橡膠顆粒瀝青混合料路面除冰雪性能研究

沈武憲

(新疆希爾路橋工程有限公司， 新疆 烏魯木齊　830011)

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橡膠顆粒瀝青混合料路面除冰雪性能研究

沈武憲

(新疆希爾路橋工程有限公司， 新疆 烏魯木齊830011)

摘要：基于AC-16連續(xù)型密級配，通過室內(nèi)試驗及工程應(yīng)用試驗，研究了橡膠顆粒瀝青混合料路面的除冰雪性能。研究結(jié)果表明：室內(nèi)性能試驗中橡膠顆粒瀝青混合料試件的除冰雪性能良好，冰雪層在車輪往返25次時出現(xiàn)裂縫；橡膠顆粒瀝青混合料路面的擺值和構(gòu)造深度較之普通路面大，具有良好的抗滑性；工程應(yīng)用中，車輛連續(xù)通過100 次后，橡膠顆粒瀝青混合料路面露出率約為85%，接近人工除雪的效果，可以較好的滿足車輛通行需求。

關(guān)鍵詞：道路工程；橡膠顆粒瀝青混合料；除冰雪

0引言

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，廢舊橡膠輪胎產(chǎn)量逐年遞增，我國廢舊汽車橡膠輪胎量每年就有高達5 000萬條，產(chǎn)生約140萬t的廢舊輪胎，而年處理水平卻只有20萬t。大量的廢舊輪胎堆積不僅占用寶貴的土地資源，而且對生態(tài)環(huán)境也有嚴重的破壞作用。將廢舊橡膠輪胎破碎后以集料的形式加入到瀝青混合料中進行路面的鋪筑，是一種新型的有效的處理廢舊輪胎的途徑。橡膠顆粒的摻加改變了瀝青混合料的組成，相關(guān)研究多集中在橡膠顆粒瀝青混合料的水穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性及高溫穩(wěn)定性等室內(nèi)試驗方面[1-3]，對與其除冰雪性能的研究較少。

廢舊橡膠輪胎粉碎后成粒徑為1～3 mm的橡膠顆粒，由于膠粒和集料的物理化學性質(zhì)截然不同，因此瀝青混合料中摻加一定量的橡膠顆粒后，混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及接觸狀態(tài)都發(fā)生了較大的變化。膠粒的輕質(zhì)高彈性導(dǎo)致了混合料路面冰雪層在受力狀態(tài)下的形變位移發(fā)生改變，這是破除瀝青路面冰雪的基礎(chǔ)。在汽車荷載作用下，積雪壓實后在低溫條件下形成冰雪層，路面中的橡膠顆粒與集料在壓力作用下變形不同，導(dǎo)致冰雪層出現(xiàn)受力不均勻，進而產(chǎn)生應(yīng)力集中，冰雪層出現(xiàn)裂縫。當冰雪層出現(xiàn)裂縫后，在荷載的作用下將迅速擴大并發(fā)展，最終導(dǎo)致冰雪層從路面剝落[4-6]。

文章基于AC-16連續(xù)型級配為基礎(chǔ)，將橡膠顆粒摻加到混合料中進行室內(nèi)試驗，與不摻加橡膠顆粒的混合料進行對比，并鋪筑部分試驗道路，評價橡膠顆粒瀝青混合料的除冰雪性能。

1混合料材料組成及試驗方法

1.1混合料原材料技術(shù)性能

1) 集料。瀝青混合料中的集料包括粗集料、細集料及填料。 粗集料為粒徑10～15 mm、5～10 mm及3～5 mm的花崗巖碎石，細集料為粒徑0～3 mm的石灰?guī)r石屑，填料為石灰石粉。 按照《公路工程集料試驗規(guī)程》測定，集料的各項指標均符合其技術(shù)要求。

