1. 引言
国外对胶粉沥青相关技术的研究、应用比较早，但大规模适用最近50年的事，代表国家有美国、澳大利亚、南非等 [1] [2] [3]。我国橡胶沥青是在上世纪八十年代开始研究“废轮胎胶粉”修筑沥青路面技术，但是由于废胎胶粉加工成本、缺乏工业化加工橡胶沥青设备等问题，大规模应用受到一定局限性。
胶粉沥青混合料的加工分为干法与湿法工艺 [4] [5]，干法工艺 [6] 是指胶粉与连接剂按照比例配好，在干拌时加入拌锅与集料一起干拌，然后加入沥青，胶粉颗粒作为细集料使用，由此矿料需采用间断型级配。湿法工艺 [7] 是指橡胶沥青预加工作为成品沥青加在拌锅内拌和，矿料为连续级配。孙大权等 [8] [9] 研究证实干法工艺，橡胶粉主要部分充当为集料对沥青基本没有改性作用，湿法工艺可以起到改善沥青性能的作用。胶粉复合改性沥青是将橡胶沥青与SBS改性沥青的各自特性进行优势融合，从而提高沥青混合料的路用性能 [10]。基于此，本文以内蒙古自治区某高速公路为依托，按照马歇尔设计方法分别从高温抗车辙、水稳定性、低温抗开裂三个方面，对胶粉复合改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料性能进行对比研究，为胶粉复合改性沥青混合料的进一步推广应用提供参考。
2. 原材料
2.1. 胶粉复合改性沥青
胶粉复合改性沥青为施工单位现场加工，其加工工艺流程为：1) 将90#基质沥青升温至165℃~175℃，泵入生产罐，按外掺3%的比例加入芳烃油，向生产罐中按外掺2%的比例加入SBS4303改性剂；2) 将基质沥青、芳烃油和SBS改性剂的混合物通过胶体磨高速剪切后送入发育罐，保持170℃~175℃发育温度2~3小时，期间保持发育罐连续运转；3) 将成品SBS改性沥青泵入生产罐(须将沥青温度提升至180℃~190℃)，按外掺18%的比例加入橡胶粉；4) 将SBS成品改性沥青与橡胶粉混合后通过胶体磨送入发育罐；5) 在发育罐中按外掺0.1%的比例加入稳定剂同时保证发育罐温度在185℃~190℃连续搅拌2~3小时，即完成橡胶复合改性沥青加工。依据《路用硫化橡胶粉改性沥青》指标要求检测其性能，检测结果见表1。
2.2. SBS沥青
SBS改性沥青加工工艺：将90#A级石油沥青加热至165℃~175℃，加入SBS改性剂，将基质沥青与SBS改性剂经导热油加热至180℃，以15~20 t/h的流速通过胶体磨剪切；混合物在熟化罐进行发育，温度降至170℃机械搅拌12 h，以备使用。依据《公路沥青路面施工技术规范》 [11] JTG F40-2004指标要求，其性能检测结果见表2。
Table 1. Rubber powder composite modified asphalt test results
表1. 胶粉复合改性沥青检测结果
Table 2. SBS modified asphalt testing index
表2. SBS改性沥青检测指标
2.3. 集料
粗细集料岩性均为玄武岩，矿粉岩性为石灰岩，性能检测指标均满足规范要求，粗集料检测结果见表3细集料检测结果见表4。
3. 配合比设计
3.1. 级配确定
用于对比研究的橡胶复合改性沥青混合料与SBS沥青混合料采用相同的AC-20级配，试验采用马歇尔设计方法进行设计，目标配合比级配曲线见图1。
Table 3. Summary table of coarse aggregate testing results
表3. 粗集料检测结果汇总表
Table 4. Summary table of fine aggregate testing results
表4. 细集料检测结果汇总表
Figure 1. Mineral material synthesis grading
图1. 矿料合成级配
3.2. 确定最佳沥青用量
分别按照马歇尔设计方法确定最佳沥青用量，SBS改性沥青AC20混合料采用4.0%、4.3%、4.6%沥青含量，胶粉复合改性沥青AC20混合料采用5.0%、5.3%、5.6%沥青含量进行马歇尔击实试验。SBS沥青AC-20混合料的体积指标结果见表5，胶粉复合改性沥青AC-20混合料的体积指标结果见表6。
