廢膠粉改性瀝青及其OGFC混合料高溫性能研究

陳俊彥

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

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廢膠粉改性瀝青及其OGFC混合料高溫性能研究

陳俊彥

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

為研究廢膠粉改性瀝青及其OGFC混合料的高溫性能，采用軟化點試驗、布氏黏度試驗、DSR試驗研究廢膠粉改性瀝青的高溫性能，車轍試驗研究廢膠粉改性瀝青的OGFC混合料高溫性能。結果表明：廢膠粉高溫性能隨廢膠粉摻量的增加更優(yōu)越；廢膠粉摻量增加，OGFC混合料高溫性能提高；將廢膠粉改性瀝青的高溫性能與廢膠粉改性瀝青OGFC混合料高溫性能綜合分析，瀝青高溫性能試驗與廢膠粉改性瀝青OGFC混合料車轍試驗結果整體一致。

廢膠粉改性瀝青；OGFC；高溫性能；廢膠粉摻量

近2年來，隨著“海綿城市”概念的提出，排水性瀝青路面再次成為公路行業(yè)的熱點[1]。傳統(tǒng)的排水性瀝青路面一般用SBS改性瀝青作為膠結料，其原因是SBS改性瀝青擁有高黏性，且高溫性能優(yōu)異。在諸多改性瀝青中，廢膠粉改性瀝青黏度一般在SBS改性瀝青之上，且高溫性能良好；此外，與OGFC瀝青路面共有的特點是[2-3]：①低溫性能好。OGFC除了排水性能優(yōu)異外，抗凍性能也較好；廢膠粉改性瀝青在低溫性能方面非常優(yōu)異，甚至已經(jīng)超過了SBS改性瀝青。②降噪性能好。OGFC自身空隙率大，在車輛行駛時具有優(yōu)異的降噪性能；廢膠粉改性瀝青路面利用廢膠粉顆粒與輪胎接觸時契合也能降噪，而且效果良好。③抗滑性能好。OGFC構造深度大，抗滑性能優(yōu)異；廢膠粉在改性瀝青路面中具有顆粒狀存在的特點，可增大摩阻力，也擁有良好的抗滑性。④級配。廢膠粉改性瀝青最合適的級配為斷級配，而OGFC恰好是斷級配的混合料。在諸多契合點下的廢膠粉改性瀝青OGFC性能將比SBS改性瀝青OGFC下的更加優(yōu)異，但是由于廢膠粉改性瀝青在高溫性能方面有所欠缺，可能會極大影響OGFC的高溫性能。基于此，本文針對廢膠粉改性瀝青OGFC進行研究，測試廢膠粉改性瀝青OGFC的高溫性能與廢膠粉摻量的關系。

國內外對OGFC研究很多，運用技術最成熟的是日本，日本從20世紀70年代開始引進透水性瀝青路面，現(xiàn)在已經(jīng)在研究與規(guī)范上形成了一套完整的體系[4-7]。我國第一條排水性路面鋪筑在杭州金華，通過調查表明OGFC具有減少水薄膜形成、增大摩阻力、減少夜間炫光的作用?，F(xiàn)在，大部分的OGFC都是以SBS改性瀝青作為膠結材料，但是，經(jīng)過對橡膠瀝青的研究發(fā)現(xiàn)，橡膠瀝青也能滿足OGFC對瀝青的要求。

1 試驗材料及試樣制備

1.1 試驗材料

試驗使用的廢膠粉改性瀝青為自制，目數(shù)為80目，摻量分別為5%，10%，15%，20%，25%。70號基質瀝青基本指標見表1；試驗所使用的集料來自山西大同玄武巖，玄武巖基本性能指標見表2；廢膠粉改性瀝青OGFC級配見表3。

