聚酯纖維橡膠瀝青混合料配合比設計研究

王偉（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司）

聚酯纖維橡膠瀝青混合料配合比設計研究

王偉
（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司）

本文采用間斷級配對聚酯纖維橡膠瀝青混合料進行配合比設計，對3種不同級配的聚酯纖維橡膠瀝青混合料配合比進行優化設計，研究聚丙烯纖維橡膠瀝青的礦料級配和最佳瀝青用量。

聚酯纖維；橡膠瀝青；礦料級配；最佳瀝青用量

1　前言

近年來，為提高道路的路用性能，研究人員開展了對瀝青進行改性，或在混合料中摻加其它材料如改性劑，其中用廢舊橡膠粉對瀝青進行改性，既可以節約能源，減少環境污染，解決了廢舊輪胎堆放再處理的問題，又改善了現有瀝青的性能，順應了節約資源和保護環境的基本國策，實現建設資源節約型、環境友好型國家的目標。在橡膠瀝青中加入聚酯纖維，能吸附穩定大量瀝青，進而粘附、裹覆于集料顆粒表面，構成較厚瀝青膜，提高了混合料耐老化性能和水穩定性，增強了瀝青路面的耐久性和抗裂性能。

2　原材料組成

2.1 橡膠瀝青

采用目數為40目的廢舊橡膠粉，其摻量為25%，與基質瀝青高速剪切而成的橡膠瀝青，其主要性能指標試驗結果見表1。

表1　橡膠瀝青的技術指標試驗結果

2.2 粗集料

粗集料在纖維橡膠瀝青路面的用量占70%以上，要求粗集料干燥、潔凈、無雜質，并有足夠的強度、耐磨光性、抗沖擊性、抗破碎性以及與瀝青的良好粘附性，且必須嚴格限制粗集料的針片狀顆粒含量，才能使粗集料相互嵌擠，保證混合料有較高的空隙率。本項目粗集料采用惠州石場生產的輝綠巖集料，規格為10～15mm、5～10mm碎石。

2.3 細集料

在纖維橡膠瀝青路面中細集料用量較少，而粗集料是通過細集料與瀝青相互聯結的，所以細集料及礦粉與瀝青須有較好的粘附性，以增強粗集料間的粘結力。本文細集料采用惠州石場0～5mm輝綠巖石屑。

2.4 填料

為了提高纖維橡膠瀝青礦料與橡膠瀝青的粘結性能，加入水泥作為填料，以增加混合料的抗剝落性能。礦粉采用增城生產的礦粉，水泥采用海螺水泥廠生產的P.O 42.5普通硅酸鹽水泥。

2.5 纖維

纖維摻入瀝青混合料能提高混合料的抗裂性和高溫抗變形性能，本次采用聚酯纖維，其摻量占橡膠瀝青混合料的0.4%，纖維的技術指標見表2。

表2　聚酯纖維主要性能技術指標

3　聚酯纖維橡膠瀝青混合料配合比設計

橡膠瀝青混合料配合比設計包括確定混合料類型、確定礦料級配、確定最佳瀝青用量等步驟。采用馬歇爾試驗法確定瀝青最佳油石比。

3.1 礦料級配設計

本文參考《橡膠瀝青及混合料設計施工技術指南》，選用濕拌法ARHM-13（W）型橡膠瀝青混凝土級配。為獲得最優的骨架嵌擠結構，根據粗集料、細集料、礦粉和水泥的篩分結果，在表3所示參考級配曲線的規定級配范圍內，調試各種礦料的比例，以4.75mm通過率為控制點，設計了橡膠瀝青混合料的3種初試級配1、級配2、級配3的關鍵篩孔4.75mm通過率分別為33.2%、30.2%、27.3%，礦料初試合成級配如表4所示，其相應的級配曲線分別如圖1、圖2和圖3所示。

表3　濕拌法ARHM-13（W）橡膠瀝青混凝土參考級配曲線

表4　聚酯纖維橡膠瀝青混合料礦料初試合成級配

圖1　級配1：聚酯纖維橡膠瀝青混合料初試合成級配曲線圖

圖2　級配2：聚酯纖維橡膠瀝青混合料初試合成級配曲線圖

3.2 最佳油石比確定

圖3　級配3：聚酯纖維橡膠瀝青混合料初試合成級配曲線圖

表5　橡膠瀝青混合料3組初試級配礦料密度結果

馬歇爾試驗要求確定混合料毛體積相對密度、表觀相對密度，測定瀝青混合料試件的馬歇爾穩定度、流值以及空隙率。計算聚酯纖維橡膠瀝青混合料馬歇爾混合料試件中的粗集料骨架間隙率VCAmix及各項指標。根據各種礦料配合比例及其毛體積密度，按照目標空隙率確定混合料油石比。

根據經驗，選取油石比6.8%作為馬歇爾試件初試油石比。聚酯纖維橡膠瀝青混合料3組初試級配礦料密度結果如表5所示，聚酯纖維橡膠瀝青混合料初試級配混合料馬歇爾試驗結果如表6所示。

從表6可知，級配1的粗集料骨架間隙率VCAmix大于干搗實粗集料的空隙率VCADRC，級配2、級配3滿足VCAmix小于VCADRC的要求。級配2的空隙率為4.5%，較之級配3更接近于4%的設計空隙率，且瀝青飽和度高些。根據“如有一組以上的級配滿足設計要求，選用4.75mm通過率較大的一組作為設計級配”的原則，確定初選級配2作為聚酯纖維橡膠瀝青混合料設計級配。根據聚酯纖維橡膠瀝青混合料設計級配和初試油石比試驗的空隙率結果，以0.3%為間隔，采用6.5%、6.8% 和7.1%的油石比，制作馬歇爾試件，試件雙面擊實50次。采用蠟封法測定混合料試件毛體積密度，最大理論密度采用真空法測定，采用設計目標空隙率4%確定聚酯纖維橡膠瀝青混合料的最佳油石比，各項體積指標結果見表7。

表6　聚酯纖維橡膠瀝青混合料初試級配混合料馬歇爾試驗結果

由表7可知，油石比為6.8%的聚酯纖維橡膠瀝青混合料的空隙率為4.4%，與技術指標3%～5%的中值4%較為接近，并且其礦料間隙率、粗集料骨架間隙率、瀝青飽和度和穩定度的結果均滿足技術指標要求，確定聚酯纖維橡膠瀝青混合料的最佳油石比為6.8%。

4　結語

本文基于骨架密實型瀝青混合料設計理論，提出了聚酯纖維橡膠瀝青混合料的間斷級配設計理論與工程設計方法，選用了濕拌法ARHM-13（W）型橡膠瀝青混凝土級配作為聚酯纖維橡膠瀝青混合料的級配。對3種不同級配的聚酯纖維橡膠瀝青混合料配合比進行優化設計，推薦聚酯纖維橡膠瀝青混合料礦料級配和最佳瀝青用量。

［1］崔巍.橡膠瀝青混凝土斷級配設計方法與路用性能研究［J］.武漢理工大學學報，2015，37（3）：45-51.

［2］交通部公路科學研究院.橡膠瀝青及混合料設計施工技術指南［M］.北京：人民交通出版社，2008.

［3］交通部公路科學研究院.JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］彭慶躍，陳星，彭綱.橡膠瀝青混合料骨架嵌擠級配優化及配合比設計方法研究與應用［J］.湖南交通科技，2009（4）：5-11，32.