根据上述体积指标结果，采用图解法确定最佳沥青用量。SBS沥青混合料最佳沥青用量4.3%，胶粉复合改性沥青混合料最佳沥青用量5.3%。由于胶粉复合改性沥青的粘度高于SBS改性沥青，在进行配合设计时，胶粉复合改性沥青的沥青用量明显大于SBS改性沥青用量。
Table 5. SBS asphalt mixture marshall test results
表5. SBS沥青混合料马歇尔试验结果
Table 6. Marshall test results of rubber powder compound modified asphalt
表6. 胶粉复合改性沥青马歇尔试验结果
4. 路用性能对比分析
4.1. 高温抗车辙性能
车辙试验是评价沥青混合料在规定温度下抵抗塑性流动变形能力的方法，通过板块状试件与车轮之间的往复相对运动，使试件在车轮的重复荷载作用下，产生压密、剪切、推移和流变从而产生车辙。根据确定的级配以及最佳沥青用量，室内成型沥青混合料车辙试件，采用60℃动稳定度进行结果的评价，实验结果见图2。
Figure 2. Dynamic stability test results
图2. 动稳定度实验结果
从图2试验结果可以看出，胶粉复合改性沥青与SBS改性沥青沥青混合料均满足施工技术规范要求，且胶粉复合改性沥青动稳定度相对于SBS改性沥青动稳度提高了33.4%，试验结果表明前者高温稳定性明显优于后者。
4.2. 水稳定性
水损害是沥青路面的主要病害之一。水损害是沥青路面在水和冻融反复循环的作用下，由于汽车荷载的作用，进入路面空隙的水不断产生动水压力或者真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的空隙，使沥青粘结力降低，沥青膜从集料表面剥离，继而引发沥青混合料掉粒、松散，产生路面坑槽、变形等损坏。通过室内冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验评价混合料的水稳定性，试验结果见图3和图4。
Figure 3. Results of immersed Marshall specimens
图3. 浸水马歇尔试件结果
Figure 4. Freeze-thaw split test comparison
图4. 冻融劈裂试验比对
从图3、图4可以看出，胶粉复合改性沥青AC-20C与SBS改性沥青AC-20C混合料残留稳定度和冻融劈裂强度试验均满足施工技术规范要求，胶粉复合改性沥青的水稳定相比较于SBS改性沥青水稳定性冻融劈裂试验提高了3.5%、浸水马歇尔试验提高了0.7%，两者水稳定试验结果没有显著性差异，说明两种沥青成型的沥青混合料水稳定水平相当。
4.3. 低温性能
低温弯曲试验可以得到破坏应变、抗弯拉强度、劲度模量三个指标，并以破坏应变作为主要评价指标。低温弯曲试验常用小梁来评价，即由轮碾成型后切制的长250 mm ± 2.0 mm、宽30 mm ± 2.0 mm、高35 mm ± 2.0 mm的小梁，其跨径为200 mm ± 0.5 mm。采用试验温度−10℃，加载速率为50 mm/min的速率。低温弯曲实验结果见图5。
Figure 5. Low temperature bending test results
图5. 低温弯曲试验结果
根据图5可以看出，两者低温弯曲试验结果均满足施工技术规范要求 [11]。胶粉复合改性沥青AC-20C沥青混合料的低温性能的最大弯拉应变相较于SBS改性沥青提高弯曲试验提高2.5%，两者试验结果没有显著性差异，说明两者低温抗开裂性能水平相当。
5. 结论
1) 胶粉复合改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料对比研究发现，高温性能胶粉沥青较SBS改性沥青提高了33.4%，水稳定性提高了3.5%、浸水马歇尔试验提高了0.7%，低温弯曲的最大弯拉应变提高了2.5%。综合高温、低温、水稳定性对比，胶粉复合改性沥青针对于SBS改性沥青高温性能优势更为明显，其他路用性能没有显著性优势。
2) 由于胶粉复合改性沥青的粘度高于SBS改性沥青，容易在集料表面裹敷较厚沥青膜，因此在配合比设计中胶粉复合沥青的沥青用量要大于SBS改性沥青，为后续胶粉复合沥青混合料配合比设计提供参考。
NOTES
*通讯作者。