橡膠瀝青相關(guān)性能的試驗(yàn)研究

鄭建偉，何曉鳴

(武漢輕工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430023)

將廢舊輪胎以橡膠粉的形式加入瀝青或是混合料中，制備改性瀝青，在道路工程中應(yīng)用具有重要意義。輪胎橡膠粉在公路工程中特別是瀝青混凝土路面中的應(yīng)用在國外已經(jīng)有50多年的歷史，橡膠粉改性瀝青路面相對(duì)于普通瀝青路面，在延緩反射裂縫、耐用性、抵抗不良?xì)夂颉⑹褂脡勖确矫娑加泻艽髢?yōu)勢(shì)［1］。不僅如此，橡膠粉瀝青的應(yīng)用還能減少廢舊輪胎的環(huán)境污染。筆者主要通過橡膠粉瀝青的相關(guān)試驗(yàn)，分析研究橡膠粉瀝青的相關(guān)性能指標(biāo)。

1 試驗(yàn)原材料

原材料為江西省公路物資儲(chǔ)運(yùn)總站生產(chǎn)提供的AH-70#道路石油瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)進(jìn)行檢驗(yàn)，所得檢驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 AH-70#道路石油瀝青質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果

采用輪胎橡膠粉與基質(zhì)瀝青在實(shí)驗(yàn)室用瀝青混合料拌和機(jī)制備成橡膠瀝青，輪胎橡膠粉為江西華友投資發(fā)展有限公司生產(chǎn)的80目斜交胎輪胎橡膠粉。試驗(yàn)準(zhǔn)備:輪胎橡膠粉散開鋪平，然后風(fēng)干，用0.6 mm篩篩選，收集整理好備用，把基質(zhì)瀝青裝在不銹鋼瀝青取樣桶里，放在砂浴電爐加熱至200℃。與此同時(shí)，將瀝青混合料拌和機(jī)加熱控溫到180℃，倒入基質(zhì)瀝青，一邊加入輪胎橡膠粉一邊攪拌，攪拌機(jī)高溫高速攪拌混煉45 min，橡膠瀝青即可制備成。把制備好的橡膠瀝青儲(chǔ)存在桶里面，等待試驗(yàn)使用。

2 輪胎橡膠粉摻量對(duì)橡膠瀝青及橡膠瀝青混合料的性能的影響

為了分析輪胎橡膠粉摻量對(duì)橡膠瀝青性能的影響，試驗(yàn)中分別制成輪胎橡膠粉摻量為10%，15%，18%的橡膠瀝青，然后遵循《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)進(jìn)行檢驗(yàn)，技術(shù)指標(biāo)參照《天津市廢輪胎膠粉改性瀝青路面技術(shù)規(guī)程》中廢輪胎膠粉改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)表，其檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 橡膠瀝青質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

從表2中針入度的檢測(cè)結(jié)果可知，橡膠粉摻量由10%到18%時(shí)，針入度(25℃)在不斷下降，軟化點(diǎn)升高了5.9℃，而彈性恢復(fù)(25℃)增加了18.4℃。上述結(jié)果表明，橡膠粉的加入使得橡膠粉瀝青的黏度增加，瀝青性能得到改善。

3 橡膠瀝青的高溫性能

進(jìn)行車轍試驗(yàn)研究橡膠瀝青的高溫穩(wěn)定性能。動(dòng)穩(wěn)定度是反映瀝青混合料高溫抵抗永久變形性能的一個(gè)指標(biāo)。動(dòng)穩(wěn)定度高，則說明瀝青混合料的抗車轍能力強(qiáng)，在高溫條件下的穩(wěn)定性好。按照車轍試驗(yàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)要求，測(cè)定其動(dòng)穩(wěn)定度，測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 60℃車轍試驗(yàn)

從表3看，輪胎橡膠粉的摻入使得瀝青混合料的高溫性能得到顯著提高?；旌狭系母邷匦阅茈S著輪胎橡膠粉摻量比重的提高而越好。因此，影響混合料高溫性能的一個(gè)重要因素就是輪胎橡膠粉摻量的大小。輪胎橡膠粉本身就有一定的彈性，變形較容易發(fā)生，在車轍試驗(yàn)中，相對(duì)變形的結(jié)果有很大的可能比較大。加入輪胎橡膠粉的改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到了我國的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即改性瀝青動(dòng)穩(wěn)定度應(yīng)不小于1 800—2 800次/mm(視瀝青路面氣候分區(qū)不同而要求不同)。從這一技術(shù)要求上看，橡膠粉改性瀝青的性能相對(duì)于普通基質(zhì)瀝青有了很大的改善。

4 水穩(wěn)定性

由水引起的瀝青路面損壞通稱為水損壞，水損壞是瀝青路面主要病害之一。主要指水通過裂縫或孔隙，進(jìn)入路面內(nèi)部，在各種外部壓力的作用下，導(dǎo)致瀝青與礦料的粘附性逐漸下降，進(jìn)而破壞瀝青路面的整體結(jié)構(gòu)［2］。

浸水馬歇爾試驗(yàn)是我國檢驗(yàn)瀝青混合料水穩(wěn)定性的最常用試驗(yàn)方法。先成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件(φ101.6 mm ×63.5 mm)，將試件分為兩組，分組的方法是根據(jù)試件的空隙率進(jìn)行，保證兩組試件的平均空隙率大致相等。一組在60℃水溫中恒溫半小時(shí)，用馬歇爾穩(wěn)定度儀測(cè)定其穩(wěn)定度MS1，另一組則在60℃水溫中恒溫48 h，然后測(cè)定其穩(wěn)定度MS2［3］，按以下公式計(jì)算出殘留穩(wěn)定度:

MS0=MS2/MS1×100.

