橡膠粉改性瀝青混合料路用性能研究

何 晶（海南省公路勘察設(shè)計(jì)院,海口 570206）

橡膠粉改性瀝青混合料路用性能研究

何 晶
（海南省公路勘察設(shè)計(jì)院,海口 570206）

摘 要：通過室內(nèi)試驗(yàn)，對橡膠粉改性瀝青以及SBS改性瀝青AC-16瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，確定了最佳瀝青用量，對比了兩種瀝青混合料的路用性能，在此基礎(chǔ)上分析了兩種瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)果表明：橡膠粉改性瀝青混合料的路用性能雖稍遜于SBS改性瀝青混合料，但其路用性能指標(biāo)遠(yuǎn)超規(guī)范要求；橡膠粉改性瀝青混合料比SBS改性瀝青混合料有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：橡膠粉改性瀝青；AC-16瀝青混合料；路用性能；經(jīng)濟(jì)效益

0 引言

瀝青混凝土因其優(yōu)良的路用性能已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各等級公路當(dāng)中，但由于瀝青材料其本身的特點(diǎn)決定，瀝青混凝土路面也存在一些不足：一方面，隨著溫度的升高，瀝青混凝土的彈性模量會明顯降低，在瀝青路面在車輛荷載和高溫的雙重作用下，容易形成推移、擁包、車轍等病害；另一方面，隨著溫度的降低，瀝青混凝土的彈性模量會急劇升高，在低溫狀況下，瀝青路面容易形成開裂，繼而誘發(fā)其他損害。據(jù)有關(guān)研究表明[1]，對瀝青進(jìn)行改性能很大程度上改善瀝青混凝土的使用性能。SBS改性瀝青雖可很好的改善瀝青混凝土的高、低溫使用性能，提高路面的承載能力與使用壽命，但其昂貴的造價限制了其廣泛使用。因此，尋找一種“物美價廉”的改性劑來提高瀝青路面的路用性能具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文通過馬歇爾試驗(yàn)，確定了橡膠粉改性瀝青AC-16和SBS改性瀝青AC-16的配合比，通過路用性能試驗(yàn)對比分析了兩種瀝青的路用性能，最后對橡膠粉改性瀝青混合料與SBS改性瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對比分析。

1　橡膠粉改性瀝青的應(yīng)用意義

橡膠瀝青又稱為橡膠粉改性瀝青，是一種優(yōu)良的新型復(fù)合材料，是重交瀝青與廢棄輪胎橡膠粉在外加劑的作用下，經(jīng)歷過一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化形成的復(fù)雜聚合物[2]。根據(jù)有關(guān)研究表明[3]，橡膠粉可有效的改善基質(zhì)瀝青的針入度，使其溫度敏感性降低，從而改善其高溫與低溫性能，另外橡膠粉提高了基質(zhì)瀝青的柔韌性，使其與石料的粘附性增強(qiáng)，并且降低了噪音污染。

截止至2014年底，中國的汽車保有量已經(jīng)達(dá)到1.5億，廢舊輪胎的保有量已經(jīng)達(dá)近3億條，并且每年以近10%的速率上升。大量廢棄輪胎的堆積不但造成環(huán)境污染、資源浪費(fèi)，而且其降解困難，堆積處成為一些害蟲的溫床，威脅人類健康，如不慎發(fā)生火災(zāi)可造成嚴(yán)重的大氣污染。由此可見，將廢舊輪胎制成橡膠粉用于瀝青改性，不但可以提高瀝青路面的路用性能，更能起到保護(hù)環(huán)境，變廢為寶的作用。

2　室內(nèi)試驗(yàn)參數(shù)的確定

為了明確橡膠粉改性瀝青的路用試驗(yàn)性能，本研究采用AC-16作為代表混合料類型，并對SBS改性瀝青和橡膠粉改性瀝青分別進(jìn)行了馬歇爾配合比設(shè)計(jì)，并對兩種改性瀝青AC-16瀝青混合料的路用性能進(jìn)行對比分析。

2.1 改性劑摻量

改性劑摻量不同對改性瀝青的性能指標(biāo)影響也不盡相同。據(jù)有關(guān)研究表明[4]，SBS改性瀝青在SBS摻量在5%左右時，其綜合性能達(dá)到最佳，本文結(jié)合海南地區(qū)實(shí)際，選用5%的SBS摻量，來進(jìn)行本次試驗(yàn)研究；而橡膠粉摻量則選擇60目橡膠粉，摻量為20%[5]。

2.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選取的基質(zhì)瀝青為海南地區(qū)常用的泰普克70#基質(zhì)瀝青，石料產(chǎn)地為蓬萊石場玄武巖，礦粉產(chǎn)地為昌江礦粉廠，試驗(yàn)所用原材經(jīng)檢驗(yàn)均滿足行業(yè)規(guī)范要求。

2.3 級配設(shè)計(jì)與最佳油石比確定

試驗(yàn)根據(jù)馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法，分別得到了SBS改性AC-16瀝青混合料和橡膠粉改性瀝青AC-16瀝青混合料的級配曲線，確定了最佳油石比分別為4.6%和5.3%。橡膠粉改性瀝青由于其自身性質(zhì)的原因，導(dǎo)致其油石比通常比SBS改性瀝青和基質(zhì)瀝青要偏大。

