膠粉維他改性瀝青混合料路用性能研究

王 鐵 慧

(天津市交通工程技工學(xué)校，天津 300252)

膠粉維他改性瀝青混合料路用性能研究

王 鐵 慧

(天津市交通工程技工學(xué)校，天津 300252)

廢舊輪胎造成的環(huán)境污染受到廣泛關(guān)注，為了研究廢舊輪胎橡膠粉在瀝青混合料中的合理應(yīng)用，將橡膠粉及維他連接劑摻加至普通基質(zhì)瀝青中，采用馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)，通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)膠粉維他瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，最后采用Cooper四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)儀進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果與普通瀝青混合料和SBS瀝青混合料進(jìn)行了對(duì)比.結(jié)果表明：膠粉維他改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、疲勞特性均顯著提高，有較好的路用性能.

廢橡膠粉；維他連接劑；復(fù)合改性；瀝青混合料；路用性能

0 引 言

目前，廢舊的輪胎造成的環(huán)境污染已成為一個(gè)不可被忽視的發(fā)問(wèn)題.隨著人們生活水平的不斷提高，家用汽車(chē)數(shù)量持續(xù)不斷增加，每一年都會(huì)產(chǎn)生很多的廢舊輪胎，如何更好處理或者說(shuō)利用這些廢舊輪胎已經(jīng)成了全世界尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家的一個(gè)很?chē)?yán)重的社會(huì)問(wèn)題，我國(guó)也面臨著大量廢舊輪胎的處理問(wèn)題.研究發(fā)現(xiàn)輪胎中含有天然橡膠、SBR等高分子聚合物和一些其他成分，把這些材料加入到瀝青中往往可以改變其性能，既處理了廢棄物又可以使瀝青改性，大大提高了廢物利用率[1].隨著各國(guó)研究的深入和技術(shù)的成熟，越來(lái)越多的道路使用廢膠粉改性瀝青[2].同普通的膠粉添加及其混合料的生產(chǎn)相比，膠粉維他復(fù)合改性劑優(yōu)點(diǎn)：施工操作簡(jiǎn)單、降低施工所需溫度以及實(shí)現(xiàn)采用膠粉的廢物利用、節(jié)能環(huán)保的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值[3].

本文將一種新型的膠粉維他復(fù)合改性劑，該新型改性劑由膠粉、維他連接劑(TOR)和化學(xué)助劑、填充料等主要成分組成，按比例成型為復(fù)合型粒狀改性劑.復(fù)合改性劑顆粒內(nèi)含有維他(TOR)連接劑，其具有的化學(xué)改性方式使膠粉維他復(fù)合改性劑適合干拌方法生產(chǎn)的膠粉維他改性瀝青混合料.本文將橡膠粉及維他連接劑摻加至普通基質(zhì)瀝青中，采用馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)，通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)膠粉維他瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，最后采用四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)儀進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)，分析研究了膠粉維他改性瀝青混合料的路用性能.

1 膠粉維他改性混合料配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

試驗(yàn)采用70#基質(zhì)瀝青.本文研究的是一種新的膠粉復(fù)合改性劑，是由膠粉、TOR和化學(xué)助劑等成分組成.采用20目的橡膠粉，摻量為20%，TOR摻量4.5%，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示.粗集料、細(xì)集料、礦粉各性能指標(biāo)和篩分試驗(yàn)結(jié)果如表2和表3所示，均符合[4][5]的技術(shù)要求.

表1 試驗(yàn)結(jié)果

表2 原材料各性能指標(biāo)

表3 篩分試驗(yàn)結(jié)果

1.2 配合比設(shè)計(jì)

通過(guò)EXCEL規(guī)劃設(shè)計(jì)，10～15 mm、5～10 mm、3～5 mm碎石、石屑、礦粉的比例為30∶26∶5∶35∶4.合成級(jí)配如下表4所示：

表4 合成級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果

預(yù)選油石比4.2%、4.5%、4.8%、5.1%進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn).AC-13膠粉瀝青及膠粉維他改性瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表5中所示.

表5 AC-13膠粉瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖1 各種條件下的油石比

根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，可以得出混合料的最佳油石比為4.8%.

2 膠粉維他改性混合料路用性能研究

2.1 高溫穩(wěn)定性

評(píng)價(jià)穩(wěn)定性的方法有很多，本文采用的是車(chē)轍試驗(yàn)法.膠粉維他改性瀝青混合料的車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果如表6中所示.

表6 膠粉維他改性瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

由表6可以非常直觀的看出，膠粉維他改性劑的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度明顯比普通AC-13瀝青混合料和SBS瀝青混合料高，比前者高5倍左右，比后者高大約33.6%，有效地說(shuō)明了膠粉維他改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性要好的多.

2.2 低溫抗裂性

本文采用低溫彎曲試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能.三種瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果如表7所示.

表7 膠粉維他改性瀝青混合料-10℃低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

瀝青混合料的破壞應(yīng)變?cè)酱螅f(shuō)明瀝青混合料的低溫性能越好.由表7可知，膠粉維他改性瀝青混合料要比SBS瀝青混合料的破壞應(yīng)變提高了46.9%，比普通AC-13瀝青混合料提高了113%，說(shuō)明膠粉維他改性瀝青混合料具有更好的低溫性能.

