一種新型橡膠瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13混合料性能研究

楊現(xiàn)茂

（四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司，四川 成都 610041）

1 概述

1.1 研究背景

橡膠瀝青最早可追溯到1843年的英國專利，現(xiàn)代橡膠瀝青的研究和使用，始于二十世紀(jì)六七十年代的西方國家，伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，美國、德國等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家積累了大量的汽車廢舊輪胎，如何處理這些廢舊輪胎促進(jìn)了橡膠瀝青及橡膠瀝青混合料的應(yīng)用研究。進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，橡膠瀝青技術(shù)及成套設(shè)備先后引入中國，并在一些公路工程項(xiàng)目上得到應(yīng)用，近年隨著材料科學(xué)、生產(chǎn)制造設(shè)備的不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了一些新型的橡膠瀝青產(chǎn)品，因其性能基本不隨儲存時間衰減，使得該類型橡膠瀝青及瀝青混合料使用的空間、時間局限性大大降低。

1.2 橡膠瀝青作用機(jī)理

大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，傳統(tǒng)橡膠瀝青膠粉顆粒與基質(zhì)瀝青拌合后，在高溫條件下吸收基質(zhì)瀝青中的輕質(zhì)組分而發(fā)生熔脹，一方面改變基質(zhì)瀝青組分，另一方面橡膠粉顆粒表面形成粘稠的凝膠膜并相互連接，進(jìn)而形成一個高粘度連續(xù)相的體系，其物理、力學(xué)性質(zhì)的顯著變化主要以膠粉和基質(zhì)瀝青機(jī)械混合作用和物理熔脹作用為主。傳統(tǒng)橡膠瀝青中膠粉以顆粒狀分散存在于基質(zhì)瀝青中，其性能隨高溫儲存時間逐漸衰減，一般需要現(xiàn)場加工，加工好的橡膠瀝青必須及時使用。

與傳統(tǒng)橡膠瀝青不同，新型橡膠瀝青是將廢舊輪胎膠粉和專用的外摻劑經(jīng)膠體磨多次研磨及深度加工處理，使其以極細(xì)小的顆粒狀態(tài)與基質(zhì)瀝青混合，在高溫條件下經(jīng)充分熔脹，最終不再以單獨(dú)的顆粒料形態(tài)存在于基質(zhì)瀝青中，而是幾乎以分子鏈條的形式成為瀝青組分的一部分，因此其物理、力學(xué)性能非常穩(wěn)定，基本不隨儲存時間衰減，可以采用工廠化生產(chǎn)，使用空間和時間大大拓展。

表1 橡膠改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果表

2 混合料配合比設(shè)計

2.1 主要原材料

1）采用成品橡膠改性瀝青，技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果見表1。

為檢驗(yàn)新型橡膠瀝青在高溫存儲環(huán)境下的穩(wěn)定性，分別對瀝青儲罐（帶攪拌設(shè)備）中存放0天、7天、28天的瀝青試樣進(jìn)行試驗(yàn)，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的檢測結(jié)果大致相當(dāng)，并沒有隨高溫存儲時間的變化而變化，說明新型橡膠瀝青本身具有非常良好的穩(wěn)定性能。

2）粗集料采用玄武巖軋制碎石，技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 粗集料試驗(yàn)結(jié)果表

3）細(xì)集料采用石灰?guī)r專門加工的機(jī)制砂，其技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果詳見表3。

表3 細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果表

4）填料采用石灰?guī)r礦粉，纖維采用絮狀木質(zhì)素纖維。

2.2 礦料級配

采用體積法進(jìn)行SMA-13配合比設(shè)計，級配見表4。

2.3 瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果

最佳油石比及混合料試驗(yàn)結(jié)果詳見表5。

新型橡膠瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13混合料試驗(yàn)結(jié)果與傳統(tǒng)SBS改性瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果大致相當(dāng)，但瀝青用量較SBS改性瀝青混合料略有增加，這或與橡膠瀝青粘度高相關(guān)，也可能與混合料級配、礦粉及木質(zhì)素纖維摻量有關(guān)。

3 混合料性能驗(yàn)證

3.1 抗水損害性能

表4 選用的設(shè)計礦料級配

表5 SMA-13瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果

為評價橡膠改性瀝青混合料的抗水損害性能，進(jìn)行了浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果詳見表6。

從浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果看，其殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比均滿足現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)要求，表明混合料具有良好的抗水損害性能。

3.2 高溫穩(wěn)定性能

為評價橡膠改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，進(jìn)行了車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果詳見表7。

表6 SMA-13浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

表7 SMA-13車轍試驗(yàn)結(jié)果

從車轍試驗(yàn)結(jié)果看，其60℃動穩(wěn)定度檢測結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)行規(guī)范的要求，表明混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性能。

3.3 抗疲勞性能

為評價橡膠改性瀝青混合料的抗疲勞性能，制作380mm×63.5mm×50mm小梁試件，測定了其在15℃、600με條件下的疲勞破壞作用次數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果詳見表8。

表8 疲勞破壞試驗(yàn)結(jié)果

普通瀝青混合料的疲勞破壞荷載作用次數(shù)一般小于10000次，SBS改性瀝青混合料的疲勞破壞荷載作用次數(shù)一般在10000～20000 次之間，本次橡膠改性瀝青SMA-13 的疲勞破壞荷載作用次數(shù)試驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過上述普通瀝青、SBS改性瀝青混合料，表明其具有非常優(yōu)越的抗疲勞破壞性能，用于路面結(jié)構(gòu)將大大延長瀝青路面使用壽命。

3.4 低溫抗裂性能

為評價橡膠改性瀝青混合料的低溫抗裂性能，制作380mm×63.5mm×50mm小梁試件，測定其在-10℃、加載速率50mm/min條件下的低溫彎曲破壞應(yīng)變，結(jié)果見表9。

表9 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

從低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果看，其破壞應(yīng)變檢測結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)行規(guī)范的要求，表明混合料具有良好的低溫抗裂性能，但檢測結(jié)果的變異系數(shù)較大，可能與橡膠瀝青中仍然存在一定數(shù)量的膠粉顆粒有關(guān)。

4 主要結(jié)論

1）橡膠瀝青本身的針入度、軟化點(diǎn)、低溫延度、彈性恢復(fù)等常規(guī)技術(shù)指標(biāo)的測試結(jié)果均滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求；路用性能分級測試結(jié)果為PG76-28，優(yōu)于普通瀝青及大多數(shù)SBS改性瀝青。

2）與傳統(tǒng)橡膠瀝青不同，新型橡膠瀝青物理、力學(xué)性能幾乎不隨儲存時間增加而改變，這就擺脫了傳統(tǒng)橡膠瀝青需要現(xiàn)場加工、及時使用的束縛，其可使用空間大大增加。

3）橡膠瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

4）橡膠瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13混合料的60°C車轍動穩(wěn)定度檢測結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)行規(guī)范的相關(guān)要求，表明其具有非常良好的高溫抗車轍性能。

5）橡膠瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13混合料的疲勞破壞荷載作用次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通瀝青或SBS改性瀝青混合料，表明其具有非常優(yōu)越的抗疲勞破壞性能，可大大延長路面使用壽命，在項(xiàng)目全壽命周期成本分析中具有明顯優(yōu)勢。