橡膠瀝青混合料路用性能研究

弓瑾

摘要：將廢舊輪胎粉碎成小粒徑的橡膠粉，與瀝青在適宜的溫度下均勻混融，在公路建設(shè)中應(yīng)用，不僅可以變廢為寶、節(jié)約橡膠資源、減少廢舊輪胎因占用土地而造成的環(huán)境污染，從而達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的，而且能改善瀝青路面的使用性能，延長路面使用壽命。

關(guān)鍵詞：橡膠瀝青混合料；路用性能；穩(wěn)定性

公路交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展為中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展做出貢獻(xiàn)的同時(shí)也帶來諸多問題，廢舊輪胎大量堆積，對(duì)人類生存的自然環(huán)境造成危害并占用土地資源。如何能有效地處理這些廢舊輪胎，且不造成污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源的回收利用，是現(xiàn)階段公路行業(yè)急需解決的問題。

1.橡膠瀝青混合料研究的意義

公路交通行業(yè)面臨兩個(gè)亟待解決的問題：一是公路運(yùn)輸會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊汽車輪胎，嚴(yán)重污染環(huán)境。二是公路建設(shè)需要大量的瀝青，經(jīng)濟(jì)成本較高，且路面使用性能不能滿足日益增加的交通量，需要新材料、新工藝改善瀝青混合料的使用性能。如果能將廢舊輪胎經(jīng)過特殊工藝加工成一種材料，加入到路面材料中，既能改善路面的使用性能，又能解決廢舊輪胎的問題，且能達(dá)到經(jīng)濟(jì)環(huán)保的效果。

橡膠瀝青路面具有以下技術(shù)優(yōu)勢：提高路面路用性能；延長路面使用壽命；提高道路安全系數(shù)；降低路面行車噪聲；降低道路建設(shè)成本；提高道路社會(huì)效益。因此，本文研究橡膠瀝青混合料具有重要意義。

2.發(fā)達(dá)國家廢舊輪胎橡膠粉瀝青研究應(yīng)用情況

國外對(duì)于橡膠粉改性瀝青的研究相比于國內(nèi)較成熟，橡膠瀝青最早見于1843年的英國專利?，F(xiàn)代意義的廢舊橡膠粉應(yīng)用于道路鋪筑的研究最早始于上世紀(jì)40年代的美國。美國橡膠回收公司開發(fā)了用干法工藝生產(chǎn)的用于瀝青混合料的橡膠顆粒。1988年前后，橡膠瀝青在美國亞利桑那州成功應(yīng)用于間斷級(jí)配瀝青混合料中，標(biāo)志著橡膠瀝青路面技術(shù)得到較大發(fā)展。美國于1992年經(jīng)過不斷總結(jié)和改進(jìn)，成功研發(fā)出了16%比例的廢舊橡膠粉改性瀝青。改進(jìn)后的瀝青混合料性能有了較大幅度的提高，主要表現(xiàn)在粘性增加，溫度敏感性降低、抗老化以及抗凍融能力顯著增強(qiáng)。并且由于橡膠粉改性瀝青中含有氧化劑，作為一種穩(wěn)定劑，能夠顯著提高瀝青混合料的耐久性和吸附性。

3.橡膠瀝青混合料路用性能研究

發(fā)達(dá)國家廢舊輪胎橡膠粉瀝青研究應(yīng)用情況給我國提供了借鑒。經(jīng)研究分析，橡膠瀝青混合料在高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能、水穩(wěn)性能等方面具有明顯優(yōu)勢，應(yīng)大力推廣應(yīng)用。

3.1 橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性

在氣溫較高的夏季，路面表面溫度隨著環(huán)境溫度不斷變化，由于瀝青混合料是以粘結(jié)性為主的半固體材料，因此，在高溫下瀝青路面強(qiáng)度和剛度就會(huì)受到影響。在輪胎荷載反復(fù)作用下，原本處于高強(qiáng)度粘結(jié)的膠漿產(chǎn)生相對(duì)流動(dòng)，混合料骨架網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破壞失穩(wěn)，導(dǎo)致路面出現(xiàn)車轍、推移、泛油等現(xiàn)象。這不僅降低了路面的服務(wù)質(zhì)量，縮短了其使用壽命，并且嚴(yán)重影響行車安全。路面車轍問題是瀝青路面最主要的病害之一。在美國、日本、等國等一些發(fā)達(dá)國家，80%以上的路面損壞是由于車轍引起的，后期只能通過罩面或翻修進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。因此，本文對(duì)橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能進(jìn)行試驗(yàn)和分析，以保證路面的正常使用。