2.3 水穩(wěn)定性

本文采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)兩種方法來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性.

2.3.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

三種混合料浸水殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如表8所示.

表8 膠粉維他改性瀝青混合料浸水殘留穩(wěn)定度

由表8中可知，膠粉維他改性瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度與SBS改性瀝青混合料僅差0.5%，相差不多，說(shuō)明摻入膠粉維他復(fù)合改性劑后，不影響瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度，對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性起積極作用.

2.3.2 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果如表9中所示，試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范大于80%要求.

表9 膠粉維他改性瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

從表9可看出，膠粉維他改性瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度略高于SBS改性瀝青混合料，說(shuō)明摻入膠粉維他改性劑后，對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性能起積極的改善作用.膠粉維他改性瀝青混合料具有較好的水穩(wěn)定性能，這是因?yàn)槟z粉維他改性瀝青具有較大的粘度，有利于抵抗水的置換；另外，膠粉維他改性劑在瀝青中吸收瀝青的輕質(zhì)組分而溶脹，使瀝青質(zhì)和膠質(zhì)等酸性組分相對(duì)增加，有利于膠粉瀝青與礦料的粘附.

2.4 疲勞性能

疲勞試驗(yàn)采用Cooper四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)儀，試驗(yàn)對(duì)成品剪切制備的復(fù)合改性的膠粉改性瀝青的瀝青混合料進(jìn)行橫向?qū)Ρ绕谛阅?，研究膠粉維他復(fù)合改性劑對(duì)膠粉改性瀝青混合料疲勞性能的影響.具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表10.

表10 三種瀝青混合料疲勞試驗(yàn)結(jié)果

疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明：膠粉維他改性瀝青混合料比SBS改性瀝青混合料的疲勞壽命增長(zhǎng)了37.2%～76%，比普通AC-13瀝青混合料增長(zhǎng)了2～3倍，尤其是在低應(yīng)變水平下疲勞壽命有大幅度地提高，有較優(yōu)越的抗疲勞性能.

3 結(jié) 論

本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了摻加膠粉復(fù)合改性劑后膠粉維他改性瀝青混合料的路用性能，結(jié)果如下：

(1)車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果表明，膠粉維他改性劑的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度明顯高于普通AC-13瀝青混合料和SBS瀝青混合料，表明膠粉維他改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性較好.

(2)低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明，膠粉維他改性瀝青混合料要比SBS瀝青混合料的破壞應(yīng)變提高了46.9%，比普通AC-13瀝青混合料提高了113%，說(shuō)明膠粉維他改性瀝青混合料具有很好的低溫性能.

(3)浸水馬歇爾、凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表明，膠粉維他改性瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度與SBS改性瀝青混合料相差不多，凍融劈裂強(qiáng)度略高于SBS改性瀝青混合料且二者均顯著高于普通瀝青混合料.表明摻入膠粉維他改性劑后，瀝青混合料的水穩(wěn)定性能夠顯著改善.

(4)疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明，膠粉維他改性瀝青混合料比SBS改性瀝青混合料的疲勞壽命增長(zhǎng)了37.2%～76%，比普通AC-13瀝青混合料增長(zhǎng)了2～3倍，尤其是在低應(yīng)變水平下疲勞壽命有大幅度地提高，有較優(yōu)越的抗疲勞性能.

[1]易廷友.橡膠瀝青及混合料在道路工程中的應(yīng)用研究[D].重慶交通大學(xué),2013

[2]李明亮.廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究[D].大連理工大學(xué),2007

[3]壽瑞軍,蘇祥龍.改性瀝青混合料及施工技術(shù)探討[J].科技視界,2012,30:401+437

[4]交通運(yùn)輸部公路科學(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

[5]交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.JTG E42—2005,公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2005

StudyonRoadPerformanceofVitaRubberModifiedAsphaltMixture

WANGTie-hui

(Tianjin traffic engineering technical school,Tianjin 300252,China)

Environmental pollution caused by waste tires has been widely concerned,in order to study the reasonable application of waste tire rubber powder in asphalt mixture,in this paper,the rubber powder and Vita binder are added to the common matrix asphalt,the mix proportion design was carried out by Marshall compaction test,the high temperature stability,low temperature crack resistance and water stability of crumb rubber asphalt mixture were studied by means of rutting test,low temperature bending test,immersion Marshall test and freeze-thaw splitting test,finally,the fatigue test was carried out by Cooper four point bending fatigue tester,the test results are compared with those of the ordinary asphalt mixture and SBS asphalt mixture.The results show that the high temperature stability,low temperature crack resistance,water stability and fatigue property of modified asphalt mixture of crumb rubber modified asphalt mixture are significantly improved,and the pavement performance is better.

waste rubber powder；Vita binder；compound modification；asphalt mixture；road performance

2017-04-23

王鐵慧(1968-)，女，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，從事測(cè)量專(zhuān)業(yè)理論及實(shí)訓(xùn)技術(shù)研究.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.03.004

TU435

A