膠粉摻量對(duì)瀝青性能影響分析

張 亮

(邯鄲市光太公路工程有限公司)

1 引 言

瀝青路面是我國(guó)公路與城市公路的主要路面結(jié)構(gòu),伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng),公路建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大和道路質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高,瀝青需求量特別是高性能瀝青的需求持續(xù)增長(zhǎng)。廢輪胎膠粉改性瀝青(即 CRM改性瀝青,Crumb RubberModifiedAsphalt)是改性瀝青的一種,它是以廢輪胎膠粉作為改性劑加入瀝青中并輔以其它化學(xué)助劑,通過(guò)物理和化學(xué)反應(yīng)對(duì)瀝青進(jìn)行改性最終形成的新型環(huán)保鋪路材料。

將廢舊輪胎磨細(xì)成橡膠粉,在充分拌合的高溫條件下加入到瀝青中,用以提高瀝青的韌性,吸收瀝青中的油臘,減少游離臘含量,從而使瀝青對(duì)溫度的敏感性下降。由于橡膠粉用于瀝青混合料有對(duì)瀝青的改性作用,其顆粒在瀝青混合料中又是天然存在的,賦予了膠粉瀝青混合料良好的抗高溫性能、抗老化性能和彈性性能,使得膠粉改性瀝青的受力特性也發(fā)生了變化。在承受動(dòng)載時(shí)的動(dòng)態(tài)相應(yīng)增加,改善了其在承受動(dòng)態(tài)荷載時(shí)的受力狀態(tài)。相對(duì)于傳統(tǒng)瀝青而言,膠粉改性瀝青鋪筑的路面彈性增加,路面反光減少,車(chē)輛剎車(chē)距離縮短,行駛舒適,提高了駕駛安全系數(shù),同時(shí)可降噪 3～8dB,相當(dāng)于減少 30%～40%的車(chē)流量,提高了道路性能,延長(zhǎng)了使用壽命。因此,本文對(duì)膠粉改性瀝青的研究將具有十分重要的理論和工程實(shí)際意義。

2 膠粉改性瀝青試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)所用的瀝青為遼寧“歡喜嶺”AH-70重交通瀝青,改性劑為廢舊輪胎加工成 40目橡膠粉,其技術(shù)要求見(jiàn)表 1和表 2。試驗(yàn)方法是:先在瀝青鍋中將瀝青預(yù)熱至 160℃,然后將膠粉按量慢慢加入瀝青中,并不停攪拌 10min,在進(jìn)入高速剪切乳化機(jī)中加工處理(200℃,5000r/min,60min)排除氣泡,按照試驗(yàn)規(guī)程制作試樣。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)改性瀝青的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗老化性、彈性恢復(fù)性、感溫性。

3 試驗(yàn)結(jié)果

以不同橡膠粉摻量(5%,10%,15%,20%,25%)對(duì)瀝青改性,其試驗(yàn)結(jié)果如表 3所示。

表 1 廢輪胎膠粉的物理技術(shù)指標(biāo)一覽表(天津市政標(biāo)準(zhǔn)DB/T29-161-2006)

表 2 廢輪胎膠粉的化學(xué)技術(shù)指標(biāo)一覽表(天津市政標(biāo)準(zhǔn)DB/T29-161-2006)

表 3 膠粉瀝青試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知:

摻量—針入度:瀝青中摻入廢膠胎粉后,瀝青的針入度存在不同程度的變化。當(dāng)膠粉摻量較小時(shí),與基質(zhì)瀝青相比大多數(shù)明顯變硬,也有的比基質(zhì)瀝青更軟,這與膠粉種類(lèi)、摻量有較大的關(guān)系。當(dāng)膠粉摻量較高時(shí),橡膠瀝青都存在著膠粉劑量的增加,瀝青逐漸由硬變軟的現(xiàn)象,這可能是由于膠粉吸收瀝青中的油分,溶脹后均勻分布在瀝青中,使得瀝青整體變軟。

摻量—粘度:粘度是橡膠瀝青首要的技術(shù)性質(zhì),粘度大的瀝青在荷載作用下產(chǎn)生較小的剪切變形,彈性恢復(fù)性能好,與瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度有很好的相關(guān)關(guān)系。由試驗(yàn)結(jié)果可知,其規(guī)律性明顯好于針入度和軟化點(diǎn)指標(biāo)。從這個(gè)指標(biāo)看出,膠粉的摻加能夠大大提高瀝青的粘度,而且隨摻量的增加,橡膠瀝青是粘度呈指數(shù)關(guān)系急劇增長(zhǎng),且摻量越大,增大的趨勢(shì)越明顯。

