橡胶粉复合改性沥青提升效果最好。

由图7可知，ARA、橡胶粉和ARA/橡胶粉复合改性沥青混合料冻融前后的劈裂抗拉强度都大于基质沥青，故掺入ARA和橡胶粉均能增大抗拉强度。掺入10%ARA+10%橡胶粉时冻融前后其抗拉强度增加最多，表明ARA/橡胶粉复合改性沥青混合料水稳定性的提升效果最好。

4 结语

本文通过对ARA、橡胶粉和ARA/橡胶粉复合改性沥青混合料进行车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来研究改性沥青混合料的路用性能。可以得出以下结论：

（1）ARA/橡胶粉复合改性沥青具有良好的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和水稳定性能。

（2）基质沥青中掺入ARA和橡胶粉能提高基质沥青的高温抗车辙性能。

（3）ARA的掺入会降低基质沥青的低温抗裂性能，而橡胶粉的掺入能提高基质沥青的低温抗裂性能。

参考文献

［1］张文强.半刚性基层沥青路面早期病害及其防治［J］.石材，2023（10）：30-32.

［2］陈 栩，李 丽，姜云天.改性沥青的发展综述［J］.四川建材，2018，44（5）：20-21.

［3］陆兆峰，何兆益，秦 旻.采用天然岩沥青改性的沥青混合料路用性能［J］.中南大学学报（自然科学版），2010，41（6）：2 407-2 411.

［4］王如先.天然沥青对道路石油沥青路用性能的影响研究［J］.华东交通大学学报，2018，35（4）：21-29.

［5］王卫雷，马 柱，李大为，等.胶粉掺量对橡胶改性沥青低温性能的影响［J］.城市道桥与防洪，2021（6）：278-281，29.

［6］潘若妤，孙晓民，陈彦先，等.SBS/岩沥青复合改性沥青基本性能研究［J］.重庆交通大学学报（自然科学版），2009，28（3）：548-550.

［7］Yilmaz M，Qeloglu M E.Effects of SBS and different natural asphalts on the properties of bituminous binders and mixtures［J］.Construction amp; Building Materials，2013（44）：533-540.

［8］秦 慧.国产岩沥青与TB胶粉复合沥青性能及改性机理研究［J］.公路工程，2017，42（5）：364-372.

收稿日期：2024-03-17

作者简介：巫雪潇（1990—），工程师，主要从事公路勘察设计工作。