不同級配新型橡膠粉干法改性瀝青混合料性能研究

樊亞亞

摘要：本文采用新型活化橡膠粉干拌方法拌合成型橡膠瀝青混合料，為研究不同級配類型與新型橡膠的配伍性，通過二次成型馬歇爾試件，以混合料體積參數(shù)、穩(wěn)定度和流值為技術指標確定最佳油石比；變化不同級配類型，采用高溫車轍實驗、低溫彎曲實驗和水穩(wěn)定性能實驗作為干法新型橡膠改性瀝青混合料評價實驗，研究不同級配與新型橡膠粉的配伍性。實驗結(jié)果表明：隨著粗集料含量的增加，干法橡膠改性瀝青混合料的高溫、低溫均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，且其水溫定性能在一定空隙率范圍內(nèi)表現(xiàn)穩(wěn)定，其中AC-13C型級配表現(xiàn)較高綜合性能。

關鍵詞：瀝青混合料；級配；活化橡膠粉；干法；路用性能

中圖分類號：TU535文獻標識碼： A

0引言

現(xiàn)代交通車輛軸載重、交通密度大造成了瀝青路面易出現(xiàn)車轍、裂縫、抗滑性下降、服務年限短等一系列問題[1]，為了提高瀝青路面性能，國內(nèi)外研究人員致力于提出新的路面設計方法和研發(fā)新型路用材料，其中廢舊橡膠粉改性瀝青因其優(yōu)異的改性效果和良好的經(jīng)濟性收到業(yè)界的普遍關注[2]。廢橡膠粉應用于瀝青路面的技術主要分為濕法和干法兩大類。干法工藝簡單，改性效果良好，然而采用普通橡膠顆粒時，改性瀝青混合料的穩(wěn)定性難以保證[3]，針對上述問題，本文從采用新材料角度出發(fā)，選用維他TOR連接劑活化橡膠粉，在最佳干摻量條件下，通過分析不同礦料級配條件下的活化橡膠顆粒瀝青混合料的路用性能試驗結(jié)果，從而選擇合適的瀝青混合料級配類型。

1實驗原材料與瀝青膠漿的制備

1.1原材料

1.1.1 瀝青

采用韓國SK重交通AH-70#瀝青，其25℃針入度值為73，軟化點為52.5℃，15℃延度為118.3cm，其他各項主要技術指標均符合《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》要求。

1.1.2 集料

采用的集料為玄武巖，礦粉為石灰?guī)r礦粉，集料和礦粉的各項試驗指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40—2004)要求。

1.1.3 活化橡膠粉

橡膠粉作為瀝青混合料改性劑，其改性效果其組成性質(zhì)密切相關；本文采用的新型活化橡膠顆粒是由廢舊橡膠粉、TOR連接劑為主要成分，按比例加工為粒狀，其含水量小于0.45％，金屬含量小于0.006％，不含纖維含量，均滿足相關技術指標。

TOR連接劑通過與瀝青中瀝青質(zhì)中所含的硫元素交聯(lián)，同時與膠粉顆粒表面的上的硫發(fā)生交聯(lián)，形成環(huán)狀和鏈狀聚合物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，促進橡膠顆粒和瀝青之間的融合，活化橡膠顆粒表面，提高干法橡膠瀝青改性效果[4]。

1.2級配

1.2.1礦料級配

研究采用AC-13F、AC-13、AC-13C和四種級配AM-13，四種級配的最大共稱粒徑均為13.2mm，其中AC-13F指細型連續(xù)密級配瀝青混合料，AC-13指普通連續(xù)密級配瀝青混合料，AC-13C值粗型連續(xù)密級配瀝青混合料，AM-13指間斷級配瀝青混合料，采用逐檔篩分回配方式配備集料。

1.2.2新型活化橡膠粉級配

通過試驗，40目橡膠粉的篩分結(jié)果如下：1.18mm篩孔的通過率為100%，0.6mm篩孔的通過率為98.6%，0.3mm篩孔的通過率為41.9%，0.15mm篩孔的通過率為11.3%，0.075mm篩孔的通過率為1.5%。

2不同級配干法橡膠瀝青混合料路用性能實驗結(jié)果與分析

2.1 配合比設計

新型活化橡膠粉摻量定為外摻瀝青混合料的1.5%，根據(jù)高溫時瀝青膠結(jié)料粘度相對較低， 不足以束縛橡膠顆粒彈性變形恢復的特點，采用二次成型馬歇爾實驗方法，初次成型溫度為130℃，二次成型溫度為100℃[5]，對AC-13F、AC-13、AC-13C和AM-13四條級配進行配合比設計，確定最佳油石比，其最佳油石比分別為4.5%、4.4%、4.3%、4.3%，最佳油石比下空隙率分別為3.8%、4.0%、4.1%、8.5%。

由上可知，隨著級配的變化，其各自的最佳油石比呈下降趨勢，這是因為級配的變化使混合料中粗集料增加，細集料減少，從而集料整體比表面積減小，在相同瀝青膜厚度條件下所需瀝青用量降低，因此最佳油石比呈現(xiàn)下降趨勢。同時可以看出，隨級配的變化，其各自在最佳油石比下的空隙率不斷增加，因為級配的變化使混合料中粗集料不斷增加，細集料不斷減少，集料與集料之間的空隙填充不足，導致空隙率不斷增大。