根據(jù)優(yōu)化得出的級配曲線以及通過馬氏試驗(yàn)最終確定的油石比來分別制作SBS改性瀝青AC-16以及橡膠粉改性瀝青AC-16。礦料級配如表1所示。

表1　兩種AC-16級配計(jì)算表

3　改性混合料瀝青路用性能指標(biāo)研究

SBS改性瀝青已經(jīng)在國內(nèi)推廣了幾十年，其良好的路用性能已經(jīng)得到了道路工作者的普遍肯定。海南地區(qū)也已經(jīng)將SBS改性瀝青應(yīng)用于各等級瀝青路面當(dāng)中，而橡膠粉改性瀝青卻還沒有在海南地區(qū)大規(guī)模推廣。為了驗(yàn)證橡膠粉改性瀝青的路用性能，尤其是受海南氣候影響較大的高溫性能與水穩(wěn)定性，對橡膠粉改性AC-16瀝青混合料進(jìn)行了車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)以及低溫彎曲試驗(yàn)，來衡量其路用性能，并將之與技術(shù)成熟的SBS改性瀝青混合料進(jìn)行性能對比，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　兩種瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果對比表

從表中我們可以清晰的看出：（1）橡膠粉改性瀝青的馬氏穩(wěn)定度與動穩(wěn)定度略遜于SBS改性瀝青；（2）橡膠粉改性瀝青的-10℃低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)要遠(yuǎn)低于SBS改性瀝青；（3）橡膠粉改性瀝青的殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂殘留強(qiáng)度比均略優(yōu)于SBS改性瀝青；（4）橡膠粉改性瀝青AC-16的各項(xiàng)性能指標(biāo)遠(yuǎn)高于規(guī)范規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

4　經(jīng)濟(jì)效益分析

一種新型材料的應(yīng)用，通常要綜合考慮其路用性能和其經(jīng)濟(jì)效益。上文所進(jìn)行的室內(nèi)試驗(yàn)研究可以看出，橡膠粉改性瀝青的路用性能是符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的，但其經(jīng)濟(jì)效益又如何呢？本文引用費(fèi)用效果這一指標(biāo)綜合評價橡膠粉改性瀝青與SBS改性瀝青的經(jīng)濟(jì)效益。

第一步進(jìn)行兩種瀝青混合料的綜合價格分析，海南地區(qū)2014年平均材料價格如表3所示。

表3　2014年海南地區(qū)材料平均價格

依據(jù)材料單價，計(jì)算兩種混合料的綜合價格，如表4所示。

表4　兩種瀝青混合料綜合價格

由表4，我們可以看出，當(dāng)每使用1t集料的情況下，橡膠粉改性瀝青混合料要比SBS改性瀝青混合料節(jié)省近82元。

同樣根據(jù)橡膠粉改性瀝青和SBS改性瀝青的路用效果進(jìn)行對比分析，在分析時考慮混合料的高溫、低溫與水穩(wěn)定性三種性能指標(biāo)，效果參數(shù)為三項(xiàng)加權(quán)平均之和，以SBS改性瀝青混合料的路用性能為基準(zhǔn)，動穩(wěn)定度表征瀝青混合料的高溫性能，其加權(quán)值為1，破壞應(yīng)變表征其低溫性能，權(quán)值也為1，殘留穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度比表征其水穩(wěn)定性，權(quán)值各位0.5，則根據(jù)表2可得兩種瀝青混合料的加權(quán)值，進(jìn)而計(jì)算出兩種混合料的效果參數(shù)，如表5所示。

表5　效果參數(shù)加權(quán)計(jì)算表

根據(jù)式1計(jì)算出兩種混合料的效果費(fèi)用，經(jīng)計(jì)算SBS改性瀝青混合料的效果費(fèi)用 為0.00958，橡膠粉改性瀝青的效果費(fèi)用為0.01126。顯然橡膠粉改性瀝青的效果費(fèi)用要大于SBS改性瀝青，可見橡膠粉改性瀝青混合料在滿足路面的使用性能的同時，具有更好的經(jīng)濟(jì)效益，適合在海南地區(qū)推廣使用。

5　結(jié)語

（1）通過對橡膠粉改性瀝青和SBS改性瀝青AC-16配合比設(shè)計(jì)可知，橡膠粉改性瀝青的油石比略大于SBS改性瀝青，這是橡膠粉改性瀝青自身性質(zhì)導(dǎo)致的。

（2）通過對橡膠粉改性瀝青路用性能研究發(fā)現(xiàn)，其高溫性能與低溫性能雖略遜于SBS改性瀝青，但遠(yuǎn)超規(guī)范要求，而其水穩(wěn)定性略優(yōu)于SBS改性瀝青，綜合來看橡膠粉改性瀝青各項(xiàng)技術(shù)性質(zhì)能夠滿足海南地區(qū)路用性能要求。

（3）通過經(jīng)濟(jì)效益的對比分析發(fā)現(xiàn)，橡膠粉改性瀝青比SBS改性瀝青具有更好的性價比。

（4）因技術(shù)、材料等方面原因的限制，本文所做研究混合料類型比較單一，有一定的適用局限性，完善混合料以及材料類型是進(jìn)一步需研究的方向。

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