ARC－16橡膠瀝青的制備工藝及性能研究

諶河水，伍昕茹

(1.江西中煤建設(shè)集團(tuán)有限公司;2.江西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

ARC－16橡膠瀝青的制備工藝及性能研究

諶河水1，伍昕茹2

(1.江西中煤建設(shè)集團(tuán)有限公司;2.江西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

主要研究了ARC－16橡膠瀝青的制備工藝、性能影響因素及混合料最佳油石比的確定。從浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果可以得出，ARC－16橡膠瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度要比基質(zhì)瀝青混合料有所提高，這體現(xiàn)了橡膠瀝青較好的抗水損害能力。橡膠瀝青混合料的體積膨脹性既能給駕駛員提供舒適的駕車環(huán)境，也能減小汽車在行駛過程中與路面之間產(chǎn)生的噪音。

橡膠瀝青混合料;配合比設(shè)計(jì);體積膨脹性

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長，公路建設(shè)也高速發(fā)展。改善路面使用性能，延長路面使用壽命，尋找技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的舊路改造及罩面方案，都是目前我國公路建設(shè)行業(yè)迫在眉睫需要解決的問題。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，汽車工業(yè)也發(fā)生了翻天覆地地變化，我國已經(jīng)成為汽車生產(chǎn)和使用大國，由此產(chǎn)生的廢舊輪胎逐年快速增長。將廢舊輪胎加工成為輪胎橡膠粉是世界上公認(rèn)的無害化資源化處理方法，其中將輪胎橡膠粉用于鋪筑橡膠瀝青路面是輪胎橡膠粉無害化資源化利用的主要途徑之一。橡膠瀝青可應(yīng)用于瀝青灑布、瀝青混凝土、裂縫填縫料或其他的路面結(jié)構(gòu)功能層次。

主要研究橡膠瀝青的制備工藝、橡膠瀝青性能的影響因素、橡膠瀝青混合料最佳油石比的確定等。

2 橡膠瀝青制備工藝

2.1 工藝原理

橡膠瀝青制備加工與一般的改性瀝青制備加工既有相似之處，也有明顯的不同。瀝青與輪胎橡膠粉在高溫下混煉成橡膠瀝青。瀝青與輪胎橡膠粉產(chǎn)生物理作用和化學(xué)反應(yīng)，輪胎橡膠粉溶脹，但輪胎橡膠粉不會完全溶解在瀝青中，必須經(jīng)過較長時(shí)間反應(yīng)后，90%以上的輪胎橡膠粉才會在瀝青中穩(wěn)定存在。

2.2 制備工藝

橡膠瀝青的一般工藝流程包括三步，具體如下。

(1)準(zhǔn)備原材料(基本成分+輔助材料)。

①基本成分:基質(zhì)瀝青和輪胎橡膠粉。

②輔助材料:由輪胎橡膠粉的技術(shù)性能、橡膠瀝青的技術(shù)要求選擇性添加。

(2)瀝青和輪胎橡膠粉的預(yù)混合。

①預(yù)混合裝置:混合罐。

②方式:高速剪切或攪拌。

③時(shí)間:1～2 min。

(3)瀝青反應(yīng)。

①瀝青反應(yīng)裝置:反應(yīng)罐。

②瀝青反應(yīng)條件:規(guī)定的時(shí)間和溫度。

③瀝青反應(yīng)時(shí)注意點(diǎn):不斷監(jiān)測橡膠瀝青的黏度指標(biāo)。

經(jīng)過以上三步后，檢驗(yàn)橡膠瀝青是否滿足有關(guān)技術(shù)要求。如滿足，可用于生產(chǎn)或施工;如不滿足，則需要重新橡膠瀝青的配比，進(jìn)行進(jìn)一步加工。

3 混合料中礦料配合比設(shè)計(jì)

依照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40－2004)中AC－16F型級配范圍和細(xì)型密級配關(guān)鍵性篩孔通過率的控制要求，礦料級配必須從級配控制點(diǎn)之間通過并避開級配限制區(qū)。級配限制區(qū)為了防止級配中細(xì)集料靠近最大理論密度線，造成VMA偏小，導(dǎo)致瀝青用量微小變化后混合料很容易可塑，往往會引起混合料光面和車轍的敏感位置。同時(shí)控制點(diǎn)是為了防止＞2.36 mm者(粗料)過多，造成滲水和早期損壞。

4 ARC－16橡膠瀝青混合料最佳油石比的確定

(1)橡膠瀝青混凝土按照《橡膠瀝青混凝土生產(chǎn)及路面施工技術(shù)指南》進(jìn)行拌制，控制好各階段的溫度，成型后，在室溫條件下冷卻24 h脫模。

(2)橡膠混凝土中含10%的輪胎橡膠粉。

按油石比(4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%)做馬歇爾試驗(yàn)(外摻)，并計(jì)算橡膠瀝青混凝土的理論最大相對密度。

