王声毅1，杨锡武2，陈畅朗1，邬 俊2
(1.贵州省凯里公路管理局,贵州 凯里 556000；2.重庆交通大学 土木工程学院,重庆 400074)
摘 要：研究了CRP干法改性沥青混合料的施工拌和时间及添加顺序，测试了 CRP干法和湿法改性AC-13沥青混合料的马歇尔性能指标、高温稳定性、水稳定性及低温弯曲性能。通过现场铺筑试验路面，研究和检验了CRP干法改性沥青路面的施工工艺和应用效果。研究结果表明：CRP改性剂在 170 ℃ 拌和20～30 s后可完全熔化，施工中易于控制并能达到改性沥青的要求；CRP干法和湿法改性都能大幅提高沥青混合料的马歇尔稳定度、高温稳定性和水稳定性；干法和湿法改性沥青混合料的拌和、摊铺、压实工艺及施工参数与基质沥青混合料的相近。干法CRP改性沥青路面施工无需添加专用沥青改性设备，适用于地方公路新建或大中修沥青路面工程。
关键词：CRP；改性剂；改性沥青；路用性能；试验路
沥青改性工艺可分为干法和湿法改性2种[1]。湿法改性是在拌和沥青混合料之前，将改性剂和沥青剪切混溶、发育，得到改性沥青，用于拌和沥青混合料。湿法工艺所得成品沥青的质量相对稳定[2]，应用较普遍。但湿法改性沥青必须有剪切设备。对于没有剪切设备的地方公路施工企业，将不能进行沥青改性，只能采购已加工的改性沥青。这将增加工程投资，使得采用湿法改性的改性剂在地方公路路面工程中的应用受到限制。干法工艺是直接将改性剂投入沥青混合料搅拌缸的改性方法，也称直投法[3-4]。由于干法改性是将改性剂直接投放于混合料拌和缸中，改性剂与沥青混溶的时间短、改性条件难以控制，因此，干法工艺在改性效果、质量稳定性及质量评价方面存在着一定的问题。但干法工艺具有适用面广、灵活性强及节能环保等优势。根据添加工艺，改性剂分为2类：①采用湿法工艺添加的改性剂，如：SBS改性剂；②采用干法工艺添加的改性剂，如：硫磺(SEAM)[5-6]、sasobit和抗车辙剂等[7]。考虑到干法和湿法改性剂改性沥青时在添加工艺和混合料性能方面各存在的不足，笔者研究了一种既可以采用湿法也可以采用干法改性的新型改性剂裂化再生废旧塑料(Cracking Recycled Plastic，简称为CRP)，如图1(a)所示[8]。这种新型改性剂能显著改善沥青的高温稳定性，在经济合理的添加比例范围内能使沥青软化点达到70 ℃左右[9]，湿法改性时与沥青具有良好的相容性和存储稳定性，不离析；基于地方公路施工企业缺乏湿法改性沥青设备的现状和CRP干法改性的效果，作者拟研究CRP干法改性沥青混合料AC-13的路用技术性能，并与湿法改性沥青混合料进行对比。通过现场试验，验证CRP干法改性沥青路面施工工艺和实际应用效果，为地方公路因地制宜地改性沥青路面材料选择提供参考。
1.1 干法添加CRP的拌和时间
将烘热到190 ℃左右的石灰岩集料(粒径4.75～13.2 mm) 与CRP在(170±5) ℃拌和锅内进行拌和。CRP改性剂在不同干拌时间下的熔化状况如图1所示。在图1中，(a)为CRP改性剂的形貌，(b)，(c)和(d)分别为不同熔化时间下CRP在集料表面的熔化和粘附状况，观察结果见表1。
图1 CRP改性剂在不同干拌时间条件下的熔化状况
Fig.1 CRP modifier melting state change with mixing time
表1 CRP与集料拌和后随时间的熔化状况
Table 1 CRP modifier melting state change with mixing time
拌和时间/sCRP熔化情况10有大量未熔CRP颗粒。20CRP颗粒大都熔化,熔化的CRP浸润在石料表面,形成浸湿痕迹,石料表面尚有少量变色但未熔化CRP颗粒。30石料表面有均匀的CRP浸润痕迹,没有未熔化CRP颗粒。
从图1和表1中可以看出，在170 ℃左右的拌和温度下，CRP在拌和20～30 s后完全熔化。考虑到现场实际拌和温度的不均匀性和混合料的量较大，建议在干法CRP改性沥青混合料的拌和过程中，在(170±5) ℃条件下，添加CRP的拌和时间。添加顺序为：喷洒沥青后添加CRP，拌和30～40 s；然后，再添加矿粉，以保证CRP的完全溶化，同时避免CRP浸入混合料表面而影响沥青混合料的粘附性。
1.2 干法CRP改性沥青的性能指标
改性沥青的性能测试和效果指标评价是干法改性的难点。本研究通过干法拌制CRP改性沥青混合料，然后利用离心抽提法和阿布森法回收沥青。通过测试回收沥青指标，并将其与基质沥青的进行对比，评价干法CRP对沥青的改性效果。
采用粒径较均匀的集料拌制沥青混合料，不加细集料和矿粉，以免混入抽提沥青中。干法拌制沥青混合料的步骤为：①称取洗净的粒径 4.75 mm 以上的集料3 kg，放入190 ℃烘箱中2 h以上；②按4%油石比，称取70#基质沥青 120 g，并与矿料加入拌和锅，拌和约90 s；③按5.5%质量比的CRP投入混合料中，搅拌30 s；④将拌和好的沥青混合料装入洁净的不锈钢盘中，放置于常温环境下48 h。
取1 500 g混合料进行离心分离，获得沥青抽提液。用旋转蒸发器从抽提液中回收沥青，然后测试回收沥青的针入度、延度及软化点。抽提沥青的3大指标测试结果见表2。
表2 回收沥青的性能指标
