橡膠瀝青及瀝青混合料性能研究

劉俊斌 關(guān)陽 熊敏

摘要：為探究橡膠瀝青及瀝青混合料的基本使用性能，基于加大容器法模擬儲存條件，通過針人度、軟化點(diǎn)、177℃旋轉(zhuǎn)粘度及彈性恢復(fù)試驗(yàn)研究橡膠瀝青的性能及儲存穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)所制備的橡膠瀝青7d儲存穩(wěn)定性較好，4種指標(biāo)均滿足江蘇地標(biāo)要求;通過車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)研究橡膠瀝青混合料的使用性能，證明橡膠瀝青混合料使用性能較為優(yōu)異，且滿足江蘇地標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：橡膠瀝青;混合料;性能試驗(yàn)

中圖分類號：U416.217

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

近年來我國高速公路事業(yè)取得長足的進(jìn)步與發(fā)展，而且中共中央、國務(wù)院頒布的《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》對高速公路的發(fā)展提出了更高的要求，其中“綠色發(fā)展節(jié)約集約、低碳環(huán)?！北闶前l(fā)展目標(biāo)之一[1]。然而相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國汽車保有量增長，帶來每年約3億條廢舊輪胎產(chǎn)生量且以8%-10%的速度遞增，預(yù)計(jì)2020年這一數(shù)值將達(dá)2000萬t/a[2]。廢舊輪胎屬于固體廢棄物，具有較強(qiáng)的抗機(jī)械性，長期儲存于露天環(huán)境，不僅占用大量土地面積而且容易滋生蚊蟲、引發(fā)火災(zāi)，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染與生命財(cái)產(chǎn)損失。

為解決廢舊輪胎帶來的“黑色污染”問題，道路科研工作者研發(fā)橡膠改性瀝青技術(shù)，其將廢舊輪胎重新加工成筑路材料橡膠粉，與基質(zhì)瀝青在高溫條件下剪切混溶形成新型瀝青膠結(jié)料，對比應(yīng)用廣泛的SBS改性瀝青技術(shù)，可節(jié)省15%-20%的基質(zhì)瀝青，符合當(dāng)前“綠色環(huán)?！钡陌l(fā)展理念。J L Feiteira Dias[3]采用低溫彎曲試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)研究橡膠改性混合料路用性能，得到橡膠改性的混合料路用性能優(yōu)異;Mena I Souliman[4]等人研究得到改性條件下混合料性能在高溫、低溫、水穩(wěn)、疲勞方面更優(yōu)，且橡膠改性瀝青具有較高的性價(jià)比;Fontes，Liseane P.T.L[5]等人采用室內(nèi)車轍試驗(yàn)對比橡膠瀝青混合料和普通瀝青混合料高溫穩(wěn)定性，研究發(fā)現(xiàn)摻入適量橡膠可有效提高混合料抗車轍能力;游金梅[6]等研究發(fā)現(xiàn)間斷型橡膠瀝青混合料在高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及抗疲勞特性方面均優(yōu)于連續(xù)型橡膠瀝青混合料，但值得注意的是，連續(xù)型級配水穩(wěn)性能更優(yōu)。由此可以看出，橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、溫度敏感性、抗疲勞特性等諸多性能較普通瀝青混合料都有不同程度的提升。因此，本試驗(yàn)擬研究橡膠瀝青及瀝青混合料的使用性能，以期為實(shí)際工程提供借鑒與指導(dǎo)。

1原材料

1.1基質(zhì)瀝青

選用70號基質(zhì)瀝青，主要技術(shù)指標(biāo)見表1所列。

1.2橡膠粉

選用30-80目橡膠粉，其主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

2橡膠瀝青性能研究

本試驗(yàn)選用的基礎(chǔ)配方為基質(zhì)瀝青：橡膠粉：促進(jìn)劑：穩(wěn)定劑=100：20： 2：0.4。促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑均為公司特供材料。

制備工藝為：（1）將基質(zhì)瀝青加熱至180℃;（2）加入膠粉、促進(jìn)劑機(jī)械攪拌40min（轉(zhuǎn)速500r/min）;在180℃下采用剪切機(jī)剪切15min（轉(zhuǎn)速5000r/min）;（3）再加入穩(wěn)定劑剪切5min;（4）剪切完成后，最后攪拌20min。