摻量—軟化點(diǎn):重交通瀝青(AH-70)經(jīng)膠粉改性后軟化點(diǎn)、當(dāng)量軟化點(diǎn)升高,說(shuō)明其感溫性能得到改善。當(dāng)膠粉摻量為 15%時(shí),與基質(zhì)瀝青相比,其軟化點(diǎn)提高了 7.9℃,60℃粘度增加了 4.9倍,當(dāng)量軟化點(diǎn)提高了8℃。當(dāng)膠粉摻量大于 15%時(shí),軟化點(diǎn)、當(dāng)量軟化點(diǎn)與粘度增長(zhǎng)幅度降低。

摻量—延度:延度值基本基本都在 20～35之間,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基質(zhì)瀝青(15℃延度 ＞100mm)。但是可以看出摻量對(duì)延度有顯著的影響,隨著摻量的增加,橡膠瀝青的延度在增大,但是變化幅度不大。

摻量—針入度指數(shù):在廢膠胎粉摻量較低時(shí)橡膠瀝青的針入度指數(shù)并沒(méi)有得到提高,反而有所降低,只有在較高摻量時(shí)針入度指數(shù)才有所提高,基本上隨摻量的增加而增大,說(shuō)明經(jīng)改性后其溫度敏感性降低了。其摻量—針入度指數(shù)的曲線基本上是一條 S形曲線,在 10%-20%之間針入度指數(shù)變化明顯,其他情況下隨摻量的增加,針入度指數(shù)的變化都不明顯。膠粉摻量大于 20%時(shí),針入度指數(shù)值基本穩(wěn)定。道路瀝青的針入度指數(shù)要求在 -1.0～1.0范圍內(nèi),因此膠粉摻量在 5%～15%的針入度指數(shù)滿足要求。

摻量—彈性恢復(fù):廢膠胎粉本身是一種良好的彈性材料,瀝青的彈性恢復(fù)能力的提高可以減小荷載作用的殘余變形,減小路面的損壞。彈性恢復(fù)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)改性瀝青性能的新指標(biāo)已備廣泛使用。結(jié)果表明,隨著廢膠胎粉的摻量的增大,彈性恢復(fù)增大。

摻量—短期老化:瀝青老化是一個(gè)逐漸發(fā)展的過(guò)程,它的速率直接影響路面的使用壽命,是影響路面耐久性的主要因素。從薄膜烘箱前后的針入度比可以看出,橡膠瀝青烘箱后的針入度比比基質(zhì)瀝青的值大,且都大于 70%;其烘箱后的橡膠瀝青粘度提高。軟化點(diǎn)比比基質(zhì)瀝青的低,粘度比提高,說(shuō)明橡膠瀝青抗老化能力比基質(zhì)瀝青的強(qiáng)。

摻量—當(dāng)量脆點(diǎn):有資料表明,當(dāng)量脆點(diǎn)作為評(píng)價(jià)瀝青結(jié)合料低溫抗裂性能的指標(biāo)是合理的,與路用性能也有很好的相關(guān)性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,隨著膠粉摻量的增加橡膠瀝青的當(dāng)量脆點(diǎn)明顯降低,在摻量較高時(shí)橡膠瀝青的當(dāng)量脆點(diǎn)低于不摻膠粉瀝青的當(dāng)量脆點(diǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

上述試驗(yàn)表明,膠粉摻量 15%(膠粉與瀝青質(zhì)量百分比)的改性瀝青的各項(xiàng)性能滿足要求,經(jīng)改良后,粘度增大,施工時(shí)混合料出場(chǎng)溫度宜 175～185℃,初壓溫度宜 165～170℃。采用膠粉改性的基質(zhì)瀝青,可以使其針入度與當(dāng)量脆點(diǎn)降低,軟化點(diǎn)、粘度和當(dāng)量軟化點(diǎn)升高,說(shuō)明其高溫、低溫性能得到一定的改善,并且經(jīng)改良后,其 PI提高,其感溫性降低。橡膠粉作為一種新型能源再生利用材料,具有環(huán)保效益,可以降低噪聲,節(jié)約成本,修建出優(yōu)質(zhì)的瀝青路面。

[1]天津市建設(shè)管理委員會(huì).天津市廢輪胎膠粉改性瀝青路面技術(shù)規(guī)程(DB/T29-161-2006J10732-2006),2006.

[2]馬德良,余強(qiáng).廢輪胎膠粉改性瀝青混凝土路面在天津市道路中的應(yīng)用[J].中國(guó)輪胎資源綜合利用,2007,(6).

[3]張廣彬.國(guó)內(nèi)廢輪胎膠粉改性瀝青的研究進(jìn)展[J].中國(guó)建筑防水,2006,(9).

[4]劉超鋒,楊振如.廢橡膠制取的膠粉在建筑材料中的應(yīng)用進(jìn)展[J].路基工程,2006:10-12.

[5]何卓凱.膠粉瀝青在路面防水粘層中的應(yīng)用[J].山西建筑,2006,(24).

[6]王旭東,李美江,路凱冀,等.橡膠瀝青及混凝土應(yīng)用成套技術(shù)[M].人民交通出版社,2008.