橡膠-硅藻土復(fù)合改性瀝青混合料抗水侵蝕性能研究

陳其龍，覃峰，唐銀青，龐彬

（1.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530216；2.廣西南寧市筑路技術(shù)與筑路材料工程技術(shù)研究中心，廣西 南寧 530000）

0 引言

廢棄橡膠的再生利用是當(dāng)今社會面對的最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。為了滿足不斷提升的材料性能要求，橡膠生產(chǎn)正朝著高強(qiáng)、高低溫穩(wěn)定和抗老化的方向發(fā)展。此外，作為沉積巖的一種，硅藻土是經(jīng)過漫長時間沉積而形成的物質(zhì)，硅藻土具有隔熱、吸聲、孔隙率和熔點(diǎn)較高等特點(diǎn)，同時，硅藻土還具有質(zhì)量輕、比表面積大、分散性和化學(xué)穩(wěn)定性良好、電絕緣和耐磨等特點(diǎn)[1]。陳其龍等[2-8]開展了硅藻精土有關(guān)的路面性能實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)所用的硅藻精土摻量為13%，主要在室內(nèi)進(jìn)行改性瀝青實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，與70#基質(zhì)瀝青混合料相比，瀝青中摻入一定比例的硅藻精土，使瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度等性能得到提高，其中劈裂強(qiáng)度提高了15%；武衛(wèi)莉和陳喆[9]對東北地區(qū)黑河的硅藻巖進(jìn)行了研究，對比不同改性劑的改性效果，采用機(jī)械共混制備硅藻-橡膠復(fù)合材料，通過力學(xué)性能和SEM分析證實(shí)了最適合硅藻土增強(qiáng)的橡膠是氟橡膠、EPDM橡膠和丙烯酸酯橡膠，硅藻土能均勻地分散在這3種橡膠基體中，具有良好的相容性和物理性能。

本試驗(yàn)通過將不同摻量的廢橡膠粉摻入到13%硅藻土改瀝青中，制備橡膠-硅藻土復(fù)合改瀝青，并以不同摻量的橡膠-硅藻土復(fù)合改性瀝青結(jié)合設(shè)計(jì)的級配進(jìn)行橡膠-硅藻土復(fù)合改性瀝青混合料的抗水侵蝕性能研究。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）廢橡膠粉：市售，主要技術(shù)性能如表1所示。

表1 廢橡膠粉的主要技術(shù)性能

（2）硅藻精土：由硅藻土經(jīng)提純后得到硅藻精土，市售，主要技術(shù)性能如表2所示。

表2 硅藻精土的主要技術(shù)性能

（3）瀝青：70＃Esso重交基質(zhì)瀝青，其基本技術(shù)性能如表3所示，其他各項(xiàng)技術(shù)性能均符合JTJ036—2004《公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求。

表3 70＃Esso重交基質(zhì)瀝青的基本技術(shù)性能

（4）礦料：粗、細(xì)集料均為石灰?guī)r，廣西某巖石廠生產(chǎn)，集料的性能均符合JTGE42—2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》要求；礦粉：廣西某公司生產(chǎn)，其主要技術(shù)性能如表4所示。

表4 礦粉的主要技術(shù)性能

1.2 試樣制備

在硅藻精土摻量為13%的改性瀝青中分別摻入11%、13%、15%、17%、19%、21%的廢橡膠粉，制備橡膠-硅藻土復(fù)合改性瀝青。按照J(rèn)TGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法成型試樣，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)為100次，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀如圖1所示。再以4.2%的油石比制備浸水馬歇爾試樣、凍融劈裂試樣及浸水車轍試樣。

1.3 橡膠-硅藻土復(fù)合改性瀝青混合料的礦料級配

結(jié)合工程實(shí)際及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用AC-20級配，如表5所示。

表5 AC-20混合料的礦料級配

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 橡膠-硅藻土復(fù)合改性瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)

采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試樣，冷卻24 h后進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，硅藻精土摻量均為13%，不同廢橡膠粉摻量復(fù)合改性瀝青的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 不同廢橡膠粉摻量復(fù)合改性瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

礦料間隙率是表征瀝青混合料強(qiáng)度和耐久性的重要參數(shù)之一。礦料間隙率偏小，瀝青混合料的耐久性無法保證，將會大大縮短瀝青路面的使用壽命，但VMA過大則會影響混合料的高溫穩(wěn)定性。

由表6可見：

（1）改性瀝青混合料的飽和度大致隨著廢橡膠粉摻量的增加而增大，說明廢橡膠粉的摻入使混合料礦料間的有效瀝青層厚度增加。

（2）廢橡膠粉-硅藻復(fù)合改性瀝青混合料的穩(wěn)定度明顯高于硅藻精土改性瀝青混合料，穩(wěn)定度是反映混合料試件力學(xué)性能的重要指標(biāo)能夠直觀的看到混合料抵抗破壞的能力，也是瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的評價指標(biāo)，廢橡膠粉-硅藻復(fù)合改性瀝青混合料穩(wěn)定度的提高，表明廢橡膠粉作為改性劑在一定程度上提高了混合料的高溫性能。當(dāng)廢橡膠粉摻量為17%時，復(fù)合改性瀝青混合料的穩(wěn)定度達(dá)到最大。

2.2 橡膠-硅藻土復(fù)合改性瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)

