橡膠粉摻量和目數(shù)對(duì)橡膠瀝青性能的影響機(jī)理研究

李曉琛張麗娟（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司；華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院）

橡膠粉摻量和目數(shù)對(duì)橡膠瀝青性能的影響機(jī)理研究

李曉琛1張麗娟2
（1廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司；2華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院）

本文研究了橡膠粉摻量和目數(shù)對(duì)橡膠瀝青性能的影響，隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青的黏度、軟化點(diǎn)和彈性恢復(fù)隨著增加，針入度逐漸減小，延度先增加后減小，在橡膠粉摻量為25%時(shí)，延度出現(xiàn)了拐點(diǎn)。橡膠粉目數(shù)對(duì)針入度結(jié)果有一定影響，采用多少目的橡膠粉才合適，要結(jié)合橡膠瀝青混合料的路用性能予以選擇。

摻量；目數(shù)；橡膠粉；橡膠瀝青

1　前言

近年來，我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展期，公路里程大幅度增長(zhǎng)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在1989年全國(guó)公路總里程為271公里，到1999年，我國(guó)公路總里程已突破1萬公里，到2002年突破2萬公里，2003年近3萬公里，已位居世界第二位。從2008年開始我國(guó)道路建設(shè)發(fā)展更為突飛猛進(jìn)，到2014年底，我國(guó)公路里程已突破446.39萬公里。在短短的二十多年里，我國(guó)公路建設(shè)成績(jī)相當(dāng)于其他國(guó)家半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程。

隨著我國(guó)汽車保有量的逐年增加，大量的廢舊輪胎急需處理，2009年以后，每年都有一定程度的上漲，廢舊輪胎2013年產(chǎn)量為1080萬噸，并以每年約5%～6%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到2000萬噸［1］。如此多的廢舊輪胎，如果采用燃燒處理，將產(chǎn)生大量廢氣污染，影響空氣質(zhì)量和人民生活水平，并造成大量資源浪費(fèi)。

研究表明將廢舊輪胎磨成橡膠粉加入道路石油瀝青中，不僅起到了節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境的效果，同時(shí)還能改善道路石油瀝青的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性能，橡膠瀝青混合料不僅可以減少行車噪音，提高行車的安全系數(shù)，改善路面的路用質(zhì)量，并且廢舊輪胎價(jià)格低廉，生產(chǎn)技術(shù)成熟，降低了筑路的成本［2］。本文通過研究橡膠粉摻量和目數(shù)對(duì)橡膠瀝青性能的影響，確定廢舊橡膠粉的摻量、目數(shù)和基質(zhì)瀝青的種類，提出橡膠瀝青的配方。

2　橡膠粉摻量對(duì)橡膠瀝青性能的影響

2.1原材料

基質(zhì)瀝青1#采用70#A級(jí)的道路石油瀝青，其性能見表1［3，4］。基質(zhì)瀝青2#采用50#A級(jí)的道路石油瀝青，其性能見表2。

表1　70#A級(jí)的道路石油瀝青性能

表2　50#A級(jí)的道路石油瀝青性能

2.2試驗(yàn)方案

廢舊橡膠粉采用40目的膠粉，將廢舊橡膠粉采用15%、20%、25%、30%四個(gè)等級(jí)，分別加入基質(zhì)瀝青中，采用高速剪切機(jī)對(duì)橡膠瀝青進(jìn)行加工。

2.3試驗(yàn)結(jié)果

橡膠粉摻量對(duì)橡膠瀝青性能的影響試驗(yàn)結(jié)果見表3和圖1。

表3　橡膠瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果

圖1　橡膠粉摻量與橡膠瀝青性能關(guān)系圖

從表3和圖1可看出，摻量對(duì)1#和2#橡膠瀝青的影響基本相同，隨著橡膠粉摻量的增加，1#和2#橡膠瀝青的黏度、軟化點(diǎn)和彈性恢復(fù)隨著增加，針入度逐漸減小，延度先增加后減小，在橡膠粉摻量為25%時(shí)延度都出現(xiàn)了拐點(diǎn)，說明橡膠粉摻量有一個(gè)臨界點(diǎn)，其原因是因?yàn)橄鹉z粉吸附在瀝青的輕質(zhì)組分中，當(dāng)摻量超過一定比例后，就會(huì)出現(xiàn)橡膠粉過剩，導(dǎo)致延度下降。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，推薦橡膠粉的摻量為25%。

3　橡膠粉目數(shù)對(duì)橡膠瀝青性能的影響

3.1原材料

基質(zhì)瀝青1#采用70#A級(jí)的道路石油瀝青，其性能見表1?；|(zhì)瀝青2#采用50#A級(jí)的道路石油瀝青，其性能見表2。

3.2試驗(yàn)方案

采用橡膠粉摻量為25%，廢舊橡膠粉采用20目、40目、60目和80目的膠粉，采用高速剪切機(jī)對(duì)橡膠瀝青進(jìn)行加工。

3.3試驗(yàn)結(jié)果

橡膠粉目數(shù)對(duì)橡膠瀝青性能的影響的試驗(yàn)結(jié)果見表4和圖2。

表4　橡膠瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果

圖2　橡膠粉目數(shù)與橡膠瀝青性能關(guān)系圖

從表4和圖2可看出，橡膠粉目數(shù)對(duì)1#和2#橡膠瀝青的影響基本相同，隨著橡膠粉目數(shù)的增加，橡膠瀝青的針入度逐漸減小，而對(duì)黏度、軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)和延度的影響不大。從試驗(yàn)結(jié)果可知，橡膠粉目數(shù)對(duì)針入度結(jié)果有一定影響，采用多少目的橡膠粉添加進(jìn)瀝青才合適，還要結(jié)合橡膠瀝青混合料的路用性能予以選擇。從性能上看，采用1#基質(zhì)瀝青加工的橡膠瀝青，性能比較好，建議在選擇橡膠瀝青時(shí)，要因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境和使用目的選擇合適的基質(zhì)瀝青。根據(jù)本文的研究需要采用40目的廢舊橡膠粉做為膠粉，采用70#A級(jí)的道路石油瀝青做為基質(zhì)瀝青。

4　結(jié)語

根據(jù)上述的試驗(yàn)結(jié)果，確定橡膠瀝青的配方是基質(zhì)瀝青（70#A級(jí)的道路石油瀝青）：橡膠粉（40目）=75：25。采用該配方對(duì)橡膠瀝青的主要技術(shù)性能進(jìn)行檢驗(yàn)，見表5，其主要技術(shù)指標(biāo)滿足《橡膠瀝青及混合料設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南》［5］中橡膠瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于熱區(qū)（熱區(qū)主要是指《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）A.4.4中的1-3、1-4氣候分區(qū)）的技術(shù)要求。

橡膠瀝青既可以節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，解決了廢舊輪胎堆放、再處理的問題，改善了現(xiàn)有瀝青的性能，順應(yīng)了節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型國(guó)家的目標(biāo)?！?/p>

表5　橡膠瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)

［1］張正甫，劉松玉，蔡光華，魏?jiǎn)⒈?廢舊輪胎在道路工程中的研究進(jìn)展.土木工程學(xué)報(bào)［J］.2015，（S2）：361-368.

［2］State of California Department of Transportation. Asphalt Rubber Usage Guide［S］，2003.

［3］交通部公路科學(xué)研究院.JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［4］交通部公路科學(xué)研究院.JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］交通部公路科學(xué)研究院.橡膠瀝青及混合料設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南［M］.北京：人民交通出版社，2008.