廢膠粉改性澆注式瀝青混合料性能研究

劉曉初 ，汪 林 ，閆東波 ，陳仕周

（1.重慶城建集團，重慶市400013；2.重慶鵬方路面工程技術研究院有限公司，重慶市400054）

0 前言

澆注式瀝青混凝土是一種懸浮式結構的瀝青混凝土，其混合料組成特點主要是礦粉含量高(20%～30%)、瀝青含量高(7%～10%)，在 220 ℃左右拌和后具有良好流動性，澆注式鋪筑，冷卻即成型(不需要碾壓)。澆注式瀝青混合料基本上無空隙（空隙率小于1%），不透水，耐侵蝕性好，變形能力強，耐久性好，這些性能使它尤其適用于橋面鋪裝。

廢膠粉在公路行業中特別是瀝青和瀝青混凝土中的應用在國際上已有比較悠久的歷史。通常，廢膠粉在瀝青混合料中的應用有濕法和干法兩種工藝。濕法指橡膠粉與瀝青混煉或混合制成橡膠瀝青，橡膠瀝青作為膠結料再與礦料拌和的工藝。干法則是指橡膠粉與集料先行拌和共混后再噴入瀝青拌制混合料的工藝。

大量研究表明，將廢輪胎橡膠粉加入到瀝青或瀝青混合料中，能夠改善瀝青與瀝青混合料的高低溫性能、抗老化性能和抗疲勞性能，既可減少廢輪胎膠對環境的污染，又可使改性瀝青的生產成本降低。目前，有關廢膠粉用于瀝青混凝土的報道僅限于碾壓瀝青混合料中，而將廢膠粉應用于澆注式瀝青混合料的研究尚未見報道。

本文介紹將廢膠粉用于澆注式瀝青混合料中，采用濕拌和干拌兩種工藝條件拌制，并對廢膠粉改性澆注式瀝青混合料的性能進行了研究。

1 混合料組成

1.1 集料

粗、細集料均選用江蘇茅迪玄武巖軋制而成的集料。該集料質地堅硬致密，表面紋理豐富，強度較高；集料顆粒均勻，針片狀含量小。

1.2 礦質填料

礦質填料選用浙江省富陽市新天龍礦粉有限公司生產的石灰石礦粉，該礦粉含水率低，親水系數與塑性指數小，加熱安定性好，0.075級篩孔通過率(水洗法)大于98%。

1.3 瀝青結合料

基質瀝青采用SK-70石油瀝青，膠粉為40目。SK-70和橡膠瀝青（摻20%膠粉）的技術性能見表1。

表1 瀝青結合料技術指標

2 混合料級配

干拌和濕拌工藝采用相同的礦料級配（接近中值），濕拌工藝以橡膠瀝青作為膠結料，油石比按橡膠瀝青占礦料的百分比表示，干拌工藝以SK-70作為膠結料，膠粉的摻量為干集料總質量的2%，油石比按SK-70占礦料的百分比表示。澆注式瀝青混合料的級配范圍參照《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》，混合料合成級配如表2。

3 混合料性能

3.1 施工性能

由于澆注式瀝青混凝土施工時是自流成型，澆注式瀝青混合在施工溫度下要具有合適的流動性，否則不能施工。流動性差則無法施工，流動性太好則容易造成離析。澆注式瀝青混合料的施工性能用劉埃爾流動性試驗方法進行測定，其標準試驗方法參見《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》。指南規定澆注式瀝青混凝土240℃時流動度指標小于20 s。

表2 澆注式瀝青混合料（GA10）礦料級配

兩種工藝在不同油石比時的混合料在240℃時的流動度結果見圖1。可以看出隨著油石比的增加，混合料的流動度逐漸減小，流動性變好。濕拌工藝油石比為8.3%時，流動度為16.8 s；干拌工藝油石比為6.8%時，流動度為19.2 s。如要滿足施工要求，濕拌工藝的油石比應大于8.3%，干拌工藝的油石比應大于6.8%。

3.2 高溫性能

澆注式瀝青混凝土高溫穩定性能采用貫入度及貫入度增量來表征。貫人度試驗主要是用于評價澆注式瀝青混凝土抵抗高溫變形的能力，試驗使用室內制作的試件，其標準參見《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》。澆注式瀝青混合料的貫入度試驗，其技術要求為1～4 mm。貫入度增量是在讀取貫入度后，繼續穩壓30 min后的讀數與貫入度的差值，持續30 min后的增量應不大于0.4 mm。貫入度試驗在40℃下進行，試驗結果見表3。