按照J(rèn)TGE20—2011，試樣在（60±0.5）℃恒溫水浴中浸泡48 h，測試試樣浸水前后的穩(wěn)定度，并計(jì)算殘留穩(wěn)定度。硅藻精土摻量為13%，不同廢橡膠粉摻量復(fù)合改性瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 不同廢橡膠粉摻量復(fù)合改性瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表7可見，隨著廢橡膠粉摻量的增加，復(fù)合改性瀝青混合料的浸水前后馬歇爾穩(wěn)定度及殘留穩(wěn)定度均呈先增大后減小，當(dāng)廢橡膠粉摻量為17%時達(dá)到最大。說明適量摻入廢橡膠粉能提高混合料的力學(xué)性能。

2.3 橡膠-硅藻土復(fù)合改性瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)

按照J(rèn)TGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行試驗(yàn)，硅藻精土摻量為13%，不同廢橡膠粉摻量復(fù)合改性瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

由表8可以看出：

表8 不同廢橡膠粉摻量復(fù)合改性瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

（1）凍融前后不同廢橡膠粉摻量廢橡膠粉-硅藻復(fù)合改性瀝青的劈裂強(qiáng)度均比單摻硅藻精土改性瀝青混合料大，說明復(fù)合摻入廢橡膠粉改性劑可以有效提高混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度。

（2）隨著廢橡膠粉摻量的增加，復(fù)合改性瀝青混合料的凍融前后劈裂抗拉強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度比均呈先提高后降低。當(dāng)廢橡膠粉摻量為17%時，廢橡膠粉-硅藻復(fù)合改性瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度比達(dá)到最大，較13%硅藻精土改性瀝青混合料的提高了13%。

2.4 橡膠-硅藻復(fù)合改性瀝青混合料的浸水車轍試驗(yàn)

評價瀝青混合料水穩(wěn)定性能方法的除了浸水馬歇爾、凍融劈裂強(qiáng)度之外，還有浸水車轍試驗(yàn)[10]。但JTGE20—2011規(guī)程暫未規(guī)定可通過何種途徑來進(jìn)行浸水車轍試驗(yàn)，由于試驗(yàn)的條件和環(huán)境限制，本試驗(yàn)采取不浸水的浸水車轍試驗(yàn)（測試時試樣不浸水）。通過將常規(guī)成型冷卻的車轍試樣放入預(yù)先準(zhǔn)備好的目標(biāo)水溫（恒溫60℃）中完全浸泡6～12 h，然后將試件分別放入車轍試驗(yàn)機(jī)內(nèi)，車轍儀溫度設(shè)置為（60±1）℃，荷載輪壓為（0.7±0.05）MPa，作用時間60 min。測試45～60 min時間內(nèi)的試樣變形量，計(jì)算該時間段內(nèi)試樣的動穩(wěn)定度。硅藻精土摻量均為13%，不同廢橡膠粉摻量復(fù)合改性瀝青混合料的浸水車轍試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 不同廢橡膠粉摻量復(fù)合改性瀝青混合料的浸水車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表9可知：隨著廢橡膠粉摻量的增加，復(fù)合改性瀝青混合料的變形量呈先減小后增大，動穩(wěn)定度則呈先增大后減小，當(dāng)廢橡膠粉摻量為17%時，復(fù)合改性瀝青混合料的變形最小、動穩(wěn)定度最大；當(dāng)廢橡膠粉摻量不大于19%時，廢橡膠粉-硅藻復(fù)合改性瀝青混合料的變形量小于單摻13%硅藻精土的改性瀝青混合料，動穩(wěn)定度則大于單摻13%硅藻精土的改性瀝青混合料，說明摻入廢橡膠粉可以有效提高混合料的抗變形能力。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)馬歇爾試驗(yàn)可知，13%硅藻精土改性瀝青混合料中摻入廢橡膠粉可使得混合料礦料間的有效瀝青層厚度增加，當(dāng)廢橡膠粉摻量為17%時，復(fù)合改性瀝青混合料的穩(wěn)定度達(dá)到最大。

（2）隨著廢橡膠粉摻量的增加，復(fù)合改性瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度及殘留穩(wěn)定度均呈先增大后減小，當(dāng)廢橡膠粉摻量為17%時達(dá)到最大，說明適量摻入廢橡膠粉能提高混合料的力學(xué)性能。

（3）隨著廢橡膠粉摻量的增加，復(fù)合改性瀝青混合料的凍融前后劈裂抗拉強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度比均呈先提高后降低。當(dāng)廢橡膠粉摻量為17%時，廢橡膠粉-硅藻復(fù)合改性瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度比達(dá)到最大，較13%硅藻精土改性瀝青混合料提高了13%。

（4）隨著廢橡膠粉摻量的增加，復(fù)合改性瀝青混合料的變形量呈先減小后增大，動穩(wěn)定度則呈先增大后減小，當(dāng)廢橡膠粉摻量為17%時，復(fù)合改性瀝青混合料的變形最小、動穩(wěn)定度最大，說明適量摻入廢橡膠粉可以有效提高改性瀝青混合料的抗變形能力。

（5）綜合考慮馬歇爾試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)以及浸水車轍試驗(yàn)，要使橡膠-硅藻復(fù)合改性瀝青混合料達(dá)到最佳的抗水侵蝕性能，13%硅藻精土改性瀝青混合料中的廢橡膠粉的最佳摻量為17%。