廢橡膠粉細(xì)度對膠粉干法微表處混合料性能的影響

王任翔，葉亞麗，江志遠(yuǎn)，郭金科(.長安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 70064； .山東交通學(xué)院 交通土建工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 5057； .青島市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山東 青島 6600)

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廢橡膠粉細(xì)度對膠粉干法微表處混合料性能的影響

王任翔1，葉亞麗2，江志遠(yuǎn)3，郭金科2
(1.長安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064； 2.山東交通學(xué)院 交通土建工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357； 3.青島市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山東 青島 266100)

針對廢橡膠粉顆粒大小會對膠粉干法微表處性能產(chǎn)生的影響，通過分別摻加40、60、80目廢舊膠粉進(jìn)行微表處室內(nèi)試驗(yàn)，研究膠粉細(xì)度對稀漿混合料的可拌和時(shí)間、黏聚力、濕輪磨耗、輪轍變形試驗(yàn)的寬度變化率等的影響。結(jié)果表明：添加的橡膠粉越細(xì)，微表處稀漿混合料的可拌和時(shí)間越短，早期強(qiáng)度越低；達(dá)到相同性能時(shí)，80目膠粉比40目膠粉干法微表處稀漿混合料的油石比約提高1%～2%；橡膠粉細(xì)度為40～60目時(shí)，微表處混合料水穩(wěn)定性、耐磨耗性和抗輪轍變形性最優(yōu)。

道路工程；膠粉干法微表處；膠粉細(xì)度；耐磨耗性能

0 引 言

作為一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，微表處在處治延緩路面老化、阻止路面滲水、提高路面抗滑性能和彌補(bǔ)路面微小缺陷等方面有著良好的效果，在路面養(yǎng)護(hù)工程中得到廣泛的運(yùn)用；但存在行車噪聲過大、抗磨耗性能不足及耐久性差等缺點(diǎn)，影響了其綜合使用效果[1-6]。考慮到橡膠顆粒獨(dú)有的彈性，將廢舊輪胎膠粉以干法的方式添加進(jìn)微表處稀漿混合料中，與礦料、水泥水化產(chǎn)物和瀝青膜相互交織，形成相互貫通的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)微表處混合料的路用性能，有效降低行車噪聲帶來的環(huán)境污染，理論上是一種可行且經(jīng)濟(jì)的技術(shù)措施。

針對微表處路面降噪，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)展開大量研究并取得了一些成果。孫曉立等開發(fā)了微表處噪聲測試系統(tǒng)，研究微表處噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，解釋了微表處路面噪聲大的原因，驗(yàn)證了適量橡膠粉可提高微表處的柔韌性，顯著降低行車噪聲[7]。董哲等提出采用橡膠粉與聚丙烯纖維復(fù)配方案，并研究了不同橡膠粉摻量對橡膠粉-纖維微表處混合料的施工性能、長期使用性能以及降噪效果的影響，解釋了聚酯纖維和橡膠粉降噪的機(jī)理。鐘建超等提出了低噪微表處的礦料級配及礦料堆積密度優(yōu)化設(shè)計(jì)法，從礦料級配優(yōu)化角度闡述了低噪微表處的設(shè)計(jì)[8]。上述研究通過礦料級配優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅提高了微表處混合料路用性能，還降低了行車噪聲，達(dá)到雙重目標(biāo)，是一種較好的方法，但施工現(xiàn)場集料變異性大，集料分檔少，實(shí)施操作難度較大。凌天清等開展了橡膠顆粒對微表處性能的影響及其降噪效果的研究，分析了添加橡膠顆粒對于微表處水穩(wěn)定性、抗磨耗性等的影響，提出橡膠顆粒的摻量不超過5%，但未分析橡膠顆粒大小對微表處混合料路用性能的影響[9-10]。陳偉等進(jìn)行了橡膠粉干法微表處混合料的性能研究，分析采用60目膠粉時(shí)級配類型、膠粉含量和油石比對路用性能的影響[11]。鄭南翔等采用駐波管裝置測試了12種微表處混合料的吸聲系數(shù)，提出在普通級配設(shè)計(jì)上增加7.1 mm孔篩嚴(yán)格控制集料粒徑分布，并添加1.5%的60目橡膠粉經(jīng)濕法工藝成型的降噪方法[12]。張廣敏分析了微表處噪聲的影響因素，提出級配越粗，微表處噪聲水平越高，微表處表面構(gòu)造深度與噪聲水平呈正相關(guān)關(guān)系，40目膠粉用于改善中級配降噪效果最好，但研究過程未考慮膠粉細(xì)度與噪聲水平的關(guān)系。

基于上述分析，本文通過摻加40、60、80目廢舊膠粉進(jìn)行微表處室內(nèi)試驗(yàn)，研究膠粉細(xì)度對稀漿混合料可拌和時(shí)間、不可施工時(shí)間、黏聚力、濕輪磨耗損失和輪轍寬度變化率等指標(biāo)的影響，為膠粉微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)提供參考。

