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      廢舊輪胎橡膠對(duì)瀝青混合料路用性能影響

      2018-04-20 11:50:51蔣方聽
      四川水泥 2018年4期
      關(guān)鍵詞:抗疲勞橡膠壽命

      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.

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