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      橡膠粉改性瀝青混合料路用性能研究

      2015-07-27 05:23:43海南省公路勘察設(shè)計院???/span>570206
      山東工業(yè)技術(shù) 2015年13期
      關(guān)鍵詞:路用橡膠粉經(jīng)濟效益

      何 晶(海南省公路勘察設(shè)計院,???570206)

      橡膠粉改性瀝青混合料路用性能研究

      何 晶
      (海南省公路勘察設(shè)計院,海口 570206)

      摘 要:通過室內(nèi)試驗,對橡膠粉改性瀝青以及SBS改性瀝青AC-16瀝青混合料進行配合比設(shè)計,確定了最佳瀝青用量,對比了兩種瀝青混合料的路用性能,在此基礎(chǔ)上分析了兩種瀝青混合料的經(jīng)濟效益。結(jié)果表明:橡膠粉改性瀝青混合料的路用性能雖稍遜于SBS改性瀝青混合料,但其路用性能指標遠超規(guī)范要求;橡膠粉改性瀝青混合料比SBS改性瀝青混合料有更好的經(jīng)濟效益。

      關(guān)鍵詞:橡膠粉改性瀝青;AC-16瀝青混合料;路用性能;經(jīng)濟效益

      0 引言

      瀝青混凝土因其優(yōu)良的路用性能已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各等級公路當中,但由于瀝青材料其本身的特點決定,瀝青混凝土路面也存在一些不足:一方面,隨著溫度的升高,瀝青混凝土的彈性模量會明顯降低,在瀝青路面在車輛荷載和高溫的雙重作用下,容易形成推移、擁包、車轍等病害;另一方面,隨著溫度的降低,瀝青混凝土的彈性模量會急劇升高,在低溫狀況下,瀝青路面容易形成開裂,繼而誘發(fā)其他損害。據(jù)有關(guān)研究表明[1],對瀝青進行改性能很大程度上改善瀝青混凝土的使用性能。SBS改性瀝青雖可很好的改善瀝青混凝土的高、低溫使用性能,提高路面的承載能力與使用壽命,但其昂貴的造價限制了其廣泛使用。因此,尋找一種“物美價廉”的改性劑來提高瀝青路面的路用性能具有十分重要的現(xiàn)實意義。

      本文通過馬歇爾試驗,確定了橡膠粉改性瀝青AC-16和SBS改性瀝青AC-16的配合比,通過路用性能試驗對比分析了兩種瀝青的路用性能,最后對橡膠粉改性瀝青混合料與SBS改性瀝青混合料的經(jīng)濟效益進行對比分析。

      1 橡膠粉改性瀝青的應(yīng)用意義

      橡膠瀝青又稱為橡膠粉改性瀝青,是一種優(yōu)良的新型復(fù)合材料,是重交瀝青與廢棄輪胎橡膠粉在外加劑的作用下,經(jīng)歷過一系列復(fù)雜的物理化學變化形成的復(fù)雜聚合物[2]。根據(jù)有關(guān)研究表明[3],橡膠粉可有效的改善基質(zhì)瀝青的針入度,使其溫度敏感性降低,從而改善其高溫與低溫性能,另外橡膠粉提高了基質(zhì)瀝青的柔韌性,使其與石料的粘附性增強,并且降低了噪音污染。

      截止至2014年底,中國的汽車保有量已經(jīng)達到1.5億,廢舊輪胎的保有量已經(jīng)達近3億條,并且每年以近10%的速率上升。大量廢棄輪胎的堆積不但造成環(huán)境污染、資源浪費,而且其降解困難,堆積處成為一些害蟲的溫床,威脅人類健康,如不慎發(fā)生火災(zāi)可造成嚴重的大氣污染。由此可見,將廢舊輪胎制成橡膠粉用于瀝青改性,不但可以提高瀝青路面的路用性能,更能起到保護環(huán)境,變廢為寶的作用。

      2 室內(nèi)試驗參數(shù)的確定

      為了明確橡膠粉改性瀝青的路用試驗性能,本研究采用AC-16作為代表混合料類型,并對SBS改性瀝青和橡膠粉改性瀝青分別進行了馬歇爾配合比設(shè)計,并對兩種改性瀝青AC-16瀝青混合料的路用性能進行對比分析。

      2.1 改性劑摻量

      改性劑摻量不同對改性瀝青的性能指標影響也不盡相同。據(jù)有關(guān)研究表明[4],SBS改性瀝青在SBS摻量在5%左右時,其綜合性能達到最佳,本文結(jié)合海南地區(qū)實際,選用5%的SBS摻量,來進行本次試驗研究;而橡膠粉摻量則選擇60目橡膠粉,摻量為20%[5]。

      2.2 試驗材料

      試驗選取的基質(zhì)瀝青為海南地區(qū)常用的泰普克70#基質(zhì)瀝青,石料產(chǎn)地為蓬萊石場玄武巖,礦粉產(chǎn)地為昌江礦粉廠,試驗所用原材經(jīng)檢驗均滿足行業(yè)規(guī)范要求。

      2.3 級配設(shè)計與最佳油石比確定

      試驗根據(jù)馬歇爾配合比設(shè)計方法,分別得到了SBS改性AC-16瀝青混合料和橡膠粉改性瀝青AC-16瀝青混合料的級配曲線,確定了最佳油石比分別為4.6%和5.3%。橡膠粉改性瀝青由于其自身性質(zhì)的原因,導致其油石比通常比SBS改性瀝青和基質(zhì)瀝青要偏大。