Table 2 The properties of the mixture recycled asphalt by dry process
沥青种类软化点/℃25℃针入度/(0.1mm)15℃延度/cm70#基质沥青50.566>1505.5%CRP干法抽提沥青63.742415.5%CRP湿法改性沥青69.33834
从表2中可以看出，干法改性沥青的软化点比基质沥青的提高了13.2 ℃，提高幅度为26.1%，表明干法拌和中的CRP能较好地溶于沥青中，它提高了沥青的性能，但与湿法改性沥青指标相比，其软化点略低。因此，CRP干法改性沥青是可行的。若要提高干法改性沥青的性能指标，可适当增加改性剂的用量。
进行干法和湿法改性沥青混合料马歇尔试验的目的是：研究添加方法对混合料性能的影响，以及2种添加工艺对油石比的影响。
2.1 原材料的性能
试验采用韩国SK70#沥青，软化点46.8 ℃，25 ℃针入度72(0.1 mm)，15 ℃延度>100 cm。
5%CRP湿法改性沥青的软化点63.3 ℃，25 ℃ 针入度57(0.1 mm)，5 ℃延度2.1 cm。
集料和填料均为重庆地区石灰岩，粗集料压碎值18.9%，吸水率0.8%；细集料砂当量70.6%，吸水率1.24%；矿粉表观密度2.701 g/cm3，亲水系数0.3，塑性指数2.8%。原材料性能满足沥青路面施工技术规范要求。混合料级配见表3。
表3 试验混合料的级配和集料密度
Table 3 The gradation and density of aggregate
筛孔孔径/mm筛孔通过率/%表观相对密度/(g·cm-3)16100.0-13.295.52.7479.568.02.7464.7547.12.7352.3633.42.7161.1823.42.7020.615.22.6990.38.72.7010.157.32.6980.0755.22.707
2.2 试验结果及分析
基质沥青、干法和湿法改性沥青混合料的马歇尔试验结果见表4。从表4中可以看出：
1) CRP干法和湿法改性沥青混合料的稳定度都显著高于基质沥青混合料的，干法和湿法改性沥青混合料的马歇尔稳定度增幅分别为 29.2%～47.8%和27.9%～83.6%，改性效果明显。在CRP掺量相同条件下，湿法的改性效果略好于干法的。
2) 与基质沥青混合料相比，CRP干法改性沥青混合料的空隙率和间隙率没有明显变化，表明可以采用普通沥青混合料的压实工艺参数对干法沥青混合料进行压实。
3) 基质沥青、干法5%CRP和湿法5%CRP的最佳油石比分别为5.10%,5.05%和 5.00%。干法和湿法改性沥青混合料的最佳油石比相差较小，并与基质沥青的最佳油石比相近。其原因是CRP具有显著提高沥青软化点而对粘度增加不大的特性。
3.1 高温稳定性
采用车辙试验的动稳定度(DS)评价CRP干法和湿法改性沥青混合料的高温稳定性。根据马歇尔试验确定的级配和油石比，成型车辙试件，其尺寸300 mm×300 mm×50 mm，压实度控制 100±1%，成型后冷却，养生24 h以后再进行试验。动稳定度的试验结果见表5。从表5中可以看出：
表4 马歇尔试验结果
Table 4 The Marshall test results of the mixture by dry process
沥青种类油石比/%毛体积密度/(g·cm-3)空隙率/%矿料间隙率/%沥青饱和度/%稳定度/kN流值/mm基质沥青4.02.338.617.149.511.555.49基质沥青4.52.376.316.060.811.955.69基质沥青5.02.394.615.570.410.345.72基质沥青5.52.413.215.378.89.975.94基质沥青6.02.412.615.783.68.476.49干法5%CRP4.02.386.715.356.515.174.23干法5%CRP4.52.405.114.965.816.005.26干法5%CRP5.02.394.615.570.613.365.23干法5%CRP5.52.403.815.876.013.275.54干法5%CRP6.02.393.416.579.312.525.76湿法5%CRP4.02.319.317.747.615.982.40湿法5%CRP4.52.347.417.056.515.283.07湿法5%CRP5.02.385.015.868.617.353.30湿法5%CRP5.52.403.815.875.815.353.39湿法5%CRP6.02.422.115.486.115.553.29
1) 与基质沥青相比，CRP干法和湿法改性沥青混合料的动稳定度远大于基质沥青混合料的，表明CRP能显著提高沥青混合料的高温稳定性。
2) 在最佳油石比的情况下，CRP干法和湿法改性沥青混合料的动稳定度随CRP改性剂掺量的增加而显著增加。在CRP掺量6%时，CRP干法改性后沥青混合料的动稳定度达到6 416 次/mm，湿法的动稳定度达到6 756 次/mm。不同CRP掺量下的动稳定度增幅分别为132.1%,237.0%和466.3%，改性效果显著。在相同CRP掺量条件下，湿法改性混合料的高温稳定性好于干法的。
表5 车辙试验结果
