路面用瀝青全周期三大指標變化的研究

宋現法 王海有

【摘要】本文對瀝青路面工程全周期中結合料的三大指標進行了檢測試驗，通過對比研究的方法，介紹了廢胎膠粉橡膠瀝青和基質瀝青三大指標的影響因素，揭示了其變化規律，并在此基礎上進一步分析了其中的原因。

【關鍵詞】瀝青路面；全壽命周期；廢胎膠粉橡膠瀝青；基質瀝青；三大指標

Study on the Change of Three Aspect Indexes in Asphalt

Song Xian-fa1，Wang Hai-you2

（1.Henan Pingdingshan Central Asia Road and Bridge Construction Engineering Co.， LtdPingdingshanHenan467000；

2.Pingdingshan Highway Administration BureauPingdingshanHenan467000）

【Abstract】In this paper， the three indexes of asphalt pavement engineering in the whole cycle are tested， and the influencing factors of the three indexes of rubber asphalt and matrix asphalt are introduced. On this basis， further analysis of the reasons.

【Key words】Asphalt pavement；Life cycle；Waste tire rubber rubber asphalt；Matrix asphalt；Three indicators

1. 前言

（1）我國是輪胎生產大國，也是輪胎使用大國，每年的廢舊輪胎產量一直在不斷攀升，廢舊輪胎已造成嚴重的環境污染。由廢舊輪胎加工而成橡膠粉其主要化學成分是天然橡膠和合成橡膠，這些成分都是良好的瀝青改性劑，能夠改善瀝青的高低溫性能、抗老化性能、抗疲勞性能，起到減薄路面、延長路面使用壽命、延緩路面反射裂縫、降低噪聲等作用。廢胎膠粉用于改性瀝青、瀝青混合料工藝簡單，成本低，不但可改善路面質量，且對廢胎膠粉的可容量大，其有顯著的環保效益、經濟效益和社會效益，所以得到越來越多的應用。但是，廢胎膠粉橡膠改性瀝青的三大指標與SBS和SBR等常用的改性瀝青差別很大，它不僅表現在瀝青的改性階段和貯存階段，還表現在形成路面后的使用階段，弄清廢胎膠粉橡膠改性瀝青在這些階段中三大指標的變化情況及其原因十分必要。

（2）瀝青路面工程全周期包括施工階段和瀝青路面工程設計使用壽命階段。

2. 廢胎膠粉橡膠瀝青三大指標的影響因素

（1）在不同的階段，影響廢胎膠粉橡膠瀝青三大指標的因素不同。廢胎膠粉橡膠對瀝青進行改性過程中，影響因素主要有：廢胎膠粉和瀝青的來源、規格、成分，以及廢胎膠粉橡膠瀝青的加工工藝和添加劑等；在貯存階段影響因素主要有：貯存的溫度和時間等；在廢胎膠粉橡膠瀝青路面使用階段影響因素主要有：廢胎膠粉橡膠瀝青混合料及其施工條件、環境條件、使用期限等。

（2）基質瀝青一般選擇70#～90#道路石油瀝青，寒冷地區可以選擇110#道路石油瀝青。廢胎膠粉并不是越細越好，顆粒粒徑宜為30目～60目。廢胎膠粉橡膠瀝青的加工工藝有簡單攪拌法（不使用膠體磨）和高級攪拌法（使用膠體磨）。在廢胎膠粉橡膠瀝青中，廢胎膠粉以顆粒形狀存在為宜，但要分散均勻。使用膠體磨的目的是快速分散廢胎膠粉，而非為了磨細廢胎膠粉。為了調整廢胎膠粉橡膠瀝青的性能特別是延展度，需要時使用擴展油。

（3）本文試驗選擇山東省某廠的70#道路石油瀝青，河南省某廠的40目廢胎膠粉，廢胎膠粉外摻量為20%，不加擴展油和添加劑，采用簡單攪拌法生產廢胎膠粉橡膠瀝青，攪拌時間為45min～60min。

3. 廢胎膠粉橡膠對瀝青進行改性過程中三大指標的變化

（1）表1為基質瀝青與廢胎膠粉橡膠瀝青三大指標的檢測結果。

由表1序號1和序號2可以看出 ，廢胎膠粉對基質瀝青進行改性后，針入度降低，軟化點升高，延展度減小，這種狀況與通常所說的瀝青的老化的表現相同，但這并不是老化。由表1序號3可知，當對篩除廢胎膠粉橡膠瀝青中的廢胎膠粉橡膠剩余的瀝青進行檢測時，其三大指標變化并不大，沒有表現出明顯的老化現象，但是，其針入度略有降低，軟化點略有升高，這是廢胎膠粉吸收了基質瀝青中的輕質油分所致。

（2）在廢胎膠粉橡膠瀝青檢測試驗中發現，針入度的離散情況嚴重，這是因為廢胎膠粉顆粒溶脹后體積膨脹較大，當針扎在廢胎膠粉顆粒上時造成捧架作用而針下不去，進而導致檢測數據出現假象。另外，延展度經常出現不合格即小于10cm，這往往也是假象，其原因是，廢胎膠粉顆粒在試件中相當于雜質，特別是當試件被拉得很細時容易導致斷開，進而延展度的檢測數據變小。對于這些現象，試驗中要認真研究，排出假象。

