膠粉粒徑和用量在路用多孔瀝青混合料中的應(yīng)用

段志輝

對(duì)于橡膠粉粒在多孔路用瀝青混合料中的配比試驗(yàn)是改進(jìn)瀝青質(zhì)量的有效方法。本文將通過(guò)對(duì)試樣的滲透系數(shù)、飛散損失，以及間接拉伸強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，從而得出最佳的橡膠粉粒徑和用量等指標(biāo)要求，以增強(qiáng)路用瀝青的性能。

在道路工程施工中，瀝青是常見(jiàn)的材料。為了提升瀝青的改性性能，對(duì)廢舊輪胎等橡膠粉粒的試驗(yàn)研究較多，也在應(yīng)用中獲得了較好的性能指標(biāo)。不同的拌和方法、與瀝青的反應(yīng)時(shí)間上、膠粉粒徑及用量上等工藝上差異，對(duì)于多孔瀝青混凝土的綜合性能也有影響。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，多孔瀝青混合料中加入適量的膠粉集料，不僅有利于路面排水，還能夠減少路面交通噪音。特別是天然橡膠與改性瀝青在密級(jí)配比中，其吸聲效果更加顯著。為此，本文將結(jié)合多孔瀝青的性能特點(diǎn)，從橡膠粉粒的用量及粒徑大小上，來(lái)研究其對(duì)瀝青混合料的耐久性影響。

1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料的特性

在本試驗(yàn)中，所選集料采用破碎玄武巖作為試驗(yàn)粗集料和細(xì)集料，并采用石灰?guī)r粉粒作為填料，其粗集料主要物理性能指標(biāo)為：

依照我國(guó)升級(jí)配磨耗層混合料要求，選擇的瀝青材料為70#道路石油瀝青，其性能滿足以下要求：

對(duì)于本例中采用的橡膠粉，依照級(jí)配曲線要求，按照粒徑大小分為三等，分別為：4-20 目；20-200 目；4-200目。對(duì)于纖維狀橡膠顆粒更有助于增強(qiáng)多孔瀝青路面的綜合性能，減少瀝青的析漏。

試驗(yàn)方法及要求

本試驗(yàn)分兩個(gè)階段來(lái)完成，一是通過(guò)試驗(yàn)來(lái)明確混合料的最佳瀝青量；二是從多孔瀝青混合料的性能優(yōu)化上來(lái)探討最佳的橡膠粉粒粒徑及用量。在試驗(yàn)過(guò)程中，分別采用孔隙率試驗(yàn)、滲透系數(shù)試驗(yàn)、間接拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)、飛散試驗(yàn)等方法，來(lái)確定瀝青用量。對(duì)于多孔瀝青混合料中摻加橡膠粉粒的性能試驗(yàn)，主要通過(guò)水穩(wěn)定性試驗(yàn)來(lái)獲得。具體方法如下，在對(duì)試樣進(jìn)行干法拌和時(shí)，通過(guò)將橡膠粉粒添加到集料中，拌和2min，使之均勻；將含有橡膠粉粒的集料與瀝青膠結(jié)料進(jìn)行拌和，兩者都在相同的條件及溫度下完成，按照標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾擊實(shí)方法，對(duì)混合料進(jìn)行擊實(shí)50 次。對(duì)于孔隙率試驗(yàn)，為了確保混合料的滲透系數(shù)滿足要求，采用蠟封法來(lái)對(duì)多孔瀝青混合料進(jìn)行密封，獲得體積密度值。對(duì)于滲透系數(shù)的確定，采用排水路面結(jié)構(gòu)最小的滲透系數(shù)即10～2cm/s。結(jié)合肯塔堡飛散試驗(yàn)要求，從混合料的抗散失及抗脫落性能上，使其飛散損失≥25%。在進(jìn)行間接拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，多采用熱拌工藝方法，對(duì)劈裂強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，以作為混合料的抗拉強(qiáng)度值。也就是說(shuō)，在評(píng)價(jià)瀝青混合料的拉伸強(qiáng)度時(shí)，以IDT（間接拉伸強(qiáng)度）強(qiáng)度來(lái)表征多孔瀝青混合料的強(qiáng)度指標(biāo)值。為了測(cè)量多孔瀝青混合料中對(duì)橡膠粉粒粒徑及用量值的確定，需要從試樣的分組對(duì)比測(cè)量中來(lái)獲得，一組分為干燥條件下的對(duì)比；二組采用凍融條件下的試驗(yàn)。依照TSR（抗拉強(qiáng)度比）要求，需要滿足凍融循環(huán)后第二組試件IDT 強(qiáng)度平均值與未凍融循環(huán)試件IDT 強(qiáng)度平均值的比值≥70%。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)中各量值的記錄和對(duì)比，綜合各測(cè)量指標(biāo)要求，對(duì)本試驗(yàn)中的滲透系數(shù)、孔隙率、間接拉伸強(qiáng)度、飛散損失等指標(biāo)的分析來(lái)得出最佳瀝青量。當(dāng)采用最小滲透系數(shù)時(shí)，孔隙率為18%～24%，其目標(biāo)孔隙率為10～2cm/s。當(dāng)在干燥條件下（25℃）時(shí)，對(duì)于允許的最大飛散損失為25%，對(duì)于試驗(yàn)中瀝青的用量范圍為4%～6%。當(dāng)試驗(yàn)中瀝青用量逐漸增多時(shí)，由于滲透系數(shù)及孔隙率的減少，對(duì)瀝青用量有最大值，即當(dāng)瀝青用量為5.5%時(shí)達(dá)到最值條件。當(dāng)瀝青用量達(dá)到7%時(shí)，由于飛散損失減少，而此時(shí)試驗(yàn)結(jié)果與瀝青用量為6.5%時(shí)的結(jié)果具有相近性。因此可知，當(dāng)瀝青用量為6.5%時(shí)可以滿足最大間接拉伸強(qiáng)度要求。

