橡膠顆粒對再生瀝青混合料馬歇爾力學(xué)指標(biāo)的影響

張勤玲　王強兵　王少鵬

(塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院， 新疆 阿拉爾 843300)

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橡膠顆粒對再生瀝青混合料馬歇爾力學(xué)指標(biāo)的影響

張勤玲王強兵王少鵬

(塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院， 新疆 阿拉爾 843300)

摘要橡膠顆粒以代替部分細(xì)集料的形式摻入再生瀝青混合料中，制備成橡膠顆粒量摻量為0%，2%，3%的再生橡膠顆粒瀝青混合料。首先，通過馬歇爾試驗分析不同摻量的橡膠顆粒對最佳新瀝青用量OAC、OACmax和OACmin的影響，確定了不同橡膠顆粒摻量的再生混合料的最佳新瀝青用量；其次，通過分析在最佳新瀝青用量下，橡膠顆粒摻量和馬歇爾試驗指標(biāo)的關(guān)系，探究不同摻量的橡膠顆粒對馬歇爾試驗各指標(biāo)的影響存在最佳橡膠顆粒摻量。試驗結(jié)果表明：再生橡膠顆粒瀝青混合料中橡膠顆粒的最佳摻量為1. 5%，新瀝青摻量為4. 12%；隨著橡膠顆粒的摻入及摻量的增加，再生混合料的穩(wěn)定度和流值與普通再生瀝青混合料的相比，穩(wěn)定度值偏小，穩(wěn)定度峰值的出現(xiàn)相對滯后，流值偏大。

關(guān)鍵詞道路工程；橡膠顆粒；再生瀝青混合料；馬歇爾試驗

隨著中國經(jīng)濟水平的不斷增長，汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車保有量迅速增加。據(jù)不完全統(tǒng)計，2013年中國廢舊輪胎的生產(chǎn)量居世界第一，達(dá)到2. 8億條，總質(zhì)量約為1. 018×108 t，而目前中國的廢舊輪胎回收率卻不足50%，大量的廢舊輪胎給中國環(huán)境造成了巨大壓力，被稱為“黑色污染”[1-2]?？v觀國內(nèi)外對廢舊輪胎橡膠在路面工程中的研究情況可以發(fā)現(xiàn)，隨著人們環(huán)保節(jié)能意識的不斷提高，路面鋪裝技術(shù)的研究已成為重點，而橡膠顆粒的加入有利于改善瀝青混合料的抗高溫變形和抗車轍性能，使該項研究必將具有廣闊的應(yīng)用前景[3-4]。但是以往對橡膠顆粒瀝青混合料的試驗研究主要集中于新拌混合料[5-8]，對于再生橡膠顆粒瀝青混合料性能研究還較少。本文通過室內(nèi)馬歇爾試驗來研究不同摻量的橡膠顆粒對再生瀝青混合料馬歇爾力學(xué)指標(biāo)的影響。

1原材料及試驗級配

1.1回收瀝青路面材料(reclaimed asphalt pavement，RAP)

舊瀝青混合料在使用過程中，受自然環(huán)境、行車荷載等多種因素的影響，粗集料不斷細(xì)化，細(xì)料增多，瀝青老化，因而在其再生過程中，將會導(dǎo)致再生瀝青混合料性能的衰減。本試驗中用于再生RAP取自阿拉爾主干道大學(xué)路銑刨下來的瀝青路面上面層。采用離心抽提法得到RAP中舊瀝青含量為4. 9%。將抽提后的礦料根據(jù)規(guī)程[9]中T0725-2000試驗進行篩分，得到RAP料的礦料級配如表1所示。由表1可知，RAP的礦料級配篩分試驗不滿足規(guī)范[10]要求，需要參加新集料加以調(diào)整。再生混合料采用AC-13Ⅱ級配作為基礎(chǔ)級配。

表1　RAP級配

為了恢復(fù)舊瀝青的性能，確保舊瀝青的性能穩(wěn)定，可以使用標(biāo)號高于舊瀝青標(biāo)高的新瀝青摻入到RAP中。結(jié)合工程實際，本試驗選用產(chǎn)于新疆克拉瑪依的A級90號道路石油瀝青作為新瀝青。其各項指標(biāo)見表2。

表2　克拉瑪依90 #道路石油瀝青技術(shù)指標(biāo)

本試驗采用的橡膠顆粒(Rubber Particles，以下簡稱RP)是由廢舊輪胎在常溫下粉碎而成，采用的橡膠顆粒粒徑大小為1-2. 5 mm小橡膠顆粒(Small Rubber Particles，以下簡稱SRP)，其技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3　橡膠顆粒的技術(shù)指標(biāo)

