淺析膠粉改性瀝青的路用性質(zhì)及改性機(jī)理

王大成 王大華

隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展,廢舊輪胎的數(shù)量也在逐年增加。被稱為“黑色污染”的廢舊輪胎的回收和處理是世界性難題,我國(guó)所面臨的壓力也越來越大。解決因廢舊輪胎大量堆積而造成的黑色污染和占用土地,保護(hù)環(huán)境,緩解國(guó)家資源短缺的壓力,已迫在眉睫。

膠粉改性瀝青是通過一定的生產(chǎn)工藝將橡膠粉加入瀝青中得到的改性瀝青結(jié)合料。國(guó)內(nèi)外研究表明,用膠粉改性瀝青鋪設(shè)的道路,與普通路面相比,可延長(zhǎng)使用壽命1倍～3倍,降低噪聲50%～70%,能大大提高路面的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗水損害能力、抗滑性能等,進(jìn)而縮短剎車制動(dòng)距離,提高安全系數(shù)。

本文所用材料為基質(zhì)瀝青：70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青;橡膠粉：常溫研磨法生產(chǎn),分別來源于貨車輪胎及小汽車輪胎。

1 膠粉改性瀝青及其路用性能研究

膠粉改性瀝青具有其他類瀝青所無法擁有的功能。通過室內(nèi)外試驗(yàn),對(duì)膠粉改性瀝青混凝土路用性能及施工工藝進(jìn)行分析,與SBS改性瀝青路用性能進(jìn)行對(duì)比,對(duì)其技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析,見表1。

表1 兩種瀝青性能對(duì)比

從表1可看出,膠粉改性瀝青的性能指標(biāo)基本接近SBS改性瀝青的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),有些指標(biāo)甚至超過SBS改性瀝青。

1.1 膠粉改性瀝青高溫穩(wěn)定性能

膠粉填充使混合料更加密實(shí),增加了混合料的內(nèi)摩擦角,增加了瀝青的粘度,有利于提高混合料的粘聚力,因此,可以認(rèn)為橡膠粉摻加到瀝青混合料中,對(duì)其高溫穩(wěn)定性的改善是有利的。表2給出干拌法膠粉改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果,表3給出采用濕拌法膠粉改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果。

表2 干拌法膠粉改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

表3 濕拌法膠粉改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

從表2,表3可看出：無論是干拌還是濕拌,隨著橡膠粉摻加劑量的提高,混合料的高溫穩(wěn)定性逐漸提高。綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo),為了達(dá)到良好的高溫性能,橡膠粉的摻量不宜低于20%(外摻)。結(jié)合車轍試驗(yàn)分析,根據(jù)橡膠粉與瀝青的作用機(jī)理,橡膠粉會(huì)吸收瀝青中的輕質(zhì)油分,導(dǎo)致瀝青老化進(jìn)程加快,為避免這種不利影響,充分發(fā)揮橡膠粉混合料的高溫性能,建議干拌法生產(chǎn)的混合料用于中、下面層,表面層混合料可采用濕拌法。

1.2 膠粉改性瀝青低溫性能

膠粉中含有大量的天然膠和合成膠,這些成分與瀝青拌和后會(huì)大大改善瀝青混合料的低溫抗裂性能。膠粉改性瀝青混合料的低溫性能十分優(yōu)越,甚至超過常用SMA和SUPERPAVE混合料。

2 橡膠瀝青改性機(jī)理

2.1 膠粉粒徑對(duì)膠粉改性瀝青性能的影響

采用2種來源、3種粒徑的膠粉對(duì)70號(hào)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性,膠粉摻量為20%,常規(guī)指標(biāo)采用美國(guó)亞利桑納州Ⅰ型膠粉改性瀝青技術(shù)要求。SHRP性能分級(jí)采用AASHTO M320標(biāo)準(zhǔn)。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出,基質(zhì)瀝青加入膠粉改性以后,膠粉改性瀝青針入度下降,軟化點(diǎn)提高,原樣以及 RTFOT老化后抗車轍因子G＊/sin6顯著增大,蠕變勁度S減小,加入膠粉改性前后,技術(shù)指標(biāo)從基質(zhì)瀝青的PG64-22等級(jí)提高到PG-82-28等級(jí)。PAV老化后疲勞因子G＊/sin8在31℃時(shí)約為300 kPa,遠(yuǎn)小于5 000 kPa要求,表明膠粉的加入改善了瀝青的抗老化性能和抗疲勞性能。