（3）雖然廢胎膠粉橡膠顆粒的存在給檢測試驗帶來了麻煩，但是廢胎膠粉橡膠顆粒的存在為路面的抗裂性能帶來的是有益效果。廢胎膠粉顆粒在改性瀝青中可形成加勁結構：橡膠顆粒三維隨機分布， 構成連續相，橡膠顆粒間靠凝膠膜連接，節點粘結效力依賴于溫度溶脹后的橡膠粉之間沒有強的化學鏈接，廢胎膠粉改性瀝青內部不形成整體性的網絡加勁結構。廢胎膠粉改性瀝青中，常溫及常溫以下溫度時膠粉模量相對瀝青模量較低， 膠粉與瀝青應變不同步，主裂紋前端應力場發生變化，易使主裂紋偏傳。同時， 加上本身存在大量表面毛刺、纖維，當基質瀝青達到極限應變斷裂時，斷裂應力將瞬間集中在膠粉顆粒上，在顆粒表面產生應力集中，誘發大量銀紋（銀紋是指材料表面或內部的一些缺陷在受到應力集中作用時引發的細微紋痕和剪切帶）， 銀紋的產生和發展消耗大量的能量，因此可提高瀝青的沖擊強度和可塑性。而且，裂縫不會穿透膠粉顆粒發展，橡膠顆粒是銀紋的中心，它跨越銀紋的兩端， 銀紋要發展就必須拉伸橡膠顆粒， 橡膠顆粒因此消耗和吸收大量的能量， 提高了橡膠顆粒瀝青混合料的抗沖擊能力。銀紋的另一特點是， 在應力作用初期銀紋體相當硬， 當應力超過一定數值后， 銀紋體開始屈服， 形變隨時間的延長而發展， 斷裂伸長增加， 卸載后應變逐漸恢復， 應變隨時間的延長而消失。膠粉顆粒的存在易使主裂紋偏轉， 裂紋偏轉可降低裂尖的應力強度因子， 從而增強膠粉改性瀝青的抗裂能力。在目前常用的瀝青路面中，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面的抗裂性能是無可比擬的。endprint

（4）廢胎膠粉橡膠瀝青的軟化點很容易達到較高水平，其高溫穩定性能很好。

4. 廢胎膠粉橡膠瀝青貯存期三大指標的變化

（1）表2是廢胎膠粉橡膠瀝青貯存1d的跟蹤檢測結果。

（2）由表2可以看出，廢胎膠粉橡膠瀝青穩定性差，生產后宜盡快使用。其貯存期內三大指標的變化趨勢為：針入度增大、軟化點降低、延展度減小。但有些指標反復變化，其原因是：廢胎膠粉橡膠對基質瀝青的改性過程中，裂解和硫化反應是互逆的，并且是不可控的，進而導致某些指標時大時小。

5. 廢胎膠粉橡膠瀝青路面使用過程中瀝青三大指標的變化

（1）表3是廢胎膠粉橡膠瀝青路面使用過程中通過抽提試驗后瀝青三大指標的跟蹤檢測結果。廢胎膠粉橡膠瀝青路面設計使用壽命10年。

（2）由表3可以看出，隨著路面使用年限的延長，瀝青的老化都在加重，但是廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面中的瀝青的老化程度相比要低，其原因是：基質瀝青混凝土路面中，輕質油分的含量高，其揮發的速度快，而廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面中，很大一部分輕質油分被廢胎膠粉橡膠顆粒吸收，它相比不易揮發，隨著廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面中輕質油分的揮發和車輛荷載的作用，廢胎膠粉橡膠顆粒中吸收的輕質油分會逐步擴散出來，補充到瀝青中，改善瀝青的性能，因此，同期廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面中瀝青的三大指標優于基質瀝青混凝土路面中的瀝青。廢胎膠粉橡膠瀝青的這個優點，其它改性瀝青結合料是沒有的，所以廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面的耐久性比較突出。

6. 結語

廢胎膠粉橡膠瀝青的穩定性差，但通過采取措施是可以克服的，而其優點是十分突出的，也是其它改性瀝青結合料所不具備的。

參考文獻

[1]曹衛東. 廢舊輪胎橡膠在道路工程中應用的過去、現狀和發展[R]. 2006.

[2]郭朝陽.廢胎膠粉橡膠瀝青應用技術研究.重慶交通大學碩士論文.2008：3.

[3]夏瑋.廢膠粉改性浙青及瀝青混合料路用性能研究.重慶交通大學碩士論文.2009：3.

[4]劉少文，李智慧.應用回彈恢復評價橡膠瀝青的彈性恢復能力.公路交通科技.2009，26（7）：23.

[5]張澤鵬，王釗.高溫多雨地區橡膠瀝青粘度技術指標的試驗研究.公路交通科技.2010，27（6）：38.

[6]李延剛，李金鐘，李偉.橡膠瀝青微觀機理研究及其公路工程應用.公路交通科技.2011，28（1） 26.

[7]王旭東，李美江，路凱翼.橡膠瀝青及混凝土應用成套技術.北京：人民交通出版社.2008：58，73，77，113.

[8]曹容吉，陳榮生.橡膠瀝青工藝參數對其性能影響的試驗研究.東南大學學報.2008，38（2）：273.endprint