膠粉粒徑和用量在路用多孔瀝青混合料中的應用

段志輝

對于橡膠粉粒在多孔路用瀝青混合料中的配比試驗是改進瀝青質(zhì)量的有效方法。本文將通過對試樣的滲透系數(shù)、飛散損失，以及間接拉伸強度等指標進行對比，從而得出最佳的橡膠粉粒徑和用量等指標要求，以增強路用瀝青的性能。

在道路工程施工中，瀝青是常見的材料。為了提升瀝青的改性性能，對廢舊輪胎等橡膠粉粒的試驗研究較多，也在應用中獲得了較好的性能指標。不同的拌和方法、與瀝青的反應時間上、膠粉粒徑及用量上等工藝上差異，對于多孔瀝青混凝土的綜合性能也有影響。從試驗結(jié)果來看，多孔瀝青混合料中加入適量的膠粉集料，不僅有利于路面排水，還能夠減少路面交通噪音。特別是天然橡膠與改性瀝青在密級配比中，其吸聲效果更加顯著。為此，本文將結(jié)合多孔瀝青的性能特點，從橡膠粉粒的用量及粒徑大小上，來研究其對瀝青混合料的耐久性影響。

1 試驗方法

試驗材料的特性

在本試驗中，所選集料采用破碎玄武巖作為試驗粗集料和細集料，并采用石灰?guī)r粉粒作為填料，其粗集料主要物理性能指標為：

依照我國升級配磨耗層混合料要求，選擇的瀝青材料為70#道路石油瀝青，其性能滿足以下要求：

對于本例中采用的橡膠粉，依照級配曲線要求，按照粒徑大小分為三等，分別為：4-20 目；20-200 目；4-200目。對于纖維狀橡膠顆粒更有助于增強多孔瀝青路面的綜合性能，減少瀝青的析漏。

試驗方法及要求

本試驗分兩個階段來完成，一是通過試驗來明確混合料的最佳瀝青量；二是從多孔瀝青混合料的性能優(yōu)化上來探討最佳的橡膠粉粒粒徑及用量。在試驗過程中，分別采用孔隙率試驗、滲透系數(shù)試驗、間接拉伸強度試驗、飛散試驗等方法，來確定瀝青用量。對于多孔瀝青混合料中摻加橡膠粉粒的性能試驗，主要通過水穩(wěn)定性試驗來獲得。具體方法如下，在對試樣進行干法拌和時，通過將橡膠粉粒添加到集料中，拌和2min，使之均勻；將含有橡膠粉粒的集料與瀝青膠結(jié)料進行拌和，兩者都在相同的條件及溫度下完成，按照標準馬歇爾擊實方法，對混合料進行擊實50 次。對于孔隙率試驗，為了確?；旌狭系臐B透系數(shù)滿足要求，采用蠟封法來對多孔瀝青混合料進行密封，獲得體積密度值。對于滲透系數(shù)的確定，采用排水路面結(jié)構(gòu)最小的滲透系數(shù)即10～2cm/s。結(jié)合肯塔堡飛散試驗要求，從混合料的抗散失及抗脫落性能上，使其飛散損失≥25%。在進行間接拉伸強度試驗時，多采用熱拌工藝方法，對劈裂強度指標進行測量，以作為混合料的抗拉強度值。也就是說，在評價瀝青混合料的拉伸強度時，以IDT（間接拉伸強度）強度來表征多孔瀝青混合料的強度指標值。為了測量多孔瀝青混合料中對橡膠粉粒粒徑及用量值的確定，需要從試樣的分組對比測量中來獲得，一組分為干燥條件下的對比；二組采用凍融條件下的試驗。依照TSR（抗拉強度比）要求，需要滿足凍融循環(huán)后第二組試件IDT 強度平均值與未凍融循環(huán)試件IDT 強度平均值的比值≥70%。

2 試驗結(jié)果及討論

通過對試驗中各量值的記錄和對比，綜合各測量指標要求，對本試驗中的滲透系數(shù)、孔隙率、間接拉伸強度、飛散損失等指標的分析來得出最佳瀝青量。當采用最小滲透系數(shù)時，孔隙率為18%～24%，其目標孔隙率為10～2cm/s。當在干燥條件下（25℃）時，對于允許的最大飛散損失為25%，對于試驗中瀝青的用量范圍為4%～6%。當試驗中瀝青用量逐漸增多時，由于滲透系數(shù)及孔隙率的減少，對瀝青用量有最大值，即當瀝青用量為5.5%時達到最值條件。當瀝青用量達到7%時，由于飛散損失減少，而此時試驗結(jié)果與瀝青用量為6.5%時的結(jié)果具有相近性。因此可知，當瀝青用量為6.5%時可以滿足最大間接拉伸強度要求。