2.1試件成型工藝

再生橡膠顆粒瀝青混合料的馬歇爾試件拌和成型工藝與普通瀝青混合料不同，為使容重較小的橡膠顆粒在再生混合料中分散均勻，需要增加拌合時間。先將備好的RAP放置烘箱中加熱至其軟化，然后將已軟化的RAP和稱好的橡膠顆粒倒進攪拌缸進行拌合；然后依次加入新集料、新瀝青和礦粉，總拌合時間控制在4 min內(nèi)。其中，舊料在烘箱的加熱溫度為90 ℃，在攪拌缸中的拌合溫度170 ℃。再生混合料主要用于城市次干路和支路，所以采用雙面擊實50次的方法進行一次成型[9]。其拌和流程如圖1所示。

圖1　再生橡膠顆粒瀝青混合料拌合流程

2.2試驗結(jié)果

為研究橡膠顆粒對再生瀝青混合料馬歇爾力學(xué)指標(biāo)的影響，將橡膠顆粒作為外摻料，以不同摻量(0%，2%，3%)以骨料形式摻入到再生混合料中，據(jù)實際工程經(jīng)驗，再生瀝青混合料中瀝青的用量應(yīng)比新拌瀝青混合料中瀝青用量略高一些[11]，根據(jù)已有研究，初估新瀝青用量為1. 5%，并隨橡膠顆粒摻量的增加以0. 5%的間隔遞增并成型馬歇爾試件進行試驗，并對試驗結(jié)果進行分析。為了方便比較分析試驗結(jié)果，RAP摻量單一，為40%。

按照規(guī)程[9]中T0705-2011和T0709-2011測定試件的毛體積密度和理論最大相對密度，計算空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度等物理指標(biāo)，進行馬歇爾試驗，測定穩(wěn)定度和流值力學(xué)指標(biāo)。為了能更直觀的分析不同摻量的橡膠顆粒對再生瀝青混凝土馬歇爾試驗指標(biāo)的影響，分別以新瀝青用量為橫坐標(biāo)，以毛體積密度、間隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度及流值為縱坐標(biāo)，繪制瀝青用量與馬歇爾物理力學(xué)指標(biāo)之間的關(guān)系曲線圖，見圖2所示。

圖2　馬歇爾試驗指標(biāo)與新瀝青用量關(guān)系

由圖2可知，隨著新瀝青用量的增加，各橡膠顆粒摻量下的再生瀝青混合料的毛體積密度(p1)、瀝青飽和度(VFA)、穩(wěn)定度(MS)都是隨新瀝青用量的增加均呈現(xiàn)出先增大后減少的走勢，都出現(xiàn)一最大值；試件的空隙率(VV)和間隙率(VMA)皆呈現(xiàn)出先減小后增大的走勢，存在一最小值；而流值(FL)則隨新瀝青用量增加而增加。因此，可得出不同橡膠顆粒摻量下的再生瀝青混合料的各項試驗指標(biāo)的變化規(guī)律基本相同，各橡膠顆粒摻量下的再生瀝青混合料必然存在一個最佳的新瀝青摻量。

因此，取圖2中MS最大值、p1最大值、VV和VFA范圍中值的瀝青用量，以四者的平均值作為最佳瀝青用量的初始值OAC1，根據(jù)瀝青混合料馬歇爾試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確定瀝青用量范圍OACmin和OACmax，計算其平均值得到OAC2，OAC1與 OAC2兩者的平均值即可作為再生瀝青混合料的最佳新瀝青用量。由此可計算出，不同橡膠顆粒摻量的再生瀝青混合料的最佳新瀝青用量，結(jié)果見表4所示。

表4　再生橡膠顆粒瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果

由表4可知，橡膠顆粒摻量為3%的再生瀝青混合料的瀝青飽和度指標(biāo)已超出規(guī)范[10]要求。隨著橡膠顆粒摻量的增加，新瀝青用量也隨之增加；毛體積密度(p1)和穩(wěn)定度(MS)呈現(xiàn)先增大后減小的走勢，存在一個最大值；試件的空隙率(VV)則一路走低；瀝青飽和度(VFA)和間隙率(VMA)則呈現(xiàn)先減小后增大的走勢，出現(xiàn)一個最小值；而流值(FL)則隨橡膠顆粒摻量的增加先增加后減小。

同樣，也可以采用馬歇爾試驗法來確定再生橡膠顆粒瀝青混凝土的最佳橡膠顆粒摻量及其相應(yīng)的新瀝青摻量。同樣，可以橡膠顆粒摻量為橫坐標(biāo)，以新瀝青用量，毛體積密度、間隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度及流值分別為縱坐標(biāo)，將表4試驗結(jié)果點入坐標(biāo)中，繪制出橡膠顆粒摻量與各指標(biāo)之間的關(guān)系曲線圖(圖略)。用前面同樣的方法可計算出再生橡膠顆粒瀝青混合料的最佳橡膠顆粒摻量為1. 5%，相應(yīng)的新瀝青摻量為4. 12%。