1 原材料

1.1 改性乳化瀝青

試驗(yàn)用SBR改性乳化瀝青，其指標(biāo)符合《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》規(guī)定的BCR改性乳化瀝青技術(shù)要求，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 改性乳化瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 集料

微表處混合料中集料占了大部分，所以集料質(zhì)量的好壞直接影響試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)用集料為玄武巖，其中有少部分粒徑大于9.5 mm，在試驗(yàn)之前已經(jīng)篩除，主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 集料主要技術(shù)性質(zhì)

1.3 填料

填料采用水泥和廢舊輪胎橡膠粉，水泥的作用主要是調(diào)整稀漿混合料的可拌和時(shí)間、成漿狀態(tài)和成型速度。本試驗(yàn)采用未加入任何添加劑的普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級為42.5，摻量為1.5%(占集料質(zhì)量的百分比)。廢舊橡膠粉的作用主要是降低微表處剛度，增加路面彈性，提高混合料抗水損害和抗磨耗性能。本試驗(yàn)所用廢舊橡膠粉分別為40、60、80目，用量為2%(占集料質(zhì)量的百分比)。

1.4 水

微表處混合料加水的目的是為了滿足拌和時(shí)間以及拌和狀態(tài)的要求，且在滿足要求的情況下盡量減少水的用量。根據(jù)《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》規(guī)定，微表處用水不得含有可溶性鹽類、能引起化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)和其他污染物，一般采用飲用水。用水量多少對稀漿混合料的流動性及試件成型后的密實(shí)性有重要影響。因此，本試驗(yàn)加水量為6%。

2 微表處級配設(shè)計(jì)

按照國際稀漿封層協(xié)會的設(shè)計(jì)方法，采用MS-3型微表處級配要求進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)。試驗(yàn)采用的5～10 mm碎石、3～5 mm碎石、0～3 mm碎石的比例為21∶11∶68，所用級配如表3所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 拌和試驗(yàn)

確定分別采用3種不同目數(shù)橡膠粉的最佳配比，集料、水泥、廢舊橡膠粉、水、改性乳化瀝青的比例為100∶1.5∶2∶6∶16,試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 不同膠粉目數(shù)的拌和試驗(yàn)與黏聚力試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，采用40目膠粉的混合料拌和時(shí)間大于180 s，采用60目膠粉的混合料拌和時(shí)間為140 s，采用80目膠粉的混合料拌和時(shí)間僅為120 s。可見隨著膠粉變細(xì)，可拌和時(shí)間顯著減小，不可施工時(shí)間亦減小。這是由于橡膠粉吸附乳化瀝青的能力比礦料強(qiáng)，40目膠粉的顆粒粒徑較大，相對于60目和80目膠粉的比表面積小得多，吸附的瀝青乳液相對較少，因此只有足夠數(shù)量的乳化瀝青與礦料相結(jié)合，稀漿混合料才不會變黏稠，可拌和時(shí)間較長；相反，80目膠粉顆粒很細(xì)，比表面積較大，分散在混合料中吸附較多的瀝青乳液，在相同的乳化瀝青用量條件下，乳化瀝青與礦料很難結(jié)合，導(dǎo)致混合料黏稠，可拌和時(shí)間和不可施工時(shí)間很短。

3.2 黏聚力試驗(yàn)

黏聚力試驗(yàn)采用與拌和試驗(yàn)相同的配合比，以300 g集料為基準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可以看出，摻加40、60目膠粉30 min和60 min的黏聚力均符合要求，而摻加80目膠粉30 min和60 min的黏聚力結(jié)果則不理想。原因是40、60目膠粉比表面積較小，吸附的乳化瀝青較少，從而保證有充足的乳化瀝青與礦料結(jié)合，使成型后的試件內(nèi)部密實(shí)且表面沒有很厚的油膜，黏聚力值符合要求且試件不開裂；而80目膠粉比表面積較大，吸附了較多的瀝青乳液，很難有充足的乳化瀝青與礦料結(jié)合，因而成型后的試件內(nèi)部不密實(shí)，顆粒松散易脫落，黏聚力值偏低。

3.3 濕輪磨耗試驗(yàn)

濕輪磨耗試驗(yàn)主要用于檢驗(yàn)成型后的稀漿混合料的配伍性和抗水損害能力。濕輪磨耗試驗(yàn)仍然采用與拌和試驗(yàn)相同的配合比，以800 g集料為基準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 不同膠粉目數(shù)的濕輪磨耗試驗(yàn)與負(fù)荷輪黏附砂試驗(yàn)結(jié)果

3.4 負(fù)荷輪黏附砂試驗(yàn)