表1 70號基質瀝青基本指標

表2 玄武巖基本性能指標

表3 廢膠粉改性瀝青OGFC級配

1.2 廢膠粉改性瀝青制備

第1步，將基質瀝青加熱至180℃，取適量的瀝青備用。第2步，往基質瀝青中加入摻量分別為5%，10%，15%，20%，25%的廢膠粉，邊加入廢膠粉邊用玻璃棒攪拌，溫度控制在180 ℃，攪拌5min后放入180 ℃烘箱中保溫。第3步，用高速剪切儀剪切廢膠粉與基質瀝青，剪切速度為5 000 rad/min，剪切時間為45 min，溫度控制在180 ℃，隨后冷卻瀝青備用。

2 瀝青高溫性能

瀝青高溫性能與瀝青混合料高溫性能有著密切的聯(lián)系，一般來說，瀝青高溫性能越好，混合料高溫性能也越好。本次瀝青高溫性能測試主要分為3部分：①軟化點試驗；②布氏黏度試驗；③車轍因子試驗。

2.1 軟化點試驗

將不同摻量的廢膠粉改性瀝青進行軟化點測試，測試表征高溫性能指標之一的軟化點與廢膠粉摻量的關系。①試驗步驟：參照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》T0606-2011；②試驗溫度：25℃。不同廢膠粉摻量軟化點結果見表4；軟化點與廢膠粉摻量關系如圖1所示。

分析表4與圖1可知：隨廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青軟化點溫度先升高后降低。對數(shù)據(jù)進行3次擬合，廢膠粉改性瀝青軟化點與廢膠粉摻量關系符合3次函數(shù)y=-0.0006x3-0.0084x2+0.9329x+53.8，R2=0.8324。

表4 不同廢膠粉摻量軟化點結果

2.2 布氏黏度試驗

對不同摻量的廢膠粉進行布氏黏度測試，研究布氏黏度隨廢膠粉摻量的變化關系。①試驗步驟：參照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》T0625-2011;②轉子：28號；③試驗溫度：135 ℃；④轉速： 10 rad/s。不同摻量廢膠粉布氏黏度見表5；廢膠粉改性瀝青布氏黏度與摻量關系如圖2所示。

分析表5與圖2可知：隨廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青布氏黏度先增長后減小，并且符合3次函數(shù)y=0.3067x3- 23.3429x2+537.6191x-148，R2=0.9158。隨廢膠粉含量增大，膠粉吸收的瀝青油分越多，廢膠粉改性瀝青越粘稠，布氏黏度越大;當增長到一定的階段，由于廢膠粉顆粒間間距逐漸減小，導致廢膠粉改性瀝青與轉子的剪切阻力逐漸變小，因此廢膠粉改性瀝青布氏黏度會逐漸變小。

表5 不同摻量廢膠粉布氏黏度

2.3 車轍因子試驗

分別測試廢膠粉摻量為5%，10%，15%，20%，25%的廢膠粉改性瀝青的車轍因子，用車轍因子表征瀝青高溫性能。①試驗步驟：參照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》T0628-2011；②試驗溫度分別為：52 ℃、58 ℃、64 ℃、70 ℃。DSR試驗結果見表6；不同溫度下車轍因子與廢膠粉摻量關系如圖3所示。

分析表6與圖3可知：在溫度52 ℃與56 ℃下，隨廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青車轍因子先增大后減?。辉跍囟?4 ℃與70 ℃下，廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青車轍因子持續(xù)增大。當溫度超過64 ℃時，廢膠粉摻量變化對車轍因子影響不明顯，這說明高溫下，廢膠粉摻量這個影響因子對高溫性能影響微弱。

表6 DSR試驗結果 kPa

試驗溫度/℃廢膠粉摻量/%510152025524.3427.2359.26613.25811.147581.8453.1545.2967.4696.347640.9971.2892.0152.4872.547700.5230.5670.9671.2461.313

3 混合料高溫性能

混合料高溫性能研究主要是對上文得出的數(shù)據(jù)進行驗證。表征混合料高溫性能的指標為動穩(wěn)定度，分別對廢膠粉摻量為5%，10%，15%，20%，25%的廢膠粉改性瀝青混合料進行車轍試驗。①試驗步驟：參照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》T0719-2011；②試驗溫度分別為：52 ℃、58 ℃、64 ℃、70 ℃；③試件尺寸：300 mm×300 mm×50 mm；車轍試驗動穩(wěn)定度測試結果見表7；不同溫度廢膠粉摻量與動穩(wěn)定度關系如圖4所示。