2.2 不同級配干法橡膠粉改性瀝青混合料路用性能分析

2.2.1 高溫穩(wěn)定性

夏季天氣炎熱，瀝青軟化使得瀝青混合料抗變形能力降低，在車輛荷載作用下容易發(fā)生側(cè)向流動，導致車轍的產(chǎn)生。研究表明，動穩(wěn)定度越高，混合料的抗車轍能力越強，高溫穩(wěn)定性越好。因此，本研究采用車轍試驗評價各種混合料的高溫性能，對AC-13F、AC-13、AC-13C和AM-13四種混合料在最佳油石比下成型試件，在60℃條件下，進行了車轍試驗，其動穩(wěn)定度分別為3707次/mm、4556次/mm、5163次/mm、3841次/mm。

從試驗結(jié)果可知，隨著粗集料增多，動穩(wěn)定度不斷增大，級配為AC-13C時，動穩(wěn)定度達到最大值，粗集料再增多時動穩(wěn)定度反而有所降低。這是因為橡膠顆粒需要擠占礦料空間，隨粗集料含量的增多，容納橡膠顆粒的空隙增大，其中AC-13C級配中空隙大小與橡膠粉具有良好的配伍性，集料和橡膠顆粒形成空間骨架結(jié)構(gòu)，促進瀝青混合料動穩(wěn)定度的提高；然而隨著粗集料含量的進一步增加，瀝青混合料其高溫穩(wěn)定性反而下降，因此適宜的級配組成對干法新型活化橡膠粉改性瀝青混合料的高溫性能起到關鍵作用。

2.2.1 低溫抗裂性

瀝青路面開裂是路面的主要病害之一，本研究按照規(guī)范要求，進行瀝青混合料小梁低溫彎曲試驗，AC-13F、AC-13、AC-13C和AM-13四種混合料的彎拉破壞應變分別為2897、3106、3343、2938。

從低溫彎曲試驗結(jié)果看，加入活化橡膠粉干法的四種瀝青混合料的破壞應變均達到規(guī)范要求。AC-13F級配的破壞應變最低為2897με，AC-13C達到最高值3343με，相差446με，隨著粗集料含量變化，瀝青混合料破壞應變呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在AC-13C級配上達到最大值，這是因為當細集料過多時，混合料內(nèi)部的黏附強度相對減弱，當溫度降低時，瀝青混合料收縮變形使集料顆粒被拉開，導致混合料的抗低溫性能減弱；而粗集料過多時，細集料不能有效的填充空隙，溫度降低時，瀝青的粘結(jié)力降低，使混合料的抗低溫性能減弱。

2.2.1 水穩(wěn)定性

瀝青混合料的水穩(wěn)定性是指其抵抗因水侵蝕能力。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，不同級配干法橡膠改性瀝青混合料進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，評價其抗水損害能力。AC-13F、AC-13、AC-13C和AM-13四種混合料的殘留穩(wěn)定度分別為94.13%、91.25%、90.94%、87.51%，凍融劈裂強度比分別為85.89%、84.87%、85.21%、81.34%。

從水穩(wěn)定性相關試驗結(jié)果可以看出，四種瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂比均符合規(guī)范要求。隨著粗集料含量的增大，殘留穩(wěn)定度逐漸降低，而就凍融劈裂比而言，AC-13F 級配的劈裂強度比最高為85.89%，AM-13的最差為81.34%，前三個級配變化并不明顯，主要原因是級配的變化導致空隙率逐漸增大，使水分進入到混合料中，由于瀝青是一種憎水性材料，使得瀝青黏度降低，粘聚性能下降，使混合料的強度降低。粗料含量增大變化導致混合料的空隙率。

綜上所述，級配的不同使其路用性能特點也有所不同，通過路用性能的綜合比較分析可確定最佳級配為AC-13C級配。

3 結(jié)論

（1）橡膠顆粒與級配的配伍性與粗集料含量相關，隨著粗集料的不斷增多，干法橡膠粉瀝青動穩(wěn)定度和低溫抗裂性能均呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，AC-13C級配下達到最優(yōu)。

（2）不同級配條件下的干法橡膠改性瀝青混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂比均滿足要求，隨空隙率增大，水穩(wěn)定性均出現(xiàn)峰值，因此需控制瀝青混合料的空隙率在一定范圍內(nèi)，保證其水穩(wěn)定性，滿足規(guī)范。

（3）綜合瀝青混合料路用性能，干法新型橡膠改性瀝青混合料的最佳級配為AC-13C。

參考文獻

[1]于凱，劉力，余強，朱坦等.廢輪胎膠粉和廢PE復合改性瀝青性能研究[J]，環(huán)境工程學報.2010，4(3):689-692

[2]沈金安.改性瀝青與SMA路面[M]，北京:人民交通出版社，1999.

[3]呂偉民.橡膠瀝青路面技術[M].北京:人民交通出版社，2011.

[4]林賢福，吳起.橡膠改性道路瀝青及其微觀結(jié)構(gòu)[J].合成橡膠工業(yè)，2000，23(3):196-199.

[5]JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術規(guī)范[S].

[6]JTG E20—2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S]