研究橡膠瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法很多，車轍試驗(yàn)是最常用，最實(shí)用的一種，用動(dòng)穩(wěn)定度作為指標(biāo)來進(jìn)行評(píng)價(jià)瀝青混合料在荷載作用下抵抗永久變形的能力。根據(jù)規(guī)范對(duì)車轍試驗(yàn)方法的規(guī)定，車轍板在設(shè)計(jì)級(jí)配和最佳油石比條件下成型，車轍試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

對(duì)比基質(zhì)瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度可知，本文所制備的橡膠瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度比基質(zhì)瀝青高出3倍以上。究其原因，是因?yàn)樵诨|(zhì)瀝青中摻入橡膠粉后，橡膠粉與瀝青相互作用，吸收基質(zhì)瀝青中的輕質(zhì)組分，進(jìn)而增加了瀝青結(jié)合料的黏度，并提高了其稠度和軟化點(diǎn)，從而改善了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

3.2 橡膠瀝青混合料的低溫抗裂性能

當(dāng)環(huán)境溫度驟降時(shí)，瀝青路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力有可能超過瀝青混凝土的抗彎拉強(qiáng)度，此時(shí)的瀝青路面極易出現(xiàn)低溫開裂現(xiàn)象。在寒冷的冬季，由于瀝青路面的模量較高，在車輛的重復(fù)壓力作用下，開裂的路面有可能繼續(xù)開裂并碎裂成更小的路面板，隨著時(shí)間的推移，這些裂縫處就會(huì)出現(xiàn)龜裂破壞。水分會(huì)沿著裂縫進(jìn)入基層及路基，進(jìn)而降低路面的粘結(jié)強(qiáng)度和承載力，嚴(yán)重危害路面的服務(wù)質(zhì)量和使用壽命。因此，為了減少由于裂縫給路面帶來的破壞，必須對(duì)瀝青混合料的低溫性能進(jìn)行分析。

目前，我國通常采用低溫彎曲破壞試驗(yàn)來評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫性能，評(píng)價(jià)指標(biāo)為彎拉應(yīng)變。橡膠瀝青混合料低溫試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在低溫條件下，橡膠瀝青混合料的抗彎拉應(yīng)變和抗彎拉強(qiáng)度比基質(zhì)瀝青高，說明橡膠粉的加入改變了瀝青結(jié)合料的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，增加了瀝青結(jié)合料的黏度和低溫環(huán)境下的柔度，從而使橡膠瀝青混合料表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫性能。

3.3 橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)性能

瀝青結(jié)合料與集料的粘附程度直接關(guān)系到橡膠瀝青混合料的耐久性，瀝青路面的水損害多發(fā)生于冰凍地區(qū)和多雨地區(qū)。瀝青路面的水損壞主要包括兩個(gè)過程，首先水浸入瀝青中使瀝青粘附性減小，導(dǎo)致混合料強(qiáng)度和勁度減小；其次由于集料表面對(duì)水比對(duì)瀝青有更強(qiáng)的吸附力，水進(jìn)入瀝青薄膜和集料之間，隔斷瀝青與集料的相互粘結(jié)。在荷載的重復(fù)作用下，就會(huì)加速瀝青從集料表面剝落，導(dǎo)致瀝青混合料產(chǎn)生剝離、掉粒、松散等現(xiàn)象，進(jìn)而造成瀝青路面的坑槽、坑洞等病害。

抗水損害性能是瀝青混合料性能檢驗(yàn)的一個(gè)組成部分，尤其是在南方多雨地區(qū)，路面積水較多，雨水容易進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)造成路面局部或整體的破壞。因此，提高混合料的抗水損害性能對(duì)于保證路面的使用質(zhì)量具有重要作用。我國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）規(guī)定用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)檢驗(yàn)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。按試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行水穩(wěn)性試驗(yàn)，結(jié)果見表3。

由以上數(shù)據(jù)分析可得，基質(zhì)瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度比及凍融劈裂強(qiáng)度比較橡膠瀝青混合料低，這是因?yàn)橄鹉z瀝青混合料的結(jié)合料中添加了橡膠粉，橡膠粉在高溫和裂解劑的作用下部分溶解于瀝青之中，增加了瀝青結(jié)合料的黏度，使瀝青與集料、集料與集料之間粘結(jié)作用更強(qiáng)，從而提高了橡膠瀝青混合料抵抗水損害的能力。

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