摻加橡膠顆粒的瀝青混合料性能研究

何 艷，陸立波

（1.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430000；2.武漢中央商務(wù)區(qū)投資控股集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430000）

摻加橡膠顆粒的瀝青混合料性能研究

何 艷1，陸立波2

（1.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430000；2.武漢中央商務(wù)區(qū)投資控股集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430000）

通過(guò)CAVF法進(jìn)行混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的瀝青混合料級(jí)配對(duì)比分析，在不同的橡膠顆粒摻量條件下研究JDAC-16的瀝青混合料路用性能，試驗(yàn)結(jié)果表明，摻量3%的橡膠粉可以明顯改善瀝青混合料的高溫、低溫及抗水損害性能，而超過(guò)適宜摻量反而會(huì)劣化混合料的性能。

CAVF法；橡膠瀝青混合料；路用性能

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車保有量迅猛增加，廢舊輪胎的產(chǎn)生量也逐年增加，廢舊輪胎不僅占用大量土地，而且產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。將廢舊輪胎應(yīng)用于路面材料中，不但可以改善道路的路用性能，而且在一定程度上有利用環(huán)境保護(hù)實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展。

1 實(shí)驗(yàn)方案

將廢舊橡膠輪胎破碎成一定形狀和粒徑的顆粒，以骨料的形式直接添加到瀝青混合料中，用以代替部分集料而形成的新型的瀝青混合料。

為了進(jìn)一步研究瀝青混合料的路用性能即高溫性能、低溫性能及水損害，按照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合普通密級(jí)配瀝青混合料性能加以對(duì)比研究，以此來(lái)確認(rèn)本次研究的瀝青混合料性能的優(yōu)劣。

2 原材料技術(shù)性質(zhì)

對(duì)瀝青混合料而言，其組成材料的性質(zhì)決定了路用性能的質(zhì)量好壞。所以，原材料技術(shù)性質(zhì)的研究對(duì)混合料路用性能的影響至關(guān)重要。

本論文選用克拉瑪依90#道路石油瀝青作為研究對(duì)象，進(jìn)行瀝青及其瀝青混合料的相關(guān)設(shè)計(jì)。

將一定比例的基質(zhì)瀝青、SBS、糠醛抽出油（內(nèi)摻法）加入到特質(zhì)容器中，并用高速剪切機(jī)進(jìn)行剪切（1 000 r/min）直至溫度達(dá)到175℃左右，再提高剪切速度至3 000 r/min持續(xù)剪切40 min，制備結(jié)束后，將瀝青轉(zhuǎn)入保溫箱中發(fā)育3h即可制備得到SBS改性瀝青。

粗集料應(yīng)該潔凈、干燥、表面粗糙，質(zhì)量要求規(guī)范中的相關(guān)要求。其中粗集料與瀝青的粘附性不小于4，當(dāng)在實(shí)際施工過(guò)程中缺乏石料其粘附性不滿足要求時(shí)宜摻加消石灰、水泥或用飽和石灰水處理后使用，必要時(shí)可同時(shí)在瀝青中摻加耐熱、耐水、長(zhǎng)期性能好的抗剝落劑。

細(xì)集料應(yīng)潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化、無(wú)雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)配；瀝青混合料的礦粉必須采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉，原石料中的泥土雜志應(yīng)除凈，礦粉應(yīng)干燥、潔凈，能自由地從礦粉倉(cāng)流出。

橡膠顆粒作為本次瀝青混合料的重要組成成分，其技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)在一定程度上決定了混合料的性能，其中橡膠顆粒自身的顆粒級(jí)配也會(huì)對(duì)混合料產(chǎn)生顯著影響。本次選用市場(chǎng)上常用的河南某廠家生產(chǎn)的廢舊橡膠顆粒為研究對(duì)象，參照細(xì)集料的篩分方法對(duì)其進(jìn)行顆粒分析得到相關(guān)的級(jí)配曲線，見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)用橡膠顆粒篩分曲線

3 瀝青混合料設(shè)計(jì)

對(duì)于橡膠顆粒瀝青混合料而言，橡膠顆粒密度較小，質(zhì)量輕，若按照傳統(tǒng)的混合料設(shè)計(jì)方法進(jìn)行相關(guān)的級(jí)配設(shè)計(jì)，在一定程度上會(huì)造成顆粒之間的粒子干涉現(xiàn)象，影響瀝青混合料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此需要探究一種新的設(shè)計(jì)級(jí)配方法。

本研究通過(guò)查閱大量資料文獻(xiàn)得知[1]，華南理工大學(xué)教授提出的主骨料空隙填充法（CAVF法）是一種骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，該方法概念明確且實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，本文結(jié)合其研究結(jié)論進(jìn)行后續(xù)的瀝青混合料性能研究。

