路面用瀝青全周期三大指標(biāo)變化的研究

宋現(xiàn)法 王海有

【摘要】本文對瀝青路面工程全周期中結(jié)合料的三大指標(biāo)進(jìn)行了檢測試驗(yàn)，通過對比研究的方法，介紹了廢胎膠粉橡膠瀝青和基質(zhì)瀝青三大指標(biāo)的影響因素，揭示了其變化規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了其中的原因。

【關(guān)鍵詞】瀝青路面；全壽命周期；廢胎膠粉橡膠瀝青；基質(zhì)瀝青；三大指標(biāo)

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(chǎn)大國，也是輪胎使用大國，每年的廢舊輪胎產(chǎn)量一直在不斷攀升，廢舊輪胎已造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。由廢舊輪胎加工而成橡膠粉其主要化學(xué)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(zhì)量，且對廢胎膠粉的可容量大，其有顯著的環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，所以得到越來越多的應(yīng)用。但是，廢胎膠粉橡膠改性瀝青的三大指標(biāo)與SBS和SBR等常用的改性瀝青差別很大，它不僅表現(xiàn)在瀝青的改性階段和貯存階段，還表現(xiàn)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(biāo)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(shè)計(jì)使用壽命階段。

2. 廢胎膠粉橡膠瀝青三大指標(biāo)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(biāo)的因素不同。廢胎膠粉橡膠對瀝青進(jìn)行改性過程中，影響因素主要有：廢胎膠粉和瀝青的來源、規(guī)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(huán)境條件、使用期限等。

（2）基質(zhì)瀝青一般選擇70#～90#道路石油瀝青，寒冷地區(qū)可以選擇110#道路石油瀝青。廢胎膠粉并不是越細(xì)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(xì)廢胎膠粉。為了調(diào)整廢胎膠粉橡膠瀝青的性能特別是延展度，需要時使用擴(kuò)展油。

（3）本文試驗(yàn)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(kuò)展油和添加劑，采用簡單攪拌法生產(chǎn)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(jìn)行改性過程中三大指標(biāo)的變化

（1）表1為基質(zhì)瀝青與廢胎膠粉橡膠瀝青三大指標(biāo)的檢測結(jié)果。

由表1序號1和序號2可以看出 ，廢胎膠粉對基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性后，針入度降低，軟化點(diǎn)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(xiàn)相同，但這并不是老化。由表1序號3可知，當(dāng)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(jìn)行檢測時，其三大指標(biāo)變化并不大，沒有表現(xiàn)出明顯的老化現(xiàn)象，但是，其針入度略有降低，軟化點(diǎn)略有升高，這是廢胎膠粉吸收了基質(zhì)瀝青中的輕質(zhì)油分所致。

（2）在廢胎膠粉橡膠瀝青檢測試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，針入度的離散情況嚴(yán)重，這是因?yàn)閺U胎膠粉顆粒溶脹后體積膨脹較大，當(dāng)針扎在廢胎膠粉顆粒上時造成捧架作用而針下不去，進(jìn)而導(dǎo)致檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)假象。另外，延展度經(jīng)常出現(xiàn)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(dāng)于雜質(zhì)，特別是當(dāng)試件被拉得很細(xì)時容易導(dǎo)致斷開，進(jìn)而延展度的檢測數(shù)據(jù)變小。對于這些現(xiàn)象，試驗(yàn)中要認(rèn)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(yàn)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(jié)構(gòu)：橡膠顆粒三維隨機(jī)分布， 構(gòu)成連續(xù)相，橡膠顆粒間靠凝膠膜連接，節(jié)點(diǎn)粘結(jié)效力依賴于溫度溶脹后的橡膠粉之間沒有強(qiáng)的化學(xué)鏈接，廢胎膠粉改性瀝青內(nèi)部不形成整體性的網(wǎng)絡(luò)加勁結(jié)構(gòu)。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(yīng)變不同步，主裂紋前端應(yīng)力場發(fā)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(dāng)基質(zhì)瀝青達(dá)到極限應(yīng)變斷裂時，斷裂應(yīng)力將瞬間集中在膠粉顆粒上，在顆粒表面產(chǎn)生應(yīng)力集中，誘發(fā)大量銀紋（銀紋是指材料表面或內(nèi)部的一些缺陷在受到應(yīng)力集中作用時引發(fā)的細(xì)微紋痕和剪切帶）， 銀紋的產(chǎn)生和發(fā)展消耗大量的能量，因此可提高瀝青的沖擊強(qiáng)度和可塑性。而且，裂縫不會穿透膠粉顆粒發(fā)展，橡膠顆粒是銀紋的中心，它跨越銀紋的兩端， 銀紋要發(fā)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(diǎn)是， 在應(yīng)力作用初期銀紋體相當(dāng)硬， 當(dāng)應(yīng)力超過一定數(shù)值后， 銀紋體開始屈服， 形變隨時間的延長而發(fā)展， 斷裂伸長增加， 卸載后應(yīng)變逐漸恢復(fù)， 應(yīng)變隨時間的延長而消失。膠粉顆粒的存在易使主裂紋偏轉(zhuǎn)， 裂紋偏轉(zhuǎn)可降低裂尖的應(yīng)力強(qiáng)度因子， 從而增強(qiáng)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(diǎn)很容易達(dá)到較高水平，其高溫穩(wěn)定性能很好。

4. 廢胎膠粉橡膠瀝青貯存期三大指標(biāo)的變化

（1）表2是廢胎膠粉橡膠瀝青貯存1d的跟蹤檢測結(jié)果。

（2）由表2可以看出，廢胎膠粉橡膠瀝青穩(wěn)定性差，生產(chǎn)后宜盡快使用。其貯存期內(nèi)三大指標(biāo)的變化趨勢為：針入度增大、軟化點(diǎn)降低、延展度減小。但有些指標(biāo)反復(fù)變化，其原因是：廢胎膠粉橡膠對基質(zhì)瀝青的改性過程中，裂解和硫化反應(yīng)是互逆的，并且是不可控的，進(jìn)而導(dǎo)致某些指標(biāo)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(biāo)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(yàn)后瀝青三大指標(biāo)的跟蹤檢測結(jié)果。廢胎膠粉橡膠瀝青路面設(shè)計(jì)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(zhì)瀝青混凝土路面中，輕質(zhì)油分的含量高，其揮發(fā)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(zhì)油分被廢胎膠粉橡膠顆粒吸收，它相比不易揮發(fā)，隨著廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面中輕質(zhì)油分的揮發(fā)和車輛荷載的作用，廢胎膠粉橡膠顆粒中吸收的輕質(zhì)油分會逐步擴(kuò)散出來，補(bǔ)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(biāo)優(yōu)于基質(zhì)瀝青混凝土路面中的瀝青。廢胎膠粉橡膠瀝青的這個優(yōu)點(diǎn)，其它改性瀝青結(jié)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(jié)語

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

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