在研究本試驗(yàn)中橡膠粒粉對(duì)混合料性能的影響時(shí)，主要通過(guò)滲透系數(shù)的變化來(lái)確定。當(dāng)橡膠粉粒粒徑和用量發(fā)生變化時(shí)，其滲透系數(shù)值也發(fā)生變化，總的來(lái)看，對(duì)于橡膠粉粒用量來(lái)說(shuō)，隨著用量的增加滲透系數(shù)反而降低。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)橡膠粉粒用量在4-20 目時(shí)其滲透系數(shù)值最大，而對(duì)于橡膠粉粒粒徑在20-200 目時(shí)，其用量為15%和20%時(shí)所得到滲透系數(shù)均值最小；當(dāng)橡膠粉粒粒徑在4-200 目時(shí)，其用量為20%時(shí)滲透系數(shù)值達(dá)到最小。由此可見(jiàn)，橡膠粒徑較小時(shí)，其表面積增大，反而降低了滲透系數(shù)和混合料的孔隙率。在飛散損失試驗(yàn)中，對(duì)于橡膠粒徑在20-200 目時(shí)，其飛散損失對(duì)比值，而對(duì)于不同粒徑的橡膠粉粒，當(dāng)其用量逐漸增加時(shí)，對(duì)于混合料的飛散損失值也會(huì)增加，當(dāng)橡膠粉粒用量為10%時(shí)得到的飛散損失值最小。由此可見(jiàn)，對(duì)于橡膠粒徑4-20 目與4-200目來(lái)說(shuō)，其混合料的飛散損失值會(huì)隨著用量的增加而減少，而當(dāng)摻入量達(dá)到20%時(shí)，其飛散損失將達(dá)到最大值。該結(jié)果說(shuō)明在橡膠粉粒瀝青混合料中，較細(xì)的橡膠粉粒能夠獲得較為均勻的膠漿，來(lái)改善瀝青混合料的強(qiáng)度。而較細(xì)的橡膠粉粒需要更多的瀝青來(lái)裹覆，從而增加了瀝青的膜厚度，降低了飛散損失值。