負(fù)荷輪黏附砂試驗(yàn)仍采用與拌和試驗(yàn)相同的配合比，以500 g集料為基準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5可知，當(dāng)油石比為10%～11%時(shí)，摻加40目和60目膠粉混合料的1 h和6 d的磨耗值比較理想。雖然橡膠顆粒吸附乳化瀝青的能力強(qiáng)，但40目和60目膠粉粒徑較大，比表面積小，吸附的瀝青乳液較少，10%～11%的油石比下有足夠的乳化瀝青與礦料結(jié)合，試件更密實(shí)；80目橡膠粉顆粒粒徑小，比表面積大，大量的瀝青乳液被橡膠顆粒吸附，從而很難有足夠的乳化瀝青與礦料相結(jié)合，導(dǎo)致成型后的試件顆粒松散，吸水嚴(yán)重，磨耗值高。

3.5 輪轍變形試驗(yàn)

輪轍變形試驗(yàn)仍然采用與拌和試驗(yàn)相同的配合比，以500 g集料為基準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同膠粉目數(shù)的微表處輪轍寬度變化率

由圖1可以看出，采用不同目數(shù)的膠粉在不同油石比的情況下，其輪轍寬度變化率均滿足要求。其中摻加40目膠粉的混合料在11%的油石比下寬度變化率最小。這主要是因?yàn)椋?0目膠粉粒徑較大，比表面積相對于60目和80目膠粉要小，吸附的瀝青乳液相對較少，因此有足夠的瀝青乳液與微表處級配礦料結(jié)合，黏結(jié)性好，使得成型后的試件內(nèi)部密實(shí)，抗車轍能力強(qiáng)。摻加60目和80目膠粉的混合料在不同的油石比下所測得的輪轍寬度變化率也符合要求，比摻加40目膠粉的混合料稍大；這主要是因?yàn)?0目和80目膠粉比40目膠粉細(xì)，比表面積大，在相同油石比條件下，吸附的乳化瀝青稍多，使得與礦料結(jié)合的乳化瀝青變少，內(nèi)部黏結(jié)不夠密實(shí)，導(dǎo)致寬度變化率稍大，但也能滿足要求。

4 結(jié) 語

膠粉細(xì)度大小顯著影響微表處稀漿混合料的路用性能。在相同的膠粉摻量下，膠粉越細(xì)，可拌和時(shí)間越短，當(dāng)膠粉細(xì)度達(dá)到80目時(shí)，拌和時(shí)間偏短，影響稀漿混合料成型狀態(tài)；隨著膠粉目數(shù)的增加，微表處混合料的浸水試驗(yàn)1 h、6 d的濕輪磨耗損失均增大，且由于膠粉比表面積、集料界面電荷狀態(tài)等因素，改性乳化瀝青用量隨之增加；適度細(xì)度的廢舊輪胎膠粉改善了微表處的水穩(wěn)定性和耐磨耗性能，基于廢膠粉細(xì)度與膠粉微表處技術(shù)性能研究，最終推薦膠粉細(xì)度為40～60目。由于微表處是道路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的重要技術(shù)手段，所以應(yīng)進(jìn)一步考慮影響微表處性能的各種因素，分析膠粉、纖維或水性環(huán)氧樹脂改性等對微表處的改善效果，以期提高微表處的路用性能和延長路面使用壽命。

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[責(zé)任編輯:杜敏浩]

Effect of Fineness of Crumb Rubber Prepared with Dry Process on Performance of Micro-surfacing

WANG Ren-xiang1, YE Ya-li2, JIANG Zhi-yuan3, GUO Jin-ke2
(1. Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry of Education, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China; 2. School of Transportation and Civil Engineering, Shandong Jiaotong University, Jinan 250357, Shandong, China; 3. Qingdao Communications Planning and Design Institute, Qingdao 266100, Shandong, China)

Aimed at the effect of the fineness of crumb rubber prepared with dry process on the performance of micro-surfacing, different sizes (40 mesh, 60 mesh and 80 mesh) of crumb rubber were applied to conduct the indoor test on the micro-surfacing. The effects of the fineness of the crumb rubber on the mixing time of the slurry mixture, the cohesion, the wet track abrasion and the stability and resistance to compaction test were studied. The results show that the finer the added crumb rubber is, the shorter the mixing time of the slurry mixture is, and the lower early strength it gains; to achieve the same performance, the micro-surfacing slurry mixture prepared with 80 mesh crumb rubber of dry process increases the asphalt-aggregate ratio by 1%-2% comparing to that with 40 mesh crumb rubber; when the fineness of crumb rubber is 40-60 mesh, the stability, abrasion resistance and rutting resistance of the mixture are the best.

road engineering; micro-surfacing with crumb rubber of dry process; fineness of crumb rubber; abrasion resistance

1000-033X(2017)06-0058-04

2017-01-05

交通運(yùn)輸部應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2015 319 817 110)；山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2014EEQ035)

王任翔(1982-)，女，陜西西安人，研究方向?yàn)榈缆饭こ獭?/p>

U418.6

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