Table 5 Rut test results of the mixture by dry process
沥青类型油石比/%动稳定度/(次·mm-1)基质沥青5.11133干法4%CRP5.12630干法5%CRP5.13818干法6%CRP5.16416湿法4%CRP5.03088湿法5%CRP5.04780湿法6%CRP5.06756
3) 根据不同掺量CRP改性沥青混合料的动稳定度试验结果和有关规范的要求(改性沥青混合料动稳定度≥2 800 次/mm)，CRP用于干法和湿法改性的最佳掺量≥5%。
3.2 水稳定性
根据现行沥青路面施工技术规范，采用冻融劈裂试验得到的冻融劈裂强度比，评价干法和湿法改性沥青混合料的水稳定性。采用马歇尔试验确定的混合料级配、油石比及密度等参数，成型冻融劈裂试件，然后进行冻融劈裂试验。冻融劈裂试验结果见表6。从表6中可以看出：
1) 干法或湿法CRP改性沥青混合料的冻融劈裂强度比都满足沥青路面施工技术规范对沥青混合料的水稳定性指标要求，且明显高于基质沥青混合料，表明CRP具有提高沥青混合料水稳定性的作用。
表6 冻融劈裂试验结果
Table 6 Freeze-thaw splitting test results of the mixture by dry process
沥青类型劈裂强度/MPa冻融未冻冻融劈裂强度比/%基质沥青0.6160.72784.7干法4%CRP0.7560.85788.2干法5%CRP0.7900.86191.7干法6%CRP0.8610.90794.9湿法4%CRP0.7920.86491.7湿法5%CRP0.7510.77996.5湿法6%CRP0.7270.78292.9
2) CRP改性沥青混合料的水稳定性随CRP掺量的增加而提高。在低掺量时，湿法改性沥青混合料的水稳定性略好于干法的。
3.3 低温性能
采用小梁低温弯曲试验，评价CRP干法和湿法改性沥青混合料的低温抗裂性能。小梁试件从成型车辙板上切割而成，车辙试件成型参数不变。小梁尺寸250 mm×30 mm×35 mm，试验温度 -10 ℃，加载速率50 mm/min。小梁低温弯曲试验结果见表7。
表7 CRP改性沥青混合料的低温弯曲试验结果
Table 7 The results of CRP modified asphalt mixture beam low temperature bending test
沥青类型抗弯拉强度/MPa最大弯拉应变/(×10-6)弯曲劲度模量/MPa干法5%CRP6.9118353767干法6%CRP5.8414394062湿法4%CRP6.2917043690湿法5%CRP5.7312654525湿法6%CRP5.4611504753
从表7中可以看出，CRP改性沥青混合料的低温弯拉应变随着CRP掺量的增加而降低，干法改性沥青混合料的低温性能略好于湿法的。
为验证干法CRP改性沥青路面的性能、施工工艺及应用效果，在贵州黔东南的从江县新安环线公路新建沥青路面和G321线路面大修工程中，本研究铺筑了干法CRP改性沥青路面试验路。
4.1 试验路概况
新安环线公路为双道二级公路，设计时速 40 km/h，全长915 m，全为填方路基，路面宽 9 m，原设计路面结构为4 cmAC-13+5 cm AC- 16+20 cm水泥稳定碎石，试验段路面结构厚度与原设计的相同，面层采用CRP改性沥青AC-13，即：4 cm CRP改性沥青混合料AC-13+5 cm AC-16+20 cm水泥稳定碎石，试验段长度 450 m，半幅为试验路面，另半幅为原结构路面，以便于同等条件下的对比。
G321为Ⅱ级公路，为旧路面大修工程，起点位于从江县境内的黔桂交界处，设计车速40 km/h，路面宽度7.5 m。原设计路面结构为3 cmAC-13+ 4 cmAC-16+32 cm水泥稳定碎石+20 cm级配碎石。试验路面结构为3 cmCRP改性AC-13+4 cmAC-16+32 cm水泥稳定碎石+20 cm级配碎石和3 cmCRP改性AC-13+4 cmCRP改性AC-16+32 cm水泥稳定碎石+20 cm级配碎石。试验路面长度约520 m，双幅摊铺。
4.2 试验路沥青混合料的性能
2试验路段CRP改性AC-13沥青混合料的级配见表8。生产配合比的油石比为5.0%，CRP掺量为5.0%，混合料拌和时间为40 s。
CRP添加方法为人工添加混合料拌和工艺。其流程为：沥青与集料拌和→添加CRP改性剂→拌和40 s→添加矿粉→拌和→出料。CRP改性沥青混合料出料温度≥170 ℃，运输、摊铺、压实程序及质量控制工艺与普通沥青混合料路面相同。
4.3 试验路面现场取样的性能测试结果
本研究对现场拌和楼的混合料取样，然后进行室内实验。现场拌和CRP干法改性AC-13混合料性能的测试结果：CRP 干法改性AC-13(5%)的稳定度为14.01 kN，与室内马歇尔实验的稳定度相近；动稳定度为4 009次/mm，完全满足规范的要求(改性沥青混合料稳定度≥8 kN，动稳定度>2 800次/mm)。实验结果表明：干法CRP改性沥青混合料具有较高的强度和良好的高温稳定性，改性效果显著。
表8 AC-13目标配合比和生产配合比混合料的级配
