橡塑合金改性瀝青混合料路用性能應用研究

2016-10-28 07:56:56楊正軍

公路與汽運 2016年1期

楊正軍

（中建路橋集團有限公司，河北　石家莊　050011）

橡塑合金改性瀝青混合料路用性能應用研究

楊正軍

（中建路橋集團有限公司，河北石家莊050011）

為提高瀝青砼路面的高溫穩定性、低溫抗裂性、耐久性、抗車轍、抗水損害等性能，同時實現廢棄材料的資源化利用，提高廢舊材料應用的技術附加值和經濟附加值，文中通過研究橡塑合金（TPE）改性瀝青砼的路用性能，開發適合中國國情的高性能廢舊橡塑瀝青改性技術和工程應用技術，為消耗大量的廢舊輪胎和廢舊塑料制品、保護生態環境提供技術指導。

公路；橡塑合金（TPE）；改性瀝青；路用性能

由于人們日常生產、生活產生的橡膠和塑料制品等廢棄物不能及時處理或有效處理，已給自然環境造成了極大影響。為提高橡膠和塑料廢舊材料的應用技術附加值和經濟附加值，河北省邢汾（邢臺—汾陽）高速公路建設單位聯合科研部門開展橡塑合金（TPE）改性瀝青混合料路用性能應用研究，為實現塑料和橡膠廢棄材料的資源化利用開辟新的技術途徑，同時開發適合中國國情的橡塑合金材料瀝青改性技術和工程應用技術。

1　橡塑合金改性瀝青混合料試驗方案

為確保瀝青砼路面在車輛荷載作用下能長期保持良好的使用狀態，瀝青砼材料的高溫穩定性、低溫抗裂性、耐久性及抗水損害性能等必須滿足要求。因此，需全面研究和改進橡塑合金改性瀝青混合料的路用性能，進行瀝青混合料各性能指標評價。該文采用AC-13C型瀝青砼進行TPE改性瀝青混合料配合比設計，并與SBS類I-D型改性瀝青和70#基質瀝青混合料進行性能指標對比。

1.1礦料技術指標檢測結果

試驗所用石料為10～15、5～10、3～5 mm玄武巖、0～3 mm石灰巖和礦粉，其技術性能指標檢測結果見表1～3，均滿足要求。

1.2瀝青技術指標檢測結果

根據前期研究結果，按照一定的比例制備TPE改性瀝青，應注意的是在加入TPE改性劑時要采取多次少量的方式。制備方法：將70#基質瀝青加熱溫度控制在165℃，按比例分多次摻加TPE改性劑，加入時間控制在5 min左右，剪切時間1.5 h（轉速4 000 r/min），然后加入穩定劑，再剪切30 min即可。在TPE改性瀝青加工過程中，溫度控制在160～170℃。

表1　粗集料的技術指標檢測結果

表2　細集料的技術指標檢測結果

表3　礦粉的技術指標檢測結果

TPE改性瀝青、SBS改性瀝青和70#基質瀝青的技術指標檢測結果見表4，均滿足要求。

1.3瀝青混合料的制備

采用馬歇爾試驗配合比設計方法進行瀝青混合料設計，根據TPE改性瀝青的性能，配合比設計溫度控制為：石料溫度190℃，拌和溫度180℃，擊實溫度160℃。SBS改性瀝青和70#基質瀝青按照規范要求進行配合比設計。

表4　3種瀝青的技術指標檢測結果

2　瀝青混合料常規性能試驗

對采用TPE改性瀝青、SBS改性瀝青和70#基質瀝青制備的瀝青混合料的高溫穩定性能、抗水損害性能和低溫抗裂性能進行分析比較。

2.1馬歇爾試驗

根據標準試驗方法進行馬歇爾試驗，結果見表5和圖1。

從表5和圖1可以看出：不同類型瀝青的馬歇爾穩定度均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》中熱拌瀝青混合料馬歇爾試驗技術標準要求。改性瀝青混合料的馬歇爾穩定度明顯高于基質瀝青混合料，2種改性瀝青混合料的馬歇爾穩定度基本接近。

表5　3種瀝青混合料的馬歇爾試驗結果

圖1　3種瀝青混合料的馬歇爾穩定度

2.2車轍試驗

瀝青混合料屬于柔性材料，在高溫狀態下表現為彈粘性體，勁度較小，在車輛荷載重復作用下，可能造成車轍、推移等變形，從而使瀝青路面產生損壞，影響道路的使用性能。為使配合比試驗結果更符合實際路面的使用功能要求，除將馬歇爾穩定度作為反映路面高溫性能的指標外，還將動穩定度作為瀝青混合料性能的一項重要經驗性評價指標。

根據試驗規程的標準方法進行車轍試驗，測試基質瀝青、TPE改性瀝青、SBS改性瀝青混合料在60℃條件下的動穩定度，結果見表6和圖2。

表6　3種瀝青混合料的車轍試驗結果

圖2　3種瀝青混合料的動穩定度

從表6和圖2來看，在其他條件相同的條件下，使用TPE改性劑的改性瀝青的動穩定度比規范中的最不利條件要求高2.5倍；與普通SBS改性瀝青相比，TPE改性瀝青混合料提高1.7倍。

2.3水損壞與穩定性試驗

瀝青砼路面隨著瀝青的老化，加上水與車輛荷載的同時反復作用，慢慢會引起瀝青與礦料界面的粘附性降低，使兩者之間產生剝離，造成掉粒、松散乃至形成坑槽等路面結構破壞，尤其是雨水豐富地區瀝青路面更容易產生早期水破壞。通過浸水馬歇爾試驗殘留穩定度、凍融劈裂試驗殘留強度比評價瀝青混合料的抗水損壞性能，試驗中每組試樣采用6個試件，試驗結果見表7和圖3。

表7　3種瀝青混合料馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結果％

圖3　3種瀝青混合料的殘留穩定度和凍融劈裂強度比

由表7和圖3可以看出：TPE改性瀝青混合料的殘留穩定度和凍融劈裂強度比均高于基質瀝青和SBS改性瀝青，說明TPE改性瀝青混合料的抗水損壞性能好于基質瀝青和SBS改性瀝青。

2.4低溫彎曲試驗

瀝青混合料的低溫抗裂性能采用低溫彎曲試驗的破壞應變進行評價，破壞應變大，說明低溫條件下破壞時抗變形能力強，低溫抗裂性好；反之，低溫抗裂性差。試驗結果見表8和圖4。

表8　3種瀝青混合料的低溫彎曲試驗結果

從表8和圖4可以看出：TPE改性瀝青的破壞應變最大，其低溫抗裂性最好。

3　結語

該文對TPE改性瀝青混合料的路用性能進行室內試驗評價，通過試驗數據分析TPE改性瀝青混合料的路用性能。結果表明：TPE改性瀝青混合料的車轍試驗動穩定度較高，說明其具有突出的抗車轍性能；從殘留穩定度和凍融循環后的劈裂強度比指標來看，TPE改性瀝青混合料的抗水損壞性能好于基質瀝青和SBS改性瀝青；TPE改性瀝青的破壞應變明顯高于SBS改性瀝青和基質瀝青，其低溫性能具有優勢。TPE改性瀝青混合料的路用性能達到現行技術標準的要求，在上述性能指標方面均具有顯著優勢，可應用于實際工程。

邢汾高速公路邢臺至冀晉界段應用TPE改性瀝青混合料鋪筑10 km試驗路，經檢測，其各項技術指標均滿足國家規范的要求。