間接拉伸強(qiáng)度值是多孔瀝青混合料的重要性能指標(biāo)，本試驗(yàn)也是通過(guò)瀝青膜的黏聚力分析來(lái)獲得最佳的橡膠粉粒粒徑和用量值。在本試驗(yàn)中，由于間接拉伸強(qiáng)度與飛散損失具有一致性表現(xiàn)，在添加橡膠粉粒時(shí)，對(duì)于間接拉伸強(qiáng)度也會(huì)出現(xiàn)降低趨勢(shì)，對(duì)于4-20 目與4-200 目粉粒徑要求來(lái)說(shuō)，間接拉伸強(qiáng)度均低于其對(duì)比試樣的強(qiáng)度值。可見(jiàn)，在粒徑為4-20 目時(shí)，對(duì)橡膠粉粒用量為20%時(shí)得到最大的間接拉伸強(qiáng)度目標(biāo)。與此相同的是，對(duì)于相同用量下橡膠粉粒量，當(dāng)增加粉粒粒徑時(shí)，其間接拉伸強(qiáng)度反而下降，由此可以解釋為：當(dāng)小粒徑的橡膠粉粒與瀝青進(jìn)行膠結(jié)時(shí)，其黏聚力能夠達(dá)到較強(qiáng)的強(qiáng)度要求；而對(duì)于粒徑較大的橡膠粉粒，由于其與瀝青膜接觸面的減少，其黏聚力和間接拉伸強(qiáng)度值會(huì)降低，進(jìn)而降低了多孔瀝青混合料的整體性能。

通過(guò)對(duì)多孔瀝青混合料水穩(wěn)定性的分析，多孔瀝青更易受到水的侵蝕，本試驗(yàn)采用TSR（間接拉伸強(qiáng)度比）來(lái)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)TSR 值的對(duì)比來(lái)判定其水穩(wěn)定性。對(duì)于本試驗(yàn)中的TSR 值的測(cè)定結(jié)果為58%，其值低于規(guī)定的70%下限值要求，其結(jié)果表明：當(dāng)橡膠粒徑為20-200 目時(shí)，對(duì)于橡膠粉粒用量為10%時(shí)，TSR 值容易出現(xiàn)波動(dòng)，但對(duì)于4-20 目和4-200 目橡膠粉粒粒徑時(shí)，增加的橡膠粉粒用量無(wú)論是多少都達(dá)不到對(duì)比樣值。當(dāng)采用4-20 目橡膠粉粒粒徑時(shí)，其用量為20%時(shí)TSR 值降幅最大，混合料的整體性能降低最明顯。可見(jiàn)，對(duì)于小粒徑橡膠粉粒來(lái)說(shuō)，能夠較好的提升多孔瀝青混合料的綜合性能，而大粒徑的橡膠粉粒因黏聚力和間接拉伸強(qiáng)度不夠而影響了混合料的性能。

3 結(jié)語(yǔ)及建議

通過(guò)對(duì)上述試驗(yàn)的分析與總結(jié)，我們可以得出如下結(jié)論和建議。一是對(duì)于混合料的滲透系數(shù)試驗(yàn)中，對(duì)于橡膠粉粒量的增加反而會(huì)降低滲透系數(shù)，相同粉粒用量下，粉粒粒徑越小其滲透系數(shù)也越小；二是對(duì)于混合料的不同膠粉粒徑來(lái)說(shuō)，增加膠粉用量也會(huì)增加其飛散損失，當(dāng)膠粉用量為10%上，其飛散損失最小，伴隨著橡膠粉粒粒徑的增大其飛散損失也會(huì)增加，其具有不連續(xù)性；對(duì)于間接拉伸強(qiáng)度值來(lái)說(shuō)，隨著橡膠粉粒用量的增加反而降低其間接拉伸強(qiáng)度，在用量相同的條件下，對(duì)于橡膠粉粒粒徑的增加，其間接拉伸強(qiáng)度值會(huì)降低。對(duì)于間接拉伸強(qiáng)度比（TSR）來(lái)說(shuō)其變化與IDT 具有相似性，并且對(duì)于橡膠粉粒的增加并不會(huì)提升混合料的水穩(wěn)定性；對(duì)于20-200 目橡膠粒徑條件下，其粒徑顆粒能夠具有較好的均勻性，可以增強(qiáng)瀝青膠漿的強(qiáng)度性能，然而，對(duì)于橡膠粒徑較大時(shí)反而增加了瀝青的不連續(xù)性，導(dǎo)致瀝青抗拉強(qiáng)度的降低；對(duì)于多孔路用瀝青混合料來(lái)說(shuō)，建議采用10%的20-200 目橡膠粒徑，來(lái)增強(qiáng)混合料的整體穩(wěn)定性能，而一旦橡膠粉粒用量高于10%或者橡膠粉粒粒徑大于20-200 目都會(huì)減少混合料的性能。