Table 8 The AC-13 aggregate gradation of goals mixing proportion and production mixing proportion
不同筛孔(mm)的通过率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-13规范级配100100～9085～6868～3850～2438～1528～1020～715～58～4目标配合比级配10090.372.442.830.922.915.611.87.35.0生产配合比级配10089.470.948.233.724.916.712.57.55.0
1) 与基质沥青混合料相比，CRP干法和湿法改性的沥青混合料马歇尔稳定度均显著增强，CRP能提高沥青混合料性能，且效果显著。
2) CRP干法和湿法改性沥青混合料的动稳定度显著增加，水稳定性完全满足规范要求，低温性能有所降低，但均能满足规范要求。
3) CRP干法改性沥青路面施工方法简便，工艺参数与基质沥青混合料路面的相近，CRP改性剂不需要专门的设备，适合于没有改性沥青剪切设备的沥青拌和站拌和施工；现场取样的CRP干法改性沥青混合料性能明显提高，在重载车辆较多的G321大修工程铺筑的试验路面未发现明显的变形破坏病害，目前路面使用状况良好。
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WANG Sheng-yi1,YANG Xi-wu2,CHENG Chang-lang1,WU Jun2
(1.Guizhou Kaili Highway Administration Bureau,Kaili 556000 China; 2.School of Civil Engineerig,Chongqing Jiaotong Univerity,Chongqing 400074,China)
Abstract：The mixing time,modifier adding order and the properties of CRP(Cracking Recycle Plastic) modified asphalt mixture with dry adding process are studied.The Marshall performance,high temperature stability,water stability and lower temperature bending properties of CRP modified asphalt mixture with dry and wet adding process are tested.The construction technology of CRP modified asphalt pavement with dry adding process and application effect are verified in the locale test pavement.The test results show that the CRP modifier can be completely melt after 20 s or 30 s at 170 ℃,and the properties of modified asphalt mixture can meet the specification requirements,CRP modifier can greatly improve the Marshall stability,high temperature stability and water stability of the mixture.The asphalt-aggregate ratio,mixing and paving construction parameters of CRP modified asphalt pavement are basically the same as the matrix asphalt mixture.The construction of CRP modified asphalt pavement with dry adding process does not need to add a special modified equipment,and it can be conveniently used for small asphalt mixing station construction.
Key words：CRP(Cracking Recycle Plastic)；modifier；modified asphalt；road performance；test pavement
收稿日期：2015-11-11
基金项目：贵州省公路局科技项目
作者简介：王声毅(1968-)，男，贵州省凯里公路管理局高级工程师。
文章编号：1674-599X(2016)02-0007-06
中图分类号：U416.217
文献标识码：A
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