2) 瀝青。本試驗中所用的瀝青為SBS改性瀝青，主要技術(shù)指標如下：針入度(25 ℃，100 g，5 s)為76(0.1 mm)；延度(15 ℃)>105 cm；軟化點(環(huán)球法)48.0 ℃；針入度指數(shù)PI=-0.96；閃點>315 ℃；密度(15 ℃)為1.024 g/cm3。

3) 橡膠顆粒。橡膠顆粒生產(chǎn)工藝為在常溫粉碎過程中，破碎機以高速剪切的方式將廢舊輪胎粉碎而成，其技術(shù)指標如下：橡膠顆粒粒徑為1～2 mm；表觀相對密度為1.30 g/mL；邵氏硬度為64度；細長扁平顆粒含量為4.5%。

1.2混合料的級配組成

橡膠顆粒的物理性質(zhì)與化學性質(zhì)與集料截然不同，膠粒具有質(zhì)量輕，彈性大的特點。橡膠顆粒瀝青混合料中，膠粒的摻加改變了混合料內(nèi)部集料之間的接觸狀態(tài)，造成混合料壓實過程中出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，空隙率增大，進而改變了原始混合料的結(jié)構(gòu)。文章選用AC-16連續(xù)密集型級配為基礎(chǔ)，等質(zhì)量替換3%的細集料，油石比為6.1%。級配設(shè)計見表1。

表1 級配設(shè)計篩孔尺寸/mm合成級配/%篩孔尺寸/mm合成級配/%161001.1825.313.294.50.6018.69.480.40.3011.44.7549.30.158.22.3631.90.0755.8

2橡膠顆粒瀝青混合料除冰雪試驗

為了模擬橡膠顆粒瀝青混合料在車輛荷載作用下的除冰雪情況，文章參考瀝青混合料的高溫車轍試驗，通過制作標準車轍試件，將試件置于0 ℃以下進行冰凍，使表面形成冰雪層，并應(yīng)用車轍試驗機，車輪與試件之間的往復(fù)運動可以較為真實的反映兩者之間產(chǎn)生的壓實、剪切及變形情況。

采用車轍試件成型機分別制作普通瀝青混合料試件和橡膠顆粒瀝青混合料兩組試件，每組試件數(shù)量不少于4個，尺寸為300 mm×300 mm×50 mm。將兩組試件置于-10 ℃的低溫下冷凍，使其表面形成厚度為4 mm左右的冰雪層。然后分別置于車轍試驗機下進行試驗，往復(fù)運動15 min后觀察普通瀝青混合料試件與橡膠顆粒瀝青混合料試件冰雪層的變化情況，試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1普通瀝青混合料試件(左圖)與橡膠顆粒瀝青

混合料試件(右圖)試驗對比

如圖1所示，在試驗過程中，普通AC-16瀝青混合料試件在車輪往復(fù)運動下并沒有發(fā)生明顯變化，只是在后期出現(xiàn)一些細紋裂痕，冰雪層沒有脫落；對于橡膠顆粒混合料試件，當車輪運行25個往返時，冰面出現(xiàn)輻射狀裂隙，進而形成大裂紋，隨著車輪往返次數(shù)的增加，裂縫不斷擴大，冰雪層逐漸脫落，露出瀝青混合料試件。由于橡膠顆粒具有輕質(zhì)高彈的性質(zhì)，在車輪荷載作用下，橡膠顆粒會出現(xiàn)彈性變形，在膠粒附近的冰雪層出現(xiàn)應(yīng)力集中，冰雪層產(chǎn)生裂隙，隨著荷載的不斷施加，冰雪層最終形成大裂縫，進而脫落。試驗表明，實驗室內(nèi)橡膠顆粒瀝青混合料相較于普通瀝青混合料具有良好的除冰雪效果。

3試驗路現(xiàn)場檢測

為了對橡膠顆粒瀝青混合料應(yīng)用實際工程中的除冰雪效果進行檢驗，本文結(jié)合駐(駐馬店)陽(泌陽)高速公路第十四合同段路面工程，鋪筑一段試驗路面，并檢測試驗路面的擺值、構(gòu)造深度及滲水性能，定期觀察通車次數(shù)對路面的除冰雪情況。