      根據(jù)優(yōu)化得出的級配曲線以及通過馬氏試驗最終確定的油石比來分別制作SBS改性瀝青AC-16以及橡膠粉改性瀝青AC-16。礦料級配如表1所示。

      表1 兩種AC-16級配計算表

      3 改性混合料瀝青路用性能指標研究

      SBS改性瀝青已經(jīng)在國內(nèi)推廣了幾十年,其良好的路用性能已經(jīng)得到了道路工作者的普遍肯定。海南地區(qū)也已經(jīng)將SBS改性瀝青應(yīng)用于各等級瀝青路面當中,而橡膠粉改性瀝青卻還沒有在海南地區(qū)大規(guī)模推廣。為了驗證橡膠粉改性瀝青的路用性能,尤其是受海南氣候影響較大的高溫性能與水穩(wěn)定性,對橡膠粉改性AC-16瀝青混合料進行了車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗以及低溫彎曲試驗,來衡量其路用性能,并將之與技術(shù)成熟的SBS改性瀝青混合料進行性能對比,試驗結(jié)果如表2所示。

      表2 兩種瀝青混合料路用性能試驗結(jié)果對比表

      從表中我們可以清晰的看出:(1)橡膠粉改性瀝青的馬氏穩(wěn)定度與動穩(wěn)定度略遜于SBS改性瀝青;(2)橡膠粉改性瀝青的-10℃低溫彎曲試驗破壞應(yīng)要遠低于SBS改性瀝青;(3)橡膠粉改性瀝青的殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂殘留強度比均略優(yōu)于SBS改性瀝青;(4)橡膠粉改性瀝青AC-16的各項性能指標遠高于規(guī)范規(guī)定標準。

      4 經(jīng)濟效益分析

      一種新型材料的應(yīng)用,通常要綜合考慮其路用性能和其經(jīng)濟效益。上文所進行的室內(nèi)試驗研究可以看出,橡膠粉改性瀝青的路用性能是符合規(guī)范標準的,但其經(jīng)濟效益又如何呢?本文引用費用效果這一指標綜合評價橡膠粉改性瀝青與SBS改性瀝青的經(jīng)濟效益。

      第一步進行兩種瀝青混合料的綜合價格分析,海南地區(qū)2014年平均材料價格如表3所示。

      表3 2014年海南地區(qū)材料平均價格

      依據(jù)材料單價,計算兩種混合料的綜合價格,如表4所示。

      表4 兩種瀝青混合料綜合價格

      由表4,我們可以看出,當每使用1t集料的情況下,橡膠粉改性瀝青混合料要比SBS改性瀝青混合料節(jié)省近82元。

      同樣根據(jù)橡膠粉改性瀝青和SBS改性瀝青的路用效果進行對比分析,在分析時考慮混合料的高溫、低溫與水穩(wěn)定性三種性能指標,效果參數(shù)為三項加權(quán)平均之和,以SBS改性瀝青混合料的路用性能為基準,動穩(wěn)定度表征瀝青混合料的高溫性能,其加權(quán)值為1,破壞應(yīng)變表征其低溫性能,權(quán)值也為1,殘留穩(wěn)定度和劈裂強度比表征其水穩(wěn)定性,權(quán)值各位0.5,則根據(jù)表2可得兩種瀝青混合料的加權(quán)值,進而計算出兩種混合料的效果參數(shù),如表5所示。

      表5 效果參數(shù)加權(quán)計算表

      根據(jù)式1計算出兩種混合料的效果費用,經(jīng)計算SBS改性瀝青混合料的效果費用 為0.00958,橡膠粉改性瀝青的效果費用為0.01126。顯然橡膠粉改性瀝青的效果費用要大于SBS改性瀝青,可見橡膠粉改性瀝青混合料在滿足路面的使用性能的同時,具有更好的經(jīng)濟效益,適合在海南地區(qū)推廣使用。

      5 結(jié)語

      (1)通過對橡膠粉改性瀝青和SBS改性瀝青AC-16配合比設(shè)計可知,橡膠粉改性瀝青的油石比略大于SBS改性瀝青,這是橡膠粉改性瀝青自身性質(zhì)導致的。

      (2)通過對橡膠粉改性瀝青路用性能研究發(fā)現(xiàn),其高溫性能與低溫性能雖略遜于SBS改性瀝青,但遠超規(guī)范要求,而其水穩(wěn)定性略優(yōu)于SBS改性瀝青,綜合來看橡膠粉改性瀝青各項技術(shù)性質(zhì)能夠滿足海南地區(qū)路用性能要求。

      (3)通過經(jīng)濟效益的對比分析發(fā)現(xiàn),橡膠粉改性瀝青比SBS改性瀝青具有更好的性價比。

      (4)因技術(shù)、材料等方面原因的限制,本文所做研究混合料類型比較單一,有一定的適用局限性,完善混合料以及材料類型是進一步需研究的方向。

      參考文獻:

      [1]莫石秀.湖瀝青改性瀝青作用機理及混合料性能研究[D].長安大學,2012.

      [2]陳莉,郭義,陳秋蘭.橡膠瀝青生產(chǎn)與施工[J].北方交通,2009(05):72-74.

      [3]Darylm.Susanna H.Ryan W.etal.Staudy of crumb rubbermaterials as paving asphalt modifiers[J].Canadian Journal of Civil Engineering 2007.34(10):1276-1288.

      [4]祝偉.SBS摻量對改性瀝青混合料路用性能的影響[D].長安大學,2012.

      [5]孫大權(quán),徐曉亮,呂偉民.橡膠瀝青生產(chǎn)工藝關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的研究[J].長沙交通學院學報,2008(03):33-37.

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