在研究本試驗中橡膠粒粉對混合料性能的影響時，主要通過滲透系數(shù)的變化來確定。當橡膠粉粒粒徑和用量發(fā)生變化時，其滲透系數(shù)值也發(fā)生變化，總的來看，對于橡膠粉粒用量來說，隨著用量的增加滲透系數(shù)反而降低。試驗結(jié)果表明，當橡膠粉粒用量在4-20 目時其滲透系數(shù)值最大，而對于橡膠粉粒粒徑在20-200 目時，其用量為15%和20%時所得到滲透系數(shù)均值最小；當橡膠粉粒粒徑在4-200 目時，其用量為20%時滲透系數(shù)值達到最小。由此可見，橡膠粒徑較小時，其表面積增大，反而降低了滲透系數(shù)和混合料的孔隙率。在飛散損失試驗中，對于橡膠粒徑在20-200 目時，其飛散損失對比值，而對于不同粒徑的橡膠粉粒，當其用量逐漸增加時，對于混合料的飛散損失值也會增加，當橡膠粉粒用量為10%時得到的飛散損失值最小。由此可見，對于橡膠粒徑4-20 目與4-200目來說，其混合料的飛散損失值會隨著用量的增加而減少，而當摻入量達到20%時，其飛散損失將達到最大值。該結(jié)果說明在橡膠粉粒瀝青混合料中，較細的橡膠粉粒能夠獲得較為均勻的膠漿，來改善瀝青混合料的強度。而較細的橡膠粉粒需要更多的瀝青來裹覆，從而增加了瀝青的膜厚度，降低了飛散損失值。

間接拉伸強度值是多孔瀝青混合料的重要性能指標，本試驗也是通過瀝青膜的黏聚力分析來獲得最佳的橡膠粉粒粒徑和用量值。在本試驗中，由于間接拉伸強度與飛散損失具有一致性表現(xiàn)，在添加橡膠粉粒時，對于間接拉伸強度也會出現(xiàn)降低趨勢，對于4-20 目與4-200 目粉粒徑要求來說，間接拉伸強度均低于其對比試樣的強度值?？梢姡诹綖?-20 目時，對橡膠粉粒用量為20%時得到最大的間接拉伸強度目標。與此相同的是，對于相同用量下橡膠粉粒量，當增加粉粒粒徑時，其間接拉伸強度反而下降，由此可以解釋為：當小粒徑的橡膠粉粒與瀝青進行膠結(jié)時，其黏聚力能夠達到較強的強度要求；而對于粒徑較大的橡膠粉粒，由于其與瀝青膜接觸面的減少，其黏聚力和間接拉伸強度值會降低，進而降低了多孔瀝青混合料的整體性能。

通過對多孔瀝青混合料水穩(wěn)定性的分析，多孔瀝青更易受到水的侵蝕，本試驗采用TSR（間接拉伸強度比）來作為評價指標，通過對TSR 值的對比來判定其水穩(wěn)定性。對于本試驗中的TSR 值的測定結(jié)果為58%，其值低于規(guī)定的70%下限值要求，其結(jié)果表明：當橡膠粒徑為20-200 目時，對于橡膠粉粒用量為10%時，TSR 值容易出現(xiàn)波動，但對于4-20 目和4-200 目橡膠粉粒粒徑時，增加的橡膠粉粒用量無論是多少都達不到對比樣值。當采用4-20 目橡膠粉粒粒徑時，其用量為20%時TSR 值降幅最大，混合料的整體性能降低最明顯?？梢?，對于小粒徑橡膠粉粒來說，能夠較好的提升多孔瀝青混合料的綜合性能，而大粒徑的橡膠粉粒因黏聚力和間接拉伸強度不夠而影響了混合料的性能。

3 結(jié)語及建議

通過對上述試驗的分析與總結(jié)，我們可以得出如下結(jié)論和建議。一是對于混合料的滲透系數(shù)試驗中，對于橡膠粉粒量的增加反而會降低滲透系數(shù)，相同粉粒用量下，粉粒粒徑越小其滲透系數(shù)也越??；二是對于混合料的不同膠粉粒徑來說，增加膠粉用量也會增加其飛散損失，當膠粉用量為10%上，其飛散損失最小，伴隨著橡膠粉粒粒徑的增大其飛散損失也會增加，其具有不連續(xù)性；對于間接拉伸強度值來說，隨著橡膠粉粒用量的增加反而降低其間接拉伸強度，在用量相同的條件下，對于橡膠粉粒粒徑的增加，其間接拉伸強度值會降低。對于間接拉伸強度比（TSR）來說其變化與IDT 具有相似性，并且對于橡膠粉粒的增加并不會提升混合料的水穩(wěn)定性；對于20-200 目橡膠粒徑條件下，其粒徑顆粒能夠具有較好的均勻性，可以增強瀝青膠漿的強度性能，然而，對于橡膠粒徑較大時反而增加了瀝青的不連續(xù)性，導致瀝青抗拉強度的降低；對于多孔路用瀝青混合料來說，建議采用10%的20-200 目橡膠粒徑，來增強混合料的整體穩(wěn)定性能，而一旦橡膠粉粒用量高于10%或者橡膠粉粒粒徑大于20-200 目都會減少混合料的性能。