原因分析：由圖2和表4可知：在再生混合料中，當(dāng)摻入2%，3%的橡膠顆粒時，與普通再生瀝青混合料相比，馬歇爾穩(wěn)定度分別降低了1. 08 kN和1. 62 kN，流值分別增加了3. 6 mm和1. 2 mm。摻入橡膠顆粒的再生混合料的最佳新瀝青用量較普通再生瀝青混合料的有所增加，且隨著橡膠顆粒摻量增加而增加，也引起再生混合料的瀝青飽和度和流值隨之增大；與普通再生瀝青混合料的相比，再生橡膠顆粒瀝青混合料的穩(wěn)定度偏小，穩(wěn)定度峰值的出現(xiàn)相對滯后，流值偏大。一方面是因為橡膠顆粒對瀝青的吸附作用強于石料；另一方面，由于橡膠顆粒以骨料形式加入再生混合料中，其低強度、高彈性特性使得再生混合料在試件擊實成型和冷卻過程中會對礦料骨架有一定的反彈作用，導(dǎo)致再生混合料內(nèi)部出現(xiàn)松散現(xiàn)象，進一步增大了再生混合料的變形量，造成再生橡膠顆粒瀝青混合料試件內(nèi)部出現(xiàn)一定的損傷。

3結(jié)論

3.1由廢舊橡膠輪胎常溫粉碎形成的橡膠顆粒以代替部分細(xì)集料的形成應(yīng)用于再生瀝青混合料的設(shè)計中，其施工工藝方便可行，經(jīng)濟性好，為廢舊橡膠輪胎的回收利用提供了一條有效可行途徑，同時有利于保護環(huán)境，節(jié)約社會資源。

3.2由馬歇爾試驗可知，不同摻量的橡膠顆粒對再生瀝青混合料的馬歇爾試驗指標(biāo)均有一定影響。隨著橡膠顆粒摻量的增加，與未摻橡膠顆粒的再生瀝青混合料相比，再生橡膠顆粒瀝青混合料的各項馬歇爾物理力學(xué)指標(biāo)變化規(guī)律基本相同，再生橡膠顆粒瀝青混合料的穩(wěn)定度偏小，其峰值的出現(xiàn)相對滯后，流值偏大。

3.3由于橡膠顆粒自身低模量、高彈性特點，其在再生混合料中的摻量必然存在一個最佳值。由馬歇爾試驗可確定再生橡膠顆粒瀝青混合料的最佳橡膠顆粒摻量為1. 5%，新瀝青摻量為4. 12%，但此數(shù)值只是一個參考值，其有待于結(jié)合其它路用性能試驗做進一步驗證。

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Effect of Rubber Particles on Recycled Asphalt Mixture Marshall Mechanical Index

Zhang QinlingWang QiangbingWang Shaopeng

(College of Water Conservancy and Architecture Engineering, Tarim University, Alar， Xinjiang 843300)

AbstractRubber particles to replace part of the fine aggregate in the form of incorporation of recycled asphalt mixture, the amount of preparation into the rubber particles content was 2%, and 3%. First，through Marshall test, the influence of rubber particles content on best the OAC, OACmax and OACmin is analyzed, The best new asphalt content of recycled rubber particles asphalt mixture were determined. Second, through the relationship between the content of rubber particles asphalt dosage and each index of Marshall test under the best content of new asphalt is analyzed. The test results show that: the optimum content of the rubber particles is 1.5%, the corresponding new asphalt content of 4.12%. With the incorporation of rubber particles and the increase of the content of rubber particles, compared with common asphalt mixture, the stability value of the recycled mixtures small, the peak value of stability is lagged, the flow value is larger.

Key wordsroad engineering; rubber particles; asphalt mixture; marshall stability test

中圖分類號：U414.701

文獻標(biāo)識碼：ADOI：10.3969/j.issn.1009-0568.2015.04.013

文章編號：1009-0568(2015)04-0083-05

作者簡介：張勤玲(1982-)，女，碩士，講師，主要從事道路工程路面材料方面的研究。E-mail：zhqling20031010@163.com

基金項目：塔里木大學(xué)校長基金自然科學(xué)項目(TDZKSS201417)；塔里木大學(xué)校長基金創(chuàng)新群體研究項目(TDZKPY201401)；國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201410757003)。

收稿日期：2015-04-28