廢橡膠粉細度對膠粉干法微表處混合料性能的影響

王任翔，葉亞麗，江志遠，郭金科(.長安大學 特殊地區公路工程教育部重點實驗室，陜西 西安 70064； .山東交通學院 交通土建工程學院，山東 濟南 5057； .青島市交通規劃設計院，山東 青島 6600)

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廢橡膠粉細度對膠粉干法微表處混合料性能的影響

王任翔1，葉亞麗2，江志遠3，郭金科2
(1.長安大學 特殊地區公路工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710064； 2.山東交通學院 交通土建工程學院，山東 濟南 250357； 3.青島市交通規劃設計院，山東 青島 266100)

針對廢橡膠粉顆粒大小會對膠粉干法微表處性能產生的影響，通過分別摻加40、60、80目廢舊膠粉進行微表處室內試驗，研究膠粉細度對稀漿混合料的可拌和時間、黏聚力、濕輪磨耗、輪轍變形試驗的寬度變化率等的影響。結果表明：添加的橡膠粉越細，微表處稀漿混合料的可拌和時間越短，早期強度越低；達到相同性能時，80目膠粉比40目膠粉干法微表處稀漿混合料的油石比約提高1%～2%；橡膠粉細度為40～60目時，微表處混合料水穩定性、耐磨耗性和抗輪轍變形性最優。

道路工程；膠粉干法微表處；膠粉細度；耐磨耗性能

0 引 言

作為一種預防性養護措施，微表處在處治延緩路面老化、阻止路面滲水、提高路面抗滑性能和彌補路面微小缺陷等方面有著良好的效果，在路面養護工程中得到廣泛的運用；但存在行車噪聲過大、抗磨耗性能不足及耐久性差等缺點，影響了其綜合使用效果[1-6]。考慮到橡膠顆粒獨有的彈性，將廢舊輪胎膠粉以干法的方式添加進微表處稀漿混合料中，與礦料、水泥水化產物和瀝青膜相互交織，形成相互貫通的空間網絡結構，增強微表處混合料的路用性能，有效降低行車噪聲帶來的環境污染，理論上是一種可行且經濟的技術措施。

針對微表處路面降噪，國內外學者已經展開大量研究并取得了一些成果。孫曉立等開發了微表處噪聲測試系統，研究微表處噪聲的產生機理，解釋了微表處路面噪聲大的原因，驗證了適量橡膠粉可提高微表處的柔韌性，顯著降低行車噪聲[7]。董哲等提出采用橡膠粉與聚丙烯纖維復配方案，并研究了不同橡膠粉摻量對橡膠粉-纖維微表處混合料的施工性能、長期使用性能以及降噪效果的影響，解釋了聚酯纖維和橡膠粉降噪的機理。鐘建超等提出了低噪微表處的礦料級配及礦料堆積密度優化設計法，從礦料級配優化角度闡述了低噪微表處的設計[8]。上述研究通過礦料級配優化設計，不僅提高了微表處混合料路用性能，還降低了行車噪聲，達到雙重目標，是一種較好的方法，但施工現場集料變異性大，集料分檔少，實施操作難度較大。凌天清等開展了橡膠顆粒對微表處性能的影響及其降噪效果的研究，分析了添加橡膠顆粒對于微表處水穩定性、抗磨耗性等的影響，提出橡膠顆粒的摻量不超過5%，但未分析橡膠顆粒大小對微表處混合料路用性能的影響[9-10]。陳偉等進行了橡膠粉干法微表處混合料的性能研究，分析采用60目膠粉時級配類型、膠粉含量和油石比對路用性能的影響[11]。鄭南翔等采用駐波管裝置測試了12種微表處混合料的吸聲系數，提出在普通級配設計上增加7.1 mm孔篩嚴格控制集料粒徑分布，并添加1.5%的60目橡膠粉經濕法工藝成型的降噪方法[12]。張廣敏分析了微表處噪聲的影響因素，提出級配越粗，微表處噪聲水平越高，微表處表面構造深度與噪聲水平呈正相關關系，40目膠粉用于改善中級配降噪效果最好，但研究過程未考慮膠粉細度與噪聲水平的關系。

基于上述分析，本文通過摻加40、60、80目廢舊膠粉進行微表處室內試驗，研究膠粉細度對稀漿混合料可拌和時間、不可施工時間、黏聚力、濕輪磨耗損失和輪轍寬度變化率等指標的影響，為膠粉微表處預防性養護技術提供參考。

