橡膠顆粒瀝青路面路用性能研究

肖 彬 孫良程

(重慶交通大學(xué)，重慶 400074)

前言

中國(guó)每年產(chǎn)生的廢舊橡膠日益增多，其中大部分應(yīng)用于路面工程，隨著各國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的提高，各國(guó)對(duì)橡膠顆粒的需求會(huì)逐漸增多，我國(guó)橡膠顆粒市場(chǎng)將會(huì)得到迅猛發(fā)展，橡膠瀝青在我國(guó)的規(guī)模化應(yīng)用將為時(shí)不遠(yuǎn)。

1、橡膠顆粒級(jí)配設(shè)計(jì)

1.1 橡膠顆粒篩選。不同輪胎生產(chǎn)出的橡膠顆粒的基本性質(zhì)有很大差異，對(duì)于摻加橡膠顆粒的瀝青混合料，因?yàn)橄鹉z性質(zhì)和摻加量的不同，瀝青混合料的性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生較大的差異。本文試驗(yàn)選取2～4mm 與3～5mm 兩種粒徑范圍進(jìn)行試驗(yàn)［1］。

1.2 級(jí)配組成設(shè)計(jì)。參考規(guī)范進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，由于橡膠顆粒密度和質(zhì)量較小，橡膠顆粒之間會(huì)出現(xiàn)相互擠兌現(xiàn)象，摻加該橡膠顆粒的混合料穩(wěn)定性較差。最后決定采用AC-13 的間斷級(jí)配瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)研究。查詢相關(guān)規(guī)范文獻(xiàn)，瀝青混合料設(shè)計(jì)主要通過(guò)孔隙率這個(gè)指標(biāo)確定瀝青用量，且最佳空隙率為4.5%。

為使集料作為主骨料的嵌擠能力能夠得到發(fā)揮，選取主骨料空隙填充法進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。瀝青混合料礦料的合成級(jí)配見(jiàn)表1，橡膠顆粒用量為3.5%;礦粉用量為9%;油石比為6.5%。

1.3 指標(biāo)檢測(cè)。參照已有的研究成果和施工技術(shù)規(guī)范，對(duì)AC-13 瀝青混合料VV、VMA、VFA 等指標(biāo)進(jìn)行一系列檢測(cè)，得到各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)如表2。

表1 AC-13 礦料級(jí)配表

表2 AC-13 各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)

1.4 試件成型。瀝青混合料的成型方法包括旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型和馬歇爾擊實(shí)震動(dòng)，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，就摻加橡膠顆粒瀝青混合料，只進(jìn)行一次成型工藝，達(dá)不到理想的壓實(shí)效果，較難成型瀝青混合料，空隙率較高。要達(dá)到較好的密實(shí)狀態(tài)，采用二次成型方法進(jìn)行試驗(yàn)，即馬歇爾擊實(shí)與振動(dòng)組合成型。

2、路用性能的評(píng)價(jià)

2.1 高溫穩(wěn)定性能。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTGE20-2011)》［5］一般通過(guò)車轍試驗(yàn)測(cè)定45min和60min 車轍，并計(jì)算得出動(dòng)穩(wěn)定度DS 作為瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，經(jīng)參照規(guī)范試驗(yàn)得出結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 瀝青混合料高溫穩(wěn)定性車轍試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，摻加橡膠顆粒的瀝青混合料的平均動(dòng)穩(wěn)定度為1349 次·mm-1，而普通瀝青混合料的平均動(dòng)穩(wěn)定度為1138 次·mm-1。證明摻入橡膠顆粒后，瀝青混合料的抗車轍性能得到較大提高。分析車轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在45min 和60min時(shí)，橡膠顆粒瀝青混合料相對(duì)變形量均略小于普通瀝青混合料，證明在瀝青混合料中摻加橡膠顆粒有助于其高溫穩(wěn)定性的提高。

2.2 低溫抗裂性能。現(xiàn)針對(duì)瀝青混合料低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)并不太完善，各式的試驗(yàn)方法會(huì)得出不同的低溫破壞強(qiáng)度，參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程 (JTGE20-2011)》［5］本文選用采用低溫小梁彎曲試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料的低溫性能進(jìn)行探究，經(jīng)試驗(yàn)得出結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 低溫抗裂性試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，摻加橡膠顆粒的瀝青混合料的平均彎拉強(qiáng)度為6.2MPa，而普通瀝青混合料的平均彎拉強(qiáng)度為7.3MPa，橡膠顆粒的瀝青混合料較低。橡膠顆粒的瀝青混合料平均彎拉應(yīng)變?yōu)?.827，平均勁度模量2439MPa，相較于普通瀝青混合料皆有所降低，證明了在低溫時(shí)橡膠顆粒瀝青混合料柔性得到小幅度提高，低溫抗裂性能隨之有較高的改善［4］。

2.3 水穩(wěn)定性能。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTGE20-2011)》測(cè)定瀝青混合料抵抗水損害性能［5］，本文選取凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行研究水穩(wěn)定性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，橡膠顆粒的瀝青混合料劈裂強(qiáng)度為80.42%低于普通瀝青混合料為83.52%。經(jīng)試驗(yàn)若選擇密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)的瀝青混合料級(jí)配，摻加橡膠顆粒后混合料的水穩(wěn)定性得到大幅度改善，其中尤以3.5%的摻量改善最為明顯。

3、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文試驗(yàn)表明，相對(duì)于普通瀝青混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)，摻加橡膠顆粒瀝青混合料的力學(xué)性能和路用性能均得到大幅度提升，直接與間接經(jīng)濟(jì)效益非常可觀，可以進(jìn)行大面積的推廣。

［1］黃文元，張隱西.路面工程用橡膠瀝青的反應(yīng)機(jī)理與進(jìn)程控制.公路交通科技.2006，23 (11):5-9

［2］曹衛(wèi)東，王超，韓恒春.廢舊輪胎在道路工程中的應(yīng)用綜述［J］.公路工程與運(yùn)輸，2010，142:78-82.

［3］汪水銀，郭朝陽(yáng)，彭峰.廢胎橡膠粉改性機(jī)理［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010，30 (4):34-38.

［4］HUANG S C.Rubber concentrations on rheology of aged asphalt binders［J］.Journal of Materials in Civil Engineer，2008，30 (3):221-229.

［5］交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.JTGE20-2011 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］:人民交通出版社.