本研究選定傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的連續(xù)粗型級(jí)配AC-16C、連續(xù)細(xì)型級(jí)配AC-16F與采用CAVF法設(shè)計(jì)的間斷級(jí)配（JDAC-16）進(jìn)行相互的對(duì)比研究，三種不同的級(jí)配均摻加3.0%橡膠顆粒以分析探究摻加橡膠顆粒對(duì)不同級(jí)配的適應(yīng)性，見圖2。

圖2 合成級(jí)配設(shè)計(jì)圖

4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

由上述三種實(shí)驗(yàn)級(jí)配的確定，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證是否滿足混合料空隙率的要求。按照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程在不同瀝青含量的條件下制備瀝青混合料試件，測(cè)試其馬歇爾試件的空隙率，相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 不同瀝青用量條件下的馬歇爾試件空隙率

通過(guò)圖3可以看出，三種不同的級(jí)配瀝青混合料馬歇爾試件空隙率隨著瀝青含量的增大，空隙率逐漸減小；JDAC-16瀝青混合料的空隙率明顯要小于 AC-16C、AC-16F的空隙率；其中AC-16C與AC-16F兩種瀝青混合料的空隙率在瀝青用量為6.7%時(shí)還不能滿足規(guī)范要求，空隙率過(guò)大的原因是橡膠顆粒的密度較小，而且存在一定的級(jí)配，摻入礦料中造成粒子干涉，導(dǎo)致礦料間隙率變大，瀝青飽和度變小，在一定程度上影響了瀝青混合料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果可知，JDAC-16型橡膠顆粒瀝青混合料空隙率在3%～5%，在工程應(yīng)用中具有一定的可行性，后續(xù)瀝青混合料研究就采用此種級(jí)配形式，見圖4。

圖4 不同級(jí)配瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度及抗壓回彈模量

由圖4可以看出，在橡膠顆粒摻量均為3%的條件下，抗壓強(qiáng)度及抗壓回彈模量：AC-16C＜JDAC-16＜AC-16F。

在JDAC-16的混合料中摻加0、2%、3%及4%的橡膠顆粒研究不同摻量對(duì)體積指標(biāo)及路用性能的影響，見表1。

表1 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表1可以看出，隨著橡膠顆粒摻量的增加VV、VMA逐漸增大，穩(wěn)定度及VFA逐漸減小；這是由于橡膠顆粒是一種高彈材料，其強(qiáng)度和模量較石料的低很多，使得瀝青混合料的穩(wěn)定度減小，見圖5。

圖5 動(dòng)穩(wěn)定度與最大彎拉應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖5可以看出，隨著橡膠顆粒摻量的逐漸增加，動(dòng)穩(wěn)定度及最大彎拉應(yīng)變先增大后減??；當(dāng)橡膠顆粒摻量增大時(shí)，起到骨架支撐作用的粗集料大量減少，而此時(shí)由橡膠顆粒直接承受外力作用，橡膠顆粒瀝青混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性將會(huì)大幅度降低。所以，在橡膠粉瀝青混合料中起到骨架支撐作用的應(yīng)該是集料，橡膠粉可以起到充填作用，這樣才能保證橡膠粉瀝青混合料有足夠的強(qiáng)度穩(wěn)定性及低溫抗裂性能。故，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，橡膠顆粒的合理?yè)搅恳藶?%～3%，見圖6。

圖6 不同橡膠粉摻量的凍融劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果

由圖6可以看出，對(duì)于骨架密實(shí)JDAC-16結(jié)構(gòu)而言，摻加橡膠顆粒有益于改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性，并且3%的橡膠粉摻量效果最優(yōu)。

5 結(jié)論

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)得知，CAVF法可以應(yīng)用于橡膠顆粒瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)中，可以很好的解決瀝青混合料空隙率不穩(wěn)定的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)JDAC-16進(jìn)行不同橡膠顆粒摻量的路用性能試驗(yàn)，在一定摻量范圍內(nèi)的橡膠顆?？梢愿纳茷r青混合料的高溫、低溫及水穩(wěn)定性能，但是當(dāng)超過(guò)一定量時(shí)反而會(huì)影響混合料性能，橡膠粉摻量的適宜摻量為3%。

[1]張肖寧,郭祖辛,吳礦懷.按體積法設(shè)計(jì)瀝青混合料[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào),1995(4):28-36.

[2]曹衛(wèi)東,呂偉民.廢舊橡膠顆粒改性骨架密實(shí)型瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法[J].公路,2007(4):166-169.

[3]張金喜.廢橡膠作為彈性瀝青混凝土路面材料的實(shí)驗(yàn)研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2004,7(4):396-401.

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1009-7716（2017）09-0204-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.062

2017-04-21

何艷（1982-），女，湖北武穴人，高級(jí)工程師，從事道路設(shè)計(jì)工作。