由表3數據可知，隨著油石比的增加，混合料貫入度與貫入度增量逐漸增大，高溫穩定性變差。采用濕拌工藝時，油石比小于8.3%時，混合料的貫入度滿足指標要求；采用干拌工藝時，油石比小于7.1%時，貫入度滿足要求。結合施工性能考慮，濕拌工藝油石比確定為8.3%，此時貫入度為2.92 mm，貫入度增量為0.33 mm；干拌工藝油石比確定為6.8%，此時貫入度為2.56 mm，貫入度增量為0.27 mm，均滿足澆注式瀝青混合料的貫入度指標要求。

表3 GA-10貫入度試驗結果

3.3 低溫性能

澆注式瀝青混合料低溫性能采用極限彎曲試驗指標來評價，試驗溫度為-10℃，荷載速率50mm/min，跨徑200 mm，試件尺寸為300 mm×100 mm×50 mm。濕拌工藝的油石比為8.3%，干拌工藝的油石比為6.8%，試驗結果見表4。

表4 GA-10低溫彎曲試驗結果

從表4可以看出，濕拌工藝的勁度模量明顯小于干拌工藝，而破壞應變明顯大于干拌工藝，表明采用濕拌工藝拌制的澆注式瀝青混合料的低溫柔韌性優于干拌工藝，具有較好的低溫抗裂性能。試驗過程中，濕拌工藝拌制的試件從斷裂開始到試驗結束有一個應力逐漸下降的過程，而干拌工藝拌制的試件則表現出明顯的脆斷。這是因為在干拌法生產的瀝青混合料中，由于橡膠粉與瀝青的作用時間短，橡膠粉在混合料中主要充當填充作用，改善混合料的高溫穩定性,對低溫性能的改善不明顯；而濕法工藝采用的膠結料是膠粉與瀝青在高溫（190℃）下，橡膠顆粒吸收瀝青中輕質油份，產生充分的融脹作用，形成的高低溫性能優良的橡膠瀝青。

3.4 疲勞性能

對兩種工藝拌制的廢膠粉改性澆注式瀝青混合料的疲勞性能采用三點彎曲疲勞試驗進行比較，試驗溫度為15℃，頻率為10 Hz，采用應變控制模式，試件尺寸為250 mm×30 mm×35 mm，跨徑200 mm，平行試驗試件個數為4件。在應變控制的疲勞試驗過程中，試件不會出現斷裂破壞。通常定義當混合料的勁度達到初始勁度一半時的重復荷載作用次數為疲勞壽命。試驗過程中則以應力達到初始應力（荷載作用3000次時）的一半時的作用次數作為疲勞壽命。

為了對兩種工藝混合料疲勞壽命進行比較，試驗時對兩種工藝拌制的疲勞試件施加相同的應變水平，疲勞試驗結果見表5。可以看出，在相同的應變條件下，濕拌工藝拌制試件的疲勞壽命要明顯大于干拌工藝，表明采用濕拌工藝拌制的澆注式瀝青混合料的疲勞性能優于干拌工藝。

表5 疲勞試驗比較結果

4 存在的問題

（1）澆注式瀝青混合料中由于有膠粉存在，并且拌和、攤鋪溫度高，攤鋪時會釋放出氣味難聞的氣體。溫度太高（超過230℃）時，橡膠瀝青的性能下降，應設法降低攤鋪時的溫度，最好控制在220℃以內；

（2）貫入度試驗在40℃進行，而在我國特別是南方地區，氣溫普遍較高，廢膠粉改性澆注式瀝青混合料的高溫性能有待進一步提高。

5 結語

（1）將廢膠粉用于澆注式瀝青混合料，可以進一步擴大膠粉在道路建設工程中的應用，還可以節約投資，解決廢舊輪胎帶來的社會環境問題。

（2）試驗結果表明將廢膠粉用于澆注式瀝青混合料是可行的，混合料性能指標滿足相關規范要求，且采用濕拌工藝拌制的澆注式瀝青混合料性能優于干拌工藝。

（3）廢膠粉改性澆注式瀝青混合料高溫性能存在局限性，需進一步加以改善。

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