3.1路面的配合比和攤鋪

根據(jù)前期室內(nèi)試驗相關(guān)研究成果，確定實驗路生產(chǎn)配合比如表2所示。

表2 生產(chǎn)配合比材料種類摻配比例/%材料種類摻配比例/%10～20mm47礦粉95～10mm33橡膠顆粒3機制砂8油石比6.1

在試驗路鋪筑過程中嚴格按照上表要求進行控制，并實時監(jiān)測各施工階段的混合料的溫度。橡膠顆粒瀝青混合料路面攤鋪、碾壓效果見圖2。

圖2　橡膠顆粒瀝青混合料現(xiàn)場攤鋪和鋪后情況

3.2試驗路性能檢測

按技術(shù)規(guī)范要求，在試驗路鋪筑完成 48 h后，進行了橡膠瀝青混合料路面各項現(xiàn)場技術(shù)指標檢測。

如表3所示，橡膠顆粒瀝青混合料路面的構(gòu)造深度和擺值比普通瀝青混合料路面大，構(gòu)造深度和擺值越大，瀝青混合料路面的抗滑性能越好，橡膠顆粒瀝青混合料的滲水性能也較好。

表3 橡膠瀝青路面與普通路面性能對比類別擺值/BPN構(gòu)造深度/mm滲水性能/(mL·min-1)橡膠瀝青路面(AC-16A)790.9068普通路面(AC-16)730.7989

3.3除冰雪效果檢測

目前對于路面的除冰雪效果并沒有統(tǒng)一的標準，大多是定性的分析路面的除冰雪情況，從冰雪層的開裂程度、破碎程度及是否最終剝離三個方面分析路面的除冰雪性能。對于本工程，試驗路面在同等通行量及通行荷載情況下，橡膠瀝青路面與普通路面性能對比如圖3所示。

圖3　橡膠瀝青路面(左圖)與普通路面(右圖)

由圖3可知，橡膠顆粒瀝青混合料路面除冰雪性能效果明顯，冰雪層破碎并剝離，路面露出面積大，車輛連續(xù)通過100 次后，路面露出率約為86%，接近人工除雪的效果，可以較好的滿足車輛通行需求。

4結(jié)論

本文對橡膠顆粒瀝青混合料路面的除冰雪性能進行室內(nèi)試驗與工程實際試驗，主要結(jié)論如下：

1) 通過室內(nèi)性能試驗，橡膠顆粒瀝青混合料試件的除冰雪性能良好，冰雪層在車輪往返25次時出現(xiàn)裂縫。

2) 橡膠顆粒瀝青混合料路面的擺值和構(gòu)造深度較之普通路面大，具有良好的抗滑性。

3) 工程實際中，車輛連續(xù)通過100 次后，橡膠顆粒瀝青混合料路面露出率約為85%，接近人工除雪的效果，可以較好的滿足車輛通行需求。

參考文獻：

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[3] 王修云，余苗，吳國雄.粗橡膠顆粒瀝青混合料室內(nèi)成型工藝及路用性能[J].重慶交通大學學報(自然科學版)，2011，4(30)：763-767.

[4] 彭旭東，孟祥凱，盧蕩，等.冰雪路面汽車輪胎摩擦特性研究進展[J].摩擦學學報，2003，23(5)：31-33.

[5] 孫寶鋒.橡膠顆粒除冰雪瀝青混合料設(shè)計與施工工藝研究[D].西安：長安大學，2011.

[6] 張聰.橡膠顆粒瀝青路面耐久性研究[D].西安：長安大學，2012.

文章編號：1008-844X(2016)02-0055-03

收稿日期:2015-11-02

作者簡介:沈武憲( 1972-) ，男，主要從事路橋工程的施工及管理工作。

中圖分類號：U 414

文獻標識碼：A