膠粉瀝青混合料罩面層試驗研究

樊冰心

（山西交通控股集團有限公司 運城北高速公路分公司，山西 運城 044000）

隨著我國經濟的高速發展，機動車保有量迅速增加，2020年底已接近3億輛。汽車工業的發展一方面提高了人民生活水平，但同時也產生了較為嚴重的環境影響，其中固體廢棄物例如廢舊輪胎每年新增2億條。輪胎屬于有機聚合物材料，較難降解，如何有效回收利用正成為工業領域的研究熱點。輪胎是一種典型的復合材料，包括3種主要成分：彈性體化合物、纖維和鋼絲。隨著環保意識的增強，由于膠粉可以改善瀝青混合物的力學性能，所以已成為熱混合瀝青混合物中的常見添加劑。膠粉在瀝青混合料中的應用方式，一般分為干法和濕法兩種。在濕法中，膠粉多用作瀝青改性劑，而在干法中，膠粉則用作細骨料的一部分[1]。研究表明，增加粉末狀膠粉含量會增加瀝青黏合劑的黏度[2-4]。黏度增加的好處是可以減少路面反射性裂縫、剝落和車轍的發生，同時改善瀝青對溫度變化和長期耐久性的響應[5]。Loderer等研究表明，膠粉顆粒的比表面積越大，膠粉改性瀝青的最終性能越好[6]。目前，大多數橡膠瀝青研究均使用濕法生產膠粉改性瀝青。但是，使用干法制備膠粉改性瀝青也具有明顯的優點，可以將膠粉與集料以相同的方式添加，不需要額外的設備。另外，與濕法相比，干法允許在瀝青混合料中摻入更多的膠粉，所制備的瀝青混合料必須在較高的溫度下延長攪拌時間，以允許粒狀膠粉顆粒和瀝青之間發生充分的相互作用。

1 原材料性能

1.1 瀝青

表1 70號基質瀝青技術指標

1.2 橡膠粉

本文使用的30目膠粉是通過低溫研磨技術生產，技術指標如表2所示。已有學者研究指出，制備橡膠粉瀝青過程中，室內設備難以對剪切速率、溫度等指標進行精準控制[7]。如果采用外摻法，則膠粉摻量在17%～30%之間時可以獲得良好的和易性[8]。因此，膠粉添加方式采用干法外摻法，摻量為20%。

表2 膠粉技術指標

1.3 集料

集料由渾源縣瑞鼎石料加工廠生產，材質為玄武巖碎石。表3為粗、細集料的技術指標。

表3 集料的技術指標

1.4 礦粉

礦粉為石灰巖磨細礦粉，技術指標見表4。

表4 礦粉技術指標

2 膠粉瀝青罩面層混合料配合比設計

橡膠瀝青具有溶脹的特性，會對連續級配細料部分產生干涉，因此工程中較多地采用間斷級配。采用王小慶[9]論文中薄層罩面間斷級配范圍，同時為了增強路面抗滑性能，確定的合成級配設計偏下限，合成級配曲線如表5和圖1所示。

表5 合成級配篩孔通過率 %

圖1 合成級配曲線

根據參考文獻[9]預估膠粉瀝青罩面層的最佳油石比為6.5%，取5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%五個油石比，制備瀝青混合料馬歇爾試件，測定試件的各項體積指標，經計算得到最佳油石比為6.3%。制備過程中，拌和溫度為165℃，攪拌時間延長至90 s。

3 性能評價

根據《公路路基路面現場測試規程》（JTG 3450—2019）中 T0961—1995、T0964—2008、T0971—2019分別進行構造深度、摩擦系數和滲水試驗。根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011），采用凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾穩定度試驗檢測膠粉改性瀝青混合料的水穩定性，并進行車轍性能試驗。

3.1 抗滑性能

膠粉改性瀝青混合料采用間斷級配，構造深度大。采用鋪砂法測量試件的構造深度，用擺式儀檢測試件的抗滑系數，試驗結果見表6。

表6 構造深度

從表6可以看到，其構造深度分別是0.93 mm、0.87 mm和0.84 mm，均值0.88 mm。較大的構造深度顯示膠粉瀝青混合料可以為行駛車輛提供足夠的附著力。

3.2 滲水性能

水損壞對路面性能的影響非常明顯，特別是在雨水較多的地區，降水侵入路面結構后使瀝青與集料的黏附性能減弱，進而發生剝落，路面也因此變得松散，逐步形成較大的結構破壞。因此，膠粉罩面層的滲水性能直接影響路面的使用壽命。表7為使用滲水儀對車轍板試件測試的結果，滲水系數均小于80 mL/min，顯示膠粉瀝青混合料具有較好的抗滲性能，可以起到降低原路面水損害的風險。

表7 滲水性能試驗結果

3.3 路用性能

由表8可見，膠粉瀝青混合料的檢測項目滿足規范要求，表明其水穩定性能良好。從表9可見，膠粉瀝青混合料的動穩定度大于規范要求，高溫性能良好。

表8 水穩定性能結果 %

表9 車轍試驗結果

4 結論

采用干法外摻法，制備膠粉瀝青罩面層混合料，經試驗室性能檢測，分析抗滑性能、滲水性能和路用性能檢測結果，得出以下結論：

a）構造深度檢測結果均值為0.88 mm，說明膠粉罩面層抗滑性能較好。

b）分析滲水試驗結果，各試件滲水系數均小于80 mL/min，說明膠粉罩面層抗滲性能較好，可明顯降低路面水損壞的風險。

c）分析水穩定性和車轍試驗結果，各檢測指標均滿足規范要求，膠粉瀝青罩面層高溫穩定性能和水穩性能良好。