1 原材料

1.1 改性乳化瀝青

試驗用SBR改性乳化瀝青，其指標符合《微表處和稀漿封層技術指南》規定的BCR改性乳化瀝青技術要求，試驗結果見表1。

表1 改性乳化瀝青主要技術指標

1.2 集料

微表處混合料中集料占了大部分，所以集料質量的好壞直接影響試驗結果。試驗用集料為玄武巖，其中有少部分粒徑大于9.5 mm，在試驗之前已經篩除，主要技術指標如表2所示。

表2 集料主要技術性質

1.3 填料

填料采用水泥和廢舊輪胎橡膠粉，水泥的作用主要是調整稀漿混合料的可拌和時間、成漿狀態和成型速度。本試驗采用未加入任何添加劑的普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5，摻量為1.5%(占集料質量的百分比)。廢舊橡膠粉的作用主要是降低微表處剛度，增加路面彈性，提高混合料抗水損害和抗磨耗性能。本試驗所用廢舊橡膠粉分別為40、60、80目，用量為2%(占集料質量的百分比)。

1.4 水

微表處混合料加水的目的是為了滿足拌和時間以及拌和狀態的要求，且在滿足要求的情況下盡量減少水的用量。根據《微表處和稀漿封層技術指南》規定，微表處用水不得含有可溶性鹽類、能引起化學反應的物質和其他污染物，一般采用飲用水。用水量多少對稀漿混合料的流動性及試件成型后的密實性有重要影響。因此，本試驗加水量為6%。

2 微表處級配設計

按照國際稀漿封層協會的設計方法，采用MS-3型微表處級配要求進行混合料配合比設計。試驗采用的5～10 mm碎石、3～5 mm碎石、0～3 mm碎石的比例為21∶11∶68，所用級配如表3所示。

3 試驗結果與分析

3.1 拌和試驗

確定分別采用3種不同目數橡膠粉的最佳配比，集料、水泥、廢舊橡膠粉、水、改性乳化瀝青的比例為100∶1.5∶2∶6∶16,試驗結果見表4。

表4 不同膠粉目數的拌和試驗與黏聚力試驗結果

從表4可以看出，采用40目膠粉的混合料拌和時間大于180 s，采用60目膠粉的混合料拌和時間為140 s，采用80目膠粉的混合料拌和時間僅為120 s。可見隨著膠粉變細，可拌和時間顯著減小，不可施工時間亦減小。這是由于橡膠粉吸附乳化瀝青的能力比礦料強，40目膠粉的顆粒粒徑較大，相對于60目和80目膠粉的比表面積小得多，吸附的瀝青乳液相對較少，因此只有足夠數量的乳化瀝青與礦料相結合，稀漿混合料才不會變黏稠，可拌和時間較長；相反，80目膠粉顆粒很細，比表面積較大，分散在混合料中吸附較多的瀝青乳液，在相同的乳化瀝青用量條件下，乳化瀝青與礦料很難結合，導致混合料黏稠，可拌和時間和不可施工時間很短。

3.2 黏聚力試驗

黏聚力試驗采用與拌和試驗相同的配合比，以300 g集料為基準，試驗結果見表4。由表4可以看出，摻加40、60目膠粉30 min和60 min的黏聚力均符合要求，而摻加80目膠粉30 min和60 min的黏聚力結果則不理想。原因是40、60目膠粉比表面積較小，吸附的乳化瀝青較少，從而保證有充足的乳化瀝青與礦料結合，使成型后的試件內部密實且表面沒有很厚的油膜，黏聚力值符合要求且試件不開裂；而80目膠粉比表面積較大，吸附了較多的瀝青乳液，很難有充足的乳化瀝青與礦料結合，因而成型后的試件內部不密實，顆粒松散易脫落，黏聚力值偏低。

3.3 濕輪磨耗試驗

濕輪磨耗試驗主要用于檢驗成型后的稀漿混合料的配伍性和抗水損害能力。濕輪磨耗試驗仍然采用與拌和試驗相同的配合比，以800 g集料為基準，試驗結果見表5。

表5 不同膠粉目數的濕輪磨耗試驗與負荷輪黏附砂試驗結果

3.4 負荷輪黏附砂試驗

負荷輪黏附砂試驗仍采用與拌和試驗相同的配合比，以500 g集料為基準，試驗結果見表5。

由表5可知，當油石比為10%～11%時，摻加40目和60目膠粉混合料的1 h和6 d的磨耗值比較理想。雖然橡膠顆粒吸附乳化瀝青的能力強，但40目和60目膠粉粒徑較大，比表面積小，吸附的瀝青乳液較少，10%～11%的油石比下有足夠的乳化瀝青與礦料結合，試件更密實；80目橡膠粉顆粒粒徑小，比表面積大，大量的瀝青乳液被橡膠顆粒吸附，從而很難有足夠的乳化瀝青與礦料相結合，導致成型后的試件顆粒松散，吸水嚴重，磨耗值高。