2.2 膠粉種類對(duì)膠粉改性瀝青性能的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明：不同種類膠粉對(duì)膠粉改性瀝青的流變特性有著明顯的影響,對(duì)比采用相同目數(shù)膠粉的膠粉改性瀝青,貨車膠粉比小車膠粉的膠粉改性瀝青彈性特征更為明顯,抗變形能力更強(qiáng)。對(duì)比不同種類的膠粉改性瀝青軟化點(diǎn)及抗車轍因子可知(見圖1,圖2),對(duì)膠粉改性瀝青高溫性能的改善效果,貨車膠粉優(yōu)于小車膠粉。低溫蠕變?cè)囼?yàn)表明,貨車膠粉的膠粉改性瀝青的蠕變勁度S較小,顯示了較好的低溫柔性。貨車膠粉的膠粉改性瀝青疲勞因子小于小車膠粉,貨車膠粉膠粉改性瀝青的抗老化能力更強(qiáng)。

從膠粉的來源考慮,貨車輪胎膠粉的改性效果明顯優(yōu)于小車輪胎膠粉。主要原因在于貨車輪胎中天然橡膠的含量較高,天然橡膠與瀝青間的相互反應(yīng)更強(qiáng),能夠改善橡膠瀝青的粘結(jié)力和彈性。對(duì)瀝青的改性效果更為明顯。

2.3 膠粉摻量對(duì)膠粉改性瀝青性能的影響

膠粉摻量是影響膠粉改性瀝青技術(shù)性能的主要參數(shù)之一。隨著膠粉摻量增加,膠粉改性瀝青高溫性能、低溫性能、抗老化性能等都有明顯增加,膠粉摻量從12%提高到24%,軟化點(diǎn)提高了28.8℃,彈性恢復(fù)提高了11%,抗車轍因子G＊/sinδ提高了6倍～8倍,-18℃蠕變勁度S減少了75%,說明隨著膠粉摻量的增加,膠粉改性瀝青的高低溫性能都隨之提高。

2.4 基質(zhì)瀝青類型對(duì)膠粉改性瀝青性能的影響

表4 不同標(biāo)號(hào)基質(zhì)瀝青試驗(yàn)結(jié)果

不同標(biāo)號(hào)基質(zhì)瀝青由于組分有所不同,膠粉改性的效果也會(huì)有所差異。試驗(yàn)采用貨車輪胎膠粉,膠粉摻量20%,拌合溫度為175℃,不同標(biāo)號(hào)基質(zhì)瀝青試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

由于90號(hào)瀝青中輕質(zhì)組分的含量較高,經(jīng)膠粉改性后的低溫性能略高于70號(hào)瀝青,但兩者比較接近,且都滿足PG低溫等級(jí)-28℃的要求,前者老化后的疲勞因子比后者明顯降低,表明前者具有較好的抗老化和抗疲勞開裂性能。但從高溫性能指標(biāo)來看,90號(hào)瀝青的改性效果不如70號(hào)瀝青。

3 結(jié)語

1)膠粉改性瀝青的性能指標(biāo)基本接近SBS改性瀝青的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),有些指標(biāo)甚至超過SBS改性瀝青。2)瀝青加入膠粉改性以后,提高了瀝青的抗老化性能和抗疲勞性能。3)貨車輪胎膠粉的改性效果明顯優(yōu)于小車輪胎膠粉,對(duì)瀝青的改性效果更為明顯。4)膠粉改性瀝青混合料的低溫性能、高溫穩(wěn)定性十分優(yōu)越。隨著膠粉摻量增加,膠粉改性瀝青高溫性能、低溫性能、抗老化性能等都有明顯增加。5)不同標(biāo)號(hào)基質(zhì)瀝青由于組分有所不同,膠粉改性的效果也會(huì)有所差異。

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