分析表7與圖4可知：廢膠粉改性瀝青OGFC中廢膠粉摻量越多，動穩(wěn)定度越大；相同的廢膠粉摻量，溫度越高，動穩(wěn)定度越小。

表7 車轍試驗動穩(wěn)定度 次/mm

試驗溫度/℃廢膠粉摻量/%5101520255236003810404842824210583076336838973931386764256028463197336435127020892326258926662895

綜合上文中的軟化點試驗、布氏黏度試驗、DSR試驗結果可知，廢膠粉改性瀝青中廢膠粉摻量增加，高溫性能整體上會更加優(yōu)異；將DSR試驗與車轍試驗對比，車轍因子與廢膠粉改性瀝青中廢膠粉摻量關系和動穩(wěn)定度與廢膠粉改性瀝青中廢膠粉摻量關系基本保持一致，但是在廢膠粉摻量為25%這個點上會有差別，因此，可認為車轍因子可以大致反應瀝青的高溫性能。

4 結論

通過軟化點試驗、布氏黏度試驗、DSR試驗與車轍試驗，對廢膠粉改性瀝青與廢膠粉改性瀝青混合料的高溫性能進行研究，得出以下結論：

1)隨廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青軟化點和布氏黏度先增加后減小。廢膠粉含量增大，膠粉吸收的瀝青油分越多，廢膠粉改性瀝青越粘稠，布氏黏度越大；當增長到一定的階段，由于廢膠粉顆粒間間距逐漸減小，導致廢膠粉改性瀝青與轉子的剪切阻力逐漸變小。

2)在溫度為52 ℃與58 ℃下，隨廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青車轍因子先增大后減?。辉跍囟葹?4 ℃與70 ℃下，隨廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青車轍因子持續(xù)增大。廢膠粉改性瀝青OGFC中廢膠粉摻量越多，動穩(wěn)定度越大；相同的廢膠粉摻量，溫度越高，動穩(wěn)定度越小。

3)摻入廢膠粉的改性瀝青及OGFC混合料，其高溫性能可得到改善。

[1] 李蘭軍. 膠粉OGFC瀝青路面的研究[J].市政技術,2010,28(4):148-149.

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[5] 崔亞楠,邢永明,王嵐,等.廢膠粉改性瀝青改性機理[J].建筑材料學報，2011,14(5):634-638.

[6] 肖敏敏，丁文勝.助劑活化廢膠粉改性瀝青性能機理研究[J].公路，2010(3):164-168.

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(責任編輯 吳鴻霞)

Study on High Temperature Properties of Crumb Rubber Modified Asphalt and Its OGFC Mixture

ChenJunyan

(Shanxi Transportation Research Institute,Taiyuan Shanxi 030006)

In order to study the high temperature performance of crumb rubber modified asphalt and OGFC mixture,the high temperature performance and rutting test of crumb rubber modified asphalt was studied by softening point test, Brinell viscosity test and DSR test.The high temperature performance of crumb rubber modified asphalt OGFC mixture was studied by rutting test.The results showed that the high temperature performance of waste rubber powder was better than that of the waste rubber powder.With the increase of waste rubber powder content,the high temperature performance of OGFC mixture was improved.The high temperature performance of crumb rubber modified asphalt and the high temperature performance of crumb rubber modified asphalt OGFC mixture were analyzed.The results showed that the high temperature performance of asphalt mixture was consistent with the test results of crumb rubber modified asphalt OGFC mixture.

crumb rubber modified asphalt;OGFC;high temperature performance;waste rubber powder content

2017-03-30

陳俊彥，工程師，本科。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.03.012

U416.2

A

2095-4565(2017)03-0052-04