路面廢橡膠塑料高黏改性瀝青研究

楊霞，陳怡宏，崔立龍，伍任雄

（1重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶 400015；2重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074）

0 引言

隨著我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展，人們對(duì)路面的要求越來(lái)越高[1]。透水瀝青面層（OGFC）具有防滑、降噪性能優(yōu)越、施工方便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到重視[2-3]。OGFC的路面結(jié)構(gòu)相比普通路面對(duì)瀝青與石料的黏結(jié)能力提出了更高的要求[4-6]，往往需要采用高黏度瀝青來(lái)滿足其使用性能和耐久性要求[7-9]，目前OGFC所需高黏度改性瀝青多為進(jìn)口。本研究采用廢橡塑高黏改性瀝青作為透水瀝青路面膠結(jié)料，理論實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐證明OGFC能夠達(dá)到建設(shè)工程對(duì)高黏度改性瀝青的要求，在公路瀝青路面建設(shè)中推廣性較好。

表1 廢膠粉的物化性能

表2 廢塑料的基本性能

表3 改性瀝青混凝土制備

1 原材料及制備

1.1 原材料

（1）基質(zhì)瀝青：采用市售殼牌70#瀝青。

（2）橡膠粉：混合橡膠粉包括天然橡膠屑和廢舊輪胎，顆粒細(xì)度30目，物化性能見(jiàn)表1。

（3）廢塑料：熱塑性樹(shù)脂PP，基本性能見(jiàn)表2。

（4）集料：粗集料和細(xì)集料為重慶地區(qū)出產(chǎn)的碎石。

1.2 制備方式

采用濕法制備改性瀝青：首先按比例準(zhǔn)確稱量混合橡膠粉所需各組分的質(zhì)量，將各組分橡膠混合后加入到190℃的基質(zhì)瀝青中，加入的同時(shí)進(jìn)行低速攪拌，一段時(shí)間后用高速剪切儀剪切攪拌60min，即可制得改性瀝青。按比例與粗細(xì)集料攪拌、澆筑、成型瀝青混凝土試件。技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 高溫穩(wěn)定性

采用室內(nèi)小型往復(fù)式車(chē)轍試驗(yàn)JTG E20-2011 T0703：按標(biāo)準(zhǔn)成型瀝青試件，實(shí)驗(yàn)溫度60℃，試驗(yàn)輪頻率42±1次/min，測(cè)定試塊隨時(shí)間的變形量。

2.2 低溫抗裂性

按照瀝青混合料彎曲試驗(yàn)規(guī)程JTG E20-2011 T0715進(jìn)行：試驗(yàn)溫度為-10℃，加載速率為50mm/min，試件尺寸30mm×35mm×250mm，跨徑為200mm。

2.3 水穩(wěn)定性

（1）瀝青與集料粘附性試驗(yàn)：水煮法和水浸法按照J(rèn)TG E20-2011執(zhí)行。

（2）浸水馬歇爾試驗(yàn)：按照J(rèn)TG E20-2011 T0709執(zhí)行。

（3）凍融劈裂試驗(yàn)：按照J(rèn)TG E20-2011 T0729執(zhí)行。

2.4 滲水系數(shù)

采用路面滲水儀進(jìn)行試驗(yàn)，按照J(rèn)TG E20-2011 T0730執(zhí)行。

3 結(jié)果及討論

3.1 高溫穩(wěn)定性

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 OGFC混合料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果（單位：次/mm）

由表4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：OGFC混合料的動(dòng)穩(wěn)定度平均值為3240次/mm，可以滿足規(guī)范對(duì)重要交通路段的要求。

3.2 低溫抗裂性

OGFC混合料試件的抗彎拉強(qiáng)度及應(yīng)變見(jiàn)表5。

[66]U Nu, Burma Looks Ahead: Translation of Selected Speeches by the Hon’ble U Nu from 19th July 1951 to 4th August 1952. Rangoon, Government printing and Stationary, 1953, p. 98.