3.5 輪轍變形試驗

輪轍變形試驗仍然采用與拌和試驗相同的配合比，以500 g集料為基準，試驗結果如圖1所示。

圖1 不同膠粉目數的微表處輪轍寬度變化率

由圖1可以看出，采用不同目數的膠粉在不同油石比的情況下，其輪轍寬度變化率均滿足要求。其中摻加40目膠粉的混合料在11%的油石比下寬度變化率最小。這主要是因為，40目膠粉粒徑較大，比表面積相對于60目和80目膠粉要小，吸附的瀝青乳液相對較少，因此有足夠的瀝青乳液與微表處級配礦料結合，黏結性好，使得成型后的試件內部密實，抗車轍能力強。摻加60目和80目膠粉的混合料在不同的油石比下所測得的輪轍寬度變化率也符合要求，比摻加40目膠粉的混合料稍大；這主要是因為60目和80目膠粉比40目膠粉細，比表面積大，在相同油石比條件下，吸附的乳化瀝青稍多，使得與礦料結合的乳化瀝青變少，內部黏結不夠密實，導致寬度變化率稍大，但也能滿足要求。

4 結 語

膠粉細度大小顯著影響微表處稀漿混合料的路用性能。在相同的膠粉摻量下，膠粉越細，可拌和時間越短，當膠粉細度達到80目時，拌和時間偏短，影響稀漿混合料成型狀態；隨著膠粉目數的增加，微表處混合料的浸水試驗1 h、6 d的濕輪磨耗損失均增大，且由于膠粉比表面積、集料界面電荷狀態等因素，改性乳化瀝青用量隨之增加；適度細度的廢舊輪胎膠粉改善了微表處的水穩定性和耐磨耗性能，基于廢膠粉細度與膠粉微表處技術性能研究，最終推薦膠粉細度為40～60目。由于微表處是道路預防性養護的重要技術手段，所以應進一步考慮影響微表處性能的各種因素，分析膠粉、纖維或水性環氧樹脂改性等對微表處的改善效果，以期提高微表處的路用性能和延長路面使用壽命。

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[10] 凌天清,李耀楠,董 強,等.橡膠顆粒對微表處性能的影響及其降噪效果[J].交通運輸工程學報,2011,11(5):1-5.

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[責任編輯:杜敏浩]

Effect of Fineness of Crumb Rubber Prepared with Dry Process on Performance of Micro-surfacing

WANG Ren-xiang1, YE Ya-li2, JIANG Zhi-yuan3, GUO Jin-ke2
(1. Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry of Education, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China; 2. School of Transportation and Civil Engineering, Shandong Jiaotong University, Jinan 250357, Shandong, China; 3. Qingdao Communications Planning and Design Institute, Qingdao 266100, Shandong, China)

Aimed at the effect of the fineness of crumb rubber prepared with dry process on the performance of micro-surfacing, different sizes (40 mesh, 60 mesh and 80 mesh) of crumb rubber were applied to conduct the indoor test on the micro-surfacing. The effects of the fineness of the crumb rubber on the mixing time of the slurry mixture, the cohesion, the wet track abrasion and the stability and resistance to compaction test were studied. The results show that the finer the added crumb rubber is, the shorter the mixing time of the slurry mixture is, and the lower early strength it gains; to achieve the same performance, the micro-surfacing slurry mixture prepared with 80 mesh crumb rubber of dry process increases the asphalt-aggregate ratio by 1%-2% comparing to that with 40 mesh crumb rubber; when the fineness of crumb rubber is 40-60 mesh, the stability, abrasion resistance and rutting resistance of the mixture are the best.

road engineering; micro-surfacing with crumb rubber of dry process; fineness of crumb rubber; abrasion resistance

1000-033X(2017)06-0058-04

2017-01-05

交通運輸部應用基礎研究項目(2015 319 817 110)；山東省自然科學基金項目(ZR2014EEQ035)

王任翔(1982-)，女，陜西西安人，研究方向為道路工程。

U418.6

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