橡膠顆粒和硅藻土復合改性瀝青混合料體積參數及力學指標研究

■陳家鋒，張 斐 ■河南省交通規劃勘察設計院有限責任公司，河南 鄭州 450000

廢舊橡膠輪胎的掩埋及堆放會嚴重污染環境，將廢舊橡膠輪胎經過一定的加工工藝制成橡膠顆粒摻入瀝青混合料中鋪筑路面是一種重要的處理方式。硅藻土作為一種工業礦料，其作為一種良好的瀝青無機改性劑已經得到較多學者的驗證。將橡膠顆粒和硅藻土采用一定的工藝摻配入瀝青混合料，開發一種新型的橡膠顆粒和硅藻土復合改性瀝青混合料，有利于廢舊資源再利用和環境保護。對其體積參數及力學指標的變化規律進行細致研究，有利于該類復合改性瀝青混合料的進一步研究。

1 原材料技術指標

(1)瀝青。針對季凍區氣候，試驗中選用產自盤錦的優質AH-90﹟瀝青。

(2)礦料。礦料力學性能是混合料強度性能的重要指標，其顆粒形狀影響著混合料的構架，從而影響混合料的路用性能。安山巖礦料與瀝青之間具有優良的粘附性，同時與瀝青粘附層也具有較好的抗水性。試驗選用優質安山巖。

(3)礦粉。礦粉在混合料中起填充空隙、增加瀝青膠漿粘結力的作用。試驗選用由優質石灰石磨制而成的礦粉。

(4)橡膠顆粒。橡膠顆粒的加入對于混合料獲得破冰和降噪性能至關重要。試驗選用生產成本相對較低的3-5mm 粒徑常溫粉碎廢舊輪胎橡膠顆粒。

(5)硅藻土。硅藻土作為重要的瀝青無機改性劑，對復合改性量混合料的各項路用性能有重要影響。試驗選用產自吉林地區的優質300#硅藻土，呈白色粉末狀。

(6)級配組成設計。本文采用干搗實法確定粗集料骨架之間的間隙率VCA。細集料級配選取參照SMA 對應的級配范圍進行。最終確定設計級配如圖1。

圖1 合成級配曲線

橡膠顆粒按照礦料質量3%進行摻入，并按照等體積法替換相應尺寸的集料。硅藻土摻量確定為瀝青用量的15%，干法工藝摻入。

2 瀝青混合料體積參數及力學指標

2.1 橡膠顆粒對體積參數及力學指標的影響

試驗選用圖1 中采用的設計級配，采用普通瀝青混合料和單獨添加占集料質量3%的橡膠顆粒改性的瀝青混合料分別進行標準馬歇爾試驗。在相同5.5%油石比情況下，SMA-13-基質與SMA-13-膠粒的體積參數及力學指標對比如下:γf(g/cm3):2.490/2.448;VV(%):3.8/5.5;VMA(%):14.1/15.8;VFA(%):73.0/65.2;穩定度(kN):9.56/8.54;流值(0.1mm):26.4/42.5。由以上數據可知，與基質瀝青混合料相比，加入橡膠顆粒的瀝青混合料空隙率(VV)升高、礦料間隙率(VMA)升高、瀝青飽和度(VFA)降低、馬歇爾穩定度降低、流值增大。

2.2 硅藻土對體積參數及力學指標的影響

試驗中采用單獨添加占集料質量比3%的橡膠顆粒改性瀝青混合料和另外添加硅藻土(占瀝青用量的15%)復合改性瀝青混合料分別進行標準馬歇爾試驗。在相同的5.5%油石比情況下，SMA-13-膠粒與SMA-13-膠粒-硅藻土的體積參數及力學指標對比如下:γf(g/cm3):2.448/2.457;VV(%):5.5/5.2;VMA(%):15.8/16.3;VFA(%):65.2/68.1;穩定度(kN):8.54/10.25;流值(0.1mm):42.5/40.5。由以上數據可知，與SMA-13-膠粒瀝青混合料相比，SMA-13-膠粒-硅藻土瀝青混合料VV 降低、VMA 升高、VFA 升高、馬歇爾穩定度升高、流值減小。

2.3 不同級配對體積參數及力學指標的影響

采用圖1 中的設計級配的4.75mm 篩孔通過率25%為中值，采取粗集料各檔料原比例和細集料各檔料原比例，設計出級配1(4.75mm篩孔通過率21%)和級配3(4.75mm 篩孔通過率29%)。對三種級配的復合改性瀝青混合料分別進行標準馬歇爾試驗。在相同的5.5%油石比的情況下，對于間斷級配，隨著粗骨料的逐漸減少，復合改性瀝青混合料的VV 降低、VMA 降低、VFA 升高、穩定度降低、流值增加。

表1 三種級配復合改性瀝青混合料體積參數及力學指標對比匯總

3 結論

經過對橡膠顆粒和硅藻土復合改性瀝青混合料體積參數及力學指標研究，初步得到以下結論:(1)在相同的5.5%油石比情況下，與基質瀝青混合料相比，加入橡膠顆粒的瀝青混合料空隙率升高、礦料間隙率升高、瀝青飽和度降低、馬歇爾穩定度降低、流值增大。(2)在相同的的5.5%油石比情況下，與SMA-13-膠粒瀝青混合料相比，加SMA-13-膠粒-硅藻土瀝青混合料空隙率降低、礦料間隙率升高、瀝青飽和度升高、馬歇爾穩定度升高、流值減小。(3)在相同的5.5%油石比的情況下，對于間斷級配，隨著粗骨料的逐漸減少，復合改性瀝青混合料的空隙率降低、礦料間隙率降低、瀝青飽和度升高、穩定度降低、流值增加。

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