表5 OGFC瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

一般來(lái)說(shuō)，抗彎拉強(qiáng)度對(duì)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能的影響最關(guān)鍵，抗彎拉強(qiáng)度與其在低溫下抗破壞及抗裂能力呈正相關(guān)性；對(duì)于彈塑性材料來(lái)說(shuō)，彈塑性限度內(nèi)破壞彎拉應(yīng)變?cè)酱?，結(jié)構(gòu)破壞時(shí)產(chǎn)生的形變量越大，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的低溫抗裂性能越好。由表5可知：OGFC混合料的抗彎拉強(qiáng)度較小，但破壞彎拉應(yīng)變較大。一方面因?yàn)楦男詾r青混合料的黏度較高，在其破壞強(qiáng)度限度內(nèi)能產(chǎn)生較大的形變；另一方面是因?yàn)镺GFC混合料內(nèi)部空隙率較大，在受到外力時(shí)內(nèi)部空隙被壓縮是其發(fā)生變形的主要原因。

3.3 水穩(wěn)定性

3.3.1 瀝青與集料粘附性試驗(yàn)

（1）水煮法試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：集料表面的橡膠瀝青分布均勻，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的脫落現(xiàn)象，說(shuō)明瀝青與集料的粘附性能較好，根據(jù)表6評(píng)定粘附性等級(jí)5級(jí)。

表6 瀝青與集料粘附性等級(jí)

（2）經(jīng)過(guò)水浸試驗(yàn)后，橡膠瀝青膜在集料表面牢固粘附保存完整，基本上沒(méi)有剝落現(xiàn)象，根據(jù)表6評(píng)定粘附性等級(jí)5級(jí)。

水煮法與水浸法的試驗(yàn)結(jié)果均表明改性瀝青對(duì)集料具有良好的膠結(jié)能力，穩(wěn)定性好，有利于OGFC的耐久性，適合路面工程使用。

3.3 .2浸水馬歇爾試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 OGFC混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3.3 .3凍融劈裂試驗(yàn)

凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 OGFC混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn) （表7和表8），OGFC混合料具有較好的穩(wěn)定性和良好的抗凍融能力，其馬歇爾殘留穩(wěn)定度達(dá)92.3%，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比為86.2%，說(shuō)明OGFC具有良好的穩(wěn)定性和耐久性，能滿足規(guī)范要求。

3.4 滲水系數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 高黏改性瀝青OGFC路面滲水系數(shù)試驗(yàn)

由滲水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果（表9）可知：高黏改性瀝青OGFC的透水能力極強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于密級(jí)配瀝青混凝土與SMA混合料的參數(shù)要求。在保證一定強(qiáng)度和耐久性的條件下可以輕易將路面水排走，防止積水或水膜形成。一方面避免了OGFC長(zhǎng)時(shí)間浸泡導(dǎo)致的材料提前老化，性能降低；另一方面保證路面干燥，防止車(chē)輪遇到積水或冬天路面結(jié)冰打滑，有利于行車(chē)安全。

4 工程實(shí)例

某工程采用廢橡塑高黏改性瀝青OGFC進(jìn)行施工建設(shè)。通過(guò)利用廢塑料廢橡膠為瀝青改性劑制備橡塑高黏改性瀝青代替進(jìn)口高黏瀝青用于OGFC，使資源得到了循環(huán)利用，綠色環(huán)保，同時(shí)有效降低了生產(chǎn)成本。通過(guò)工程實(shí)踐檢驗(yàn)，廢橡塑高黏改性瀝青OGFC材料技術(shù)在該類路面建設(shè)工程中具有良好的推廣價(jià)值。

5 結(jié)論

（1）廢橡塑改性瀝青OGFC混合料的動(dòng)穩(wěn)定度平均值達(dá)3240次/mm，馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強(qiáng)度比分別為92.3%和86.2%，滲水系數(shù)為1264ml/min。廢橡塑改性瀝青OGFC混合料具有強(qiáng)度可觀、水穩(wěn)定好、耐久性好、滲水性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足規(guī)范對(duì)工程的要求。

（2）廢橡塑改性瀝青OGFC混合料的抗彎拉強(qiáng)度較小，但破壞彎拉應(yīng)變較大。改性瀝青混合料的高黏度可能導(dǎo)致其破壞強(qiáng)度限度內(nèi)能產(chǎn)生較大的形變，另一方面OGFC混合料內(nèi)部空隙率較大，在受到外力時(shí)內(nèi)部空隙被壓縮是其發(fā)生變形的主要原因。因此，用破壞彎拉應(yīng)變指標(biāo)來(lái)檢驗(yàn)OGFC混合料的低溫性能可能不夠準(zhǔn)確，在以后的研究中值得關(guān)注。

（3）廢橡塑改性瀝青OGFC混合料的透水系數(shù)很高，可將路面水高效排走，避免路面積水和低溫凍害，適合西南地區(qū)潮濕多雨的氣候條件，但必須下設(shè)不透水層，將水從路面結(jié)構(gòu)兩側(cè)排走，防止產(chǎn)生路面水損害。

（4）廢橡塑改性瀝青利用了廢棄的橡膠和塑料，有利于降低成本，資源回收利用和環(huán)保建設(shè)，在實(shí)際工程運(yùn)用中取得了良好的環(huán)保價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。