式中:MS0——?dú)埩舴€(wěn)定度，%;

MS1——常規(guī)馬歇爾穩(wěn)定度，kN;

MS2——浸水馬歇爾穩(wěn)定度，kN。

浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

從表4浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果可以看出，橡膠瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度隨著橡膠粉摻量的增加逐漸增大，其殘留穩(wěn)定度比基質(zhì)瀝青混合料提高了5%左右，反映出橡膠瀝青有較好的抵抗水損害的能力。

5 瀝青的耐久性

反映瀝青路面使用質(zhì)量和壽命的主要的指標(biāo)是瀝青的耐久性。由于瀝青的逐步老化，道路瀝青的物理力學(xué)性能滿足不了現(xiàn)有交通的要求，部分道路的交通量和交通荷載沒有合理管理，導(dǎo)致道路破壞早期化。瀝青老化一般分為短期老化和長(zhǎng)期老化兩種情況，短期老化是在瀝青加工制備、運(yùn)輸儲(chǔ)存等過程中發(fā)生的，其持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短。而長(zhǎng)期老化是瀝青攤鋪成道路后，在自然條件下受到水分、陽光照射以及與空氣的一些氣體緩慢反應(yīng)等長(zhǎng)期的作用過程。在短期老化和長(zhǎng)期老化共同作用下，瀝青路面的耐久性逐漸降低，變得硬而脆，路面容易出現(xiàn)裂縫，道路的使用壽命降低。

為了合理選擇瀝青和采取相應(yīng)的抗老化措施，在室內(nèi)需要有一些方法模擬瀝青的老化過程，本次研究采用了薄膜加熱試驗(yàn)(TFOT)后的質(zhì)量損失、25℃殘留針入度比和殘留延度比三個(gè)指標(biāo)研究瀝青的耐久性能，采取措施減慢瀝青老化過程，對(duì)道路養(yǎng)護(hù)有積極作用。以下分別分析薄膜加熱試驗(yàn)(TFOT)后的質(zhì)量損失、25℃殘留針入度比和殘留延度比來研究瀝青的老化性能。其中，殘留延度靈敏性高，能較準(zhǔn)確地反映瀝青老化后變硬的特性。

表5是AH-70#道路石油瀝青在分別摻入輪胎橡膠粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%，15%，18%的橡膠瀝青分別薄膜老化試驗(yàn)后質(zhì)量損失、殘留針入度和殘留針入度比的檢測(cè)結(jié)果。

表5 輪胎橡膠含量橡膠瀝青耐久性檢測(cè)結(jié)果

從表5的試驗(yàn)結(jié)果中，我們看到橡膠瀝青的質(zhì)量損失百分比比原基質(zhì)瀝青要小，其主要原因是輪胎橡膠粉里幾乎不含輕質(zhì)易揮發(fā)的成分，質(zhì)量損失自然就會(huì)相對(duì)減小。另一方面，橡膠粉改性瀝青25℃殘留針入度比有所提高，這在一定程度上說明了橡膠粉改性瀝青的耐老化性能得到改善。最后的橡膠粉改性瀝青15℃殘留延度比指標(biāo)不太適合評(píng)價(jià)橡膠粉改性瀝青的韌性，如數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了大于100%的數(shù)據(jù)，其結(jié)果存在問題。有可能試驗(yàn)過程中橡膠粉顆粒積聚沉淀，使得改性瀝青出現(xiàn)離析現(xiàn)象。延度試驗(yàn)試樣的制備時(shí)，由于橡膠粉顆粒分布不均勻，造成最后數(shù)據(jù)不真實(shí)。有部分離散數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，也有可能是橡膠粉顆粒分布不均勻的原因。

6 結(jié)論

橡膠粉的加入，使得瀝青的相關(guān)性能在一定程度上有所改善，綜上所做試驗(yàn)，得出以下結(jié)論。

(1)輪胎橡膠粉能顯著提高瀝青混合料的高溫性能，在試驗(yàn)范圍內(nèi)輪胎橡膠粉摻量越高，混合料的高溫性能越好，

(2)橡膠瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度隨著橡膠粉摻量的增加逐漸增大，其殘留穩(wěn)定度比基質(zhì)瀝青混合料提高了5%左右，反映出橡膠瀝青有較好的抵抗水損害的能力。

(3)橡膠粉改性瀝青的殘留針入度比相對(duì)原基質(zhì)瀝青提高了很多，殘留延度靈敏性高，能較準(zhǔn)確地反映瀝青老化的性能，可以說其耐老化性能有了一定的提高。

［1］杜寧，邱欣.廢舊輪胎橡膠粉改性瀝青影響因素研究［J］.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013(03).

［2］周光宗.瀝青混合料的高溫浸水車轍試驗(yàn)研究［J］.公路與汽運(yùn)，2005(01).

［3］陳浩.降粘阻燃瀝青技術(shù)的應(yīng)用研究［D］.重慶:重慶交通大學(xué)，2009.