廢舊輪胎橡膠對(duì)瀝青混合料路用性能影響

蔣方聽

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

0 前言

瀝青路面具有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和韌性，所以在我國道路建設(shè)運(yùn)用中十分廣泛。在國內(nèi)，汽車每年都會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊輪胎。將其放在自然環(huán)境中，會(huì)占用和浪費(fèi)有限的土地資源。如果采取燃燒的手段處理，會(huì)產(chǎn)生大量的有毒物質(zhì)并污染空氣。

目前，國內(nèi)許多學(xué)者對(duì)橡膠顆粒在瀝青混合料的改性機(jī)理和性能影響有了較為深入的研究。比如浙江大學(xué)的吳中華[1]等學(xué)者。但大部分研究學(xué)者只是研究了一種橡膠顆粒在特定摻量下對(duì)試件的改性機(jī)理和效果。在不同添加劑量和不同目數(shù)條件下，橡膠顆粒的作用機(jī)理及改性效果研究較少。本課題旨在研究我國生產(chǎn)且常用的A類（10目）、B類（30目）和C類（50目）三種橡膠顆粒，在不同摻量下對(duì)試件的改性效果。對(duì)橡膠顆粒在瀝青混合料摻量選擇應(yīng)用中，具有重要指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)組織方案

本課題研究A類（10目）、B類（30目）和C類（50目）三種橡膠顆粒，在摻量分別為13%、15%、17%、19%和21%的條件下（橡膠摻量為橡膠顆粒質(zhì)量與瀝青質(zhì)量之比），對(duì)混合料的改性效果。先將橡膠顆粒摻加到70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青中。待兩者混合均勻后與集料進(jìn)行拌合。為使得橡膠顆粒在基質(zhì)瀝青中分布均勻，不產(chǎn)生離析現(xiàn)象，本研究先將加熱好的基質(zhì)瀝青放入到高速剪切儀拌鍋中，溫度調(diào)節(jié)至170℃。再將橡膠顆粒放入到拌鍋中，用玻璃棒攪拌均勻，然后打開高速剪切儀，速度調(diào)節(jié)至1500r/min，攪拌60min。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果與分析

本研究以凍融劈裂強(qiáng)度比TSR為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究在不同摻量下，不同目數(shù)的橡膠顆粒對(duì)瀝青混合料的改性效果和改性機(jī)理。本試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件。試件成型后放在-18℃的凍藏室儲(chǔ)存48h，隨后取出放在60℃的水箱保溫30min。測試并計(jì)算凍融前后試件的強(qiáng)度比值，即TSR。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 TSR與橡膠摻量關(guān)系

由圖1可以看出，隨著橡膠顆粒含量的增加，三組試件的TSR均有所提高。這說明本研究采用的三種橡膠顆粒，均能夠提高試件的水穩(wěn)定性能。添加A類（10目）橡膠顆粒的試件，在其摻量為17%時(shí)，試件的TSR為95.2%。當(dāng)橡膠顆粒的摻量增加時(shí)，其TSR又相對(duì)于摻量為17%的試件有所降低。所以添加A類橡膠顆粒的試件，在摻量為17%時(shí)，其TSR達(dá)到最大值，此時(shí)試件的水穩(wěn)定性能相對(duì)較優(yōu)。添加B類（30目）橡膠顆粒的試件，在其摻量為17%時(shí)，試件的TSR為93.6%，其TSR又相對(duì)于摻量為17%的試件有所降低。所以添加B類橡膠顆粒的試件，在摻量為17%時(shí)，其TSR達(dá)到最大值，此時(shí)試件的水穩(wěn)定性能相對(duì)較優(yōu)。添加C類（50目）橡膠顆粒的瀝青混合料試件，在其摻量為19%時(shí)，試件的TSR為97.8%，當(dāng)橡膠顆粒的摻量增加時(shí)，其TSR又相對(duì)于摻量為19%的試件有所降低。所以添加C類橡膠顆粒的試件，在其摻量為19%時(shí)，其TSR達(dá)到最大值，此時(shí)試件的水穩(wěn)定性能相對(duì)較優(yōu)。