依據(jù)圖表法畫圖，查詢相應(yīng)于穩(wěn)定度最大值a1、密度最大值a2、空隙率設(shè)計(jì)值(4%)a3的油石比為:a1=5.0%、a2= 6.0%、a3=5.6%;符合各項(xiàng)指標(biāo)要求的瀝青最小OACmin和最大油石比OACmax為:

則:OAC1=(a1+a2+a3)/3=5.53%，OAC2=(OACmin+OACmax)/2=5.55%

最佳油石比OAC確定為:(OAC1+OAC2)/2=5.5%

(3)橡膠混凝土中含15%的輪胎橡膠粉。

油石比和試驗(yàn)方法都與摻量為10%的橡膠混凝土相同。

最佳油石比OAC確定為:(OAC1+OAC2)/2=5.6%

(4)橡膠混凝土中含18%的輪胎橡膠粉。

油石比和試驗(yàn)方法都與摻量為10%的橡膠混凝土相同。

最佳油石比OAC確定為:(OAC1+OAC2)/2=5.7%

5 浸水馬歇爾試驗(yàn)

先將成型的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，其規(guī)格為Φ101.6 mm× 63.5 mm，根據(jù)試件的平均空隙率大基本相等的原則分為兩組。(1)將第一組試件置于60℃水溫恒溫30 min，將第二組試件置于60℃水溫恒溫48 h。(2)將馬歇爾試驗(yàn)儀的上下壓頭放入水槽或烘箱中達(dá)到同樣溫度。(3)當(dāng)采用自動馬歇爾試驗(yàn)儀時(shí)，連接好接線。(4)啟動加載設(shè)備，使試件承受荷載，加載速度為50±5 mm/min。(5)記錄兩組試件的穩(wěn)定度MS1、MS2。按以下公式計(jì)算出殘留穩(wěn)定度

式中:MS0為殘留穩(wěn)定度，%;MS1為常規(guī)馬歇爾穩(wěn)定度，kN;MS2為浸水馬歇爾穩(wěn)定度，kN。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，AC－16普通瀝青混合料殘留穩(wěn)定度為84.2%;ARC－16橡膠瀝青混合料從參量10%、15%、18%殘留穩(wěn)定度分別為88.8%、90.5%、92.1%。

從上述對比試驗(yàn)結(jié)果可以看出，橡膠瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度要比基質(zhì)瀝青混合料有所提高，大約提高3%～6%，體現(xiàn)了橡膠瀝青較好的抗水損害能力。

6 橡膠粉體積膨脹

因?yàn)橄鹉z粉顆粒自身具有良好的韌性和彈性，所以在施工中存在壓不實(shí)的問題。本次研究中測量橡膠粉改性瀝青混合料的體積膨脹程度的方法是將試件放置在常溫、15℃水浴和60℃水浴三種不同環(huán)境下，記錄不同時(shí)刻的高度變化。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，15℃、15℃水浴、60℃水浴高度變化比為1.87%、1.92%、2.07%。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，環(huán)境對橡膠粉改性瀝青混合料的體積影響并不大，這是因?yàn)檩喬ハ鹉z本身就是設(shè)計(jì)為需要適應(yīng)多種氣候條件下，不可能隨溫度濕度變化而產(chǎn)生較大的變形。

7 結(jié)論

主要研究ARC－16橡膠瀝青制備工藝，橡膠粉對瀝青性能的影響，橡膠瀝青性能的影響因素等。從浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果可以看出，ARC－16橡膠瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度要比基質(zhì)瀝青混合料有所提高，大約提高3～6%，體現(xiàn)了橡膠瀝青較好的抗水損害能力。

ARC－16橡膠瀝青混合料的體積膨脹主要是因?yàn)檩喬ハ鹉z粉顆粒具有韌性和彈性。這種膨脹可以在2 d內(nèi)完全恢復(fù)，雖然會對施工質(zhì)量造成一定地影響，但能夠給駕駛員提供舒適的駕車環(huán)境，減小汽車在行駛過程中與路面之間產(chǎn)生的噪音。

［1］ 孫長軍，王旭東，李美江.廢輪胎膠粉在公路工程中的應(yīng)用及前景展望［J］.橡膠科技市場，2005，(6).

［2］ 路凱冀，曾蔚.瀝青橡膠設(shè)備與瀝青橡膠試驗(yàn)路的鋪筑［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2006，(3).

［3］ 李美江，王旭東.橡膠粉改性瀝青性能研究［J］.2004年道路工程學(xué)術(shù)交流會論文集，2004，(6).

［4］ 劉子興.橡膠瀝青混合料合理級配研究［J］.公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2010，(4).

U416.216

C

1008－3383(2015)10－0011－01

2015－04－11

諶河水(1980－)，男，江西南昌人，工程師，從事道路橋梁設(shè)計(jì)工作。