三組橡膠瀝青混合料試件的TSR，均有不同程度的提升。這是因?yàn)檫m量的橡膠顆粒能夠在瀝青混合料中攪拌均勻，使兩者融合充分。橡膠顆粒能夠填充在混合料的空隙當(dāng)中，試件更加密實(shí)。所以試件的TSR有所提高。當(dāng)橡膠顆粒的摻量達(dá)到一定值時(shí)，試件的TSR開始略有降低。這是因?yàn)楫?dāng)橡膠顆粒摻入過多時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“團(tuán)聚”現(xiàn)象，橡膠顆粒難以分散均勻,使得改性效果降低。

2.2 疲勞試驗(yàn)結(jié)果與分析

本研究按照規(guī)范[2]要求，采用小梁彎曲疲勞試驗(yàn)。以疲勞壽命（加載次數(shù)）為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究在不同摻量下，不同目數(shù)的橡膠顆粒改性效果。試驗(yàn)應(yīng)變控制為400μm，加載頻率為15Hz，加載方式為四分點(diǎn)加載。試件尺寸為400mm×60mm×50mm。疲勞壽命測試結(jié)果見圖2。

圖2 疲勞壽命與橡膠摻量關(guān)系

由圖2中可知，三組試件的疲勞壽命均有所提高。說明三種橡膠顆粒，均能夠提高試件的抗疲勞性能。添加A類橡膠顆粒的試件，在其摻量為17%時(shí)，其疲勞壽命為64427次。當(dāng)摻量升高時(shí)，其疲勞壽命相對(duì)于摻量為17%的試件有所降低。所以添加A類橡膠顆粒的試件，在其摻量為17%時(shí)，其抗疲勞性能相對(duì)較優(yōu)。添加B類橡膠顆粒的試件，在其摻量為19%時(shí)，其疲勞壽命為58724次，當(dāng)其摻量增加時(shí)，其疲勞壽命相對(duì)于摻量為19%的試件有所降低。所以添加B類橡膠顆粒的試件，在其摻量為19%時(shí)，其抗疲勞性能相對(duì)較優(yōu)。添加C類橡膠顆粒的試件，在摻量為19%時(shí)，試件的疲勞壽命為61285次，當(dāng)摻量增加時(shí)，其疲勞壽命相對(duì)于摻量為19%的試件有所降低。所以添加C類橡膠顆粒的試件，在其摻量為19%時(shí)，抗疲勞性能相對(duì)較優(yōu)。

三組試件的疲勞壽命，均有所提升。這是因?yàn)檫m量的橡膠顆粒能夠在瀝青混合料中與瀝青進(jìn)行充分融合，從而使得橡膠顆粒發(fā)生溶脹，產(chǎn)生一定的粘性和可塑性。讓瀝青與集料的粘結(jié)更加密實(shí)，所以試件的抗疲勞性能有所提高。當(dāng)橡膠顆粒的摻量過多時(shí)，試件的疲勞壽命開始降低。其原因與摻入過多橡膠顆粒，試件的水穩(wěn)定性能變化機(jī)理一致。

3 結(jié)論

本文通過Marshall試驗(yàn)和小梁彎曲疲勞試驗(yàn)，對(duì)比研究了三種橡膠顆粒的改性效果和機(jī)理，主要得出以下結(jié)論：

（1）本研究采用的三種橡膠顆粒，在適合摻量條件下，均能夠有效提高試件的水穩(wěn)定性和抗疲勞性能。

（2）添加A類橡膠顆粒的瀝青混合料試件，在其摻量為17%時(shí)，試件的疲勞壽命為64427次，此時(shí)試件的抗疲勞性能相對(duì)較優(yōu)。

（3）添加C類橡膠顆粒的瀝青混合料試件，在其摻量為19%時(shí)，試件的TSR為97.8%，在三組試件中達(dá)到最大值，此時(shí)試件的水穩(wěn)定性能相對(duì)較優(yōu)。

（4）當(dāng)橡膠顆粒摻入過多時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“團(tuán)聚”現(xiàn)象，橡膠顆粒難以分散均勻,使得改性效果不夠明顯，其混合料的路用性能開始降低。

[1]吳中華.橡膠粉改性瀝青及混合料路用性能研究[D].浙江大學(xué),2013.

[2]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.