本試驗(yàn)選取工程常用的瀝青針入度與軟化點(diǎn)試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)粘度、彈性恢復(fù)等試驗(yàn)方法對制備的橡膠瀝青結(jié)合料進(jìn)行高溫性能、低溫性能、彈性恢復(fù)性能等進(jìn)行評價(jià)。同時(shí)考慮到由于橡膠瀝青顆粒間相互作用較弱，儲存過程中易造成離析現(xiàn)象，影響橡膠瀝青的使用性能，為模擬室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室橡膠瀝青實(shí)際儲存條件，采用加大容器法，選用剪切瀝青用1L容器，將橡膠瀝青在常溫條件下分別儲存n（n=0，1，2，3，4，5，6，7）d，測試前先將瀝青在180℃烘箱巾加熱1h，再以500r/min速率機(jī)械攪拌10min，最后澆模測試性能，試驗(yàn)結(jié)果見表3所列、如圖1-4所示。范》（DB 32/T 2286-2012]（以下簡稱“江蘇地標(biāo)”）確定橡膠瀝青技術(shù)要求。

（1）隨著儲存天數(shù)的延長，瀝青針入度不斷增加，增長趨勢先快后慢。儲存前3d，橡膠瀝青針入度增長9.4（0.1mm），而儲存至7d時(shí)，針入度較第3d時(shí)僅增加5.6（0.1mm）。這可能是因?yàn)槟z粉顆粒在高溫反復(fù)加熱下脫硫和裂解反應(yīng)加劇而導(dǎo)致膠粉顆粒體積減小，削弱了膠粉顆粒間的分子作用，進(jìn)而表現(xiàn)為針入度逐漸增加[7]。

（2）隨著儲存時(shí)間延長，橡膠瀝青軟化點(diǎn)先增大后減小，并在1d后達(dá)到峰值。究其原因在于橡膠瀝青的發(fā)育時(shí)間為20min，儲存1d后橡膠瀝青的溶脹和相容作用達(dá)到較為穩(wěn)定的狀態(tài)，并在瀝青中形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而改善瀝青的高溫性能，當(dāng)儲存時(shí)間繼續(xù)延長時(shí)，瀝青中游離的膠粉在重力作用下出現(xiàn)下浮，離析現(xiàn)象明顯，因而表現(xiàn)為軟化點(diǎn)下降。

（3）隨著儲存時(shí)間的延長，瀝青177℃旋轉(zhuǎn)粘度先上升后下降，儲存1d時(shí)達(dá)到峰值。這可能是因?yàn)樵诔跗谀z粉一直吸附瀝青巾的輕質(zhì)油分而溶脹發(fā)育，宏觀上表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)黏度增大，1d后膠粉溶脹到一定程度，吸入輕質(zhì)油分達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)瀝青的溶脹降解起主導(dǎo)作用，且呈現(xiàn)一定可逆性，故旋轉(zhuǎn)粘度不斷下降[8]。

（4）隨著儲存時(shí)間的延長，橡膠瀝青彈性恢復(fù)逐漸下降。瀝青儲存至第7d時(shí)，其彈性恢復(fù)較初始狀態(tài)下降3%，這是由于制備初期，橡膠粉吸收瀝青中的輕質(zhì)組分進(jìn)行溶脹反應(yīng)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物，增強(qiáng)了橡膠瀝青的抗變形能力，后期隨著儲存天數(shù)的增加，游離的橡膠顆粒逐漸沉淀且橡膠瀝青在高溫作用下發(fā)生脫硫反應(yīng)，削弱了分子間的作用力，柔韌性削弱，進(jìn)而表現(xiàn)為彈性恢復(fù)小幅下降。

（5）制備的橡膠瀝青針入度、軟化點(diǎn)、177℃旋轉(zhuǎn)粘度和彈性恢復(fù)指標(biāo)滿足江蘇地標(biāo)要求，并且7d儲存穩(wěn)定性較好。177℃旋轉(zhuǎn)粘度值適中，比較利于混合料施工和易性。在實(shí)際施工時(shí)建議儲存時(shí)間不超過3d。

3混合料性能研究

3.1配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用玄武巖，且粗細(xì)集料全部逐級篩分，采用由石灰石磨細(xì)得到的礦粉作為填料，技術(shù)指標(biāo)均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）巾所處氣候分區(qū)為1-3-2的高速公路、一級公路對表面層材料的質(zhì)量要求。

采用江蘇省地標(biāo)推薦的斷級配橡膠瀝青混合料AR-AC13S的礦料級配，并取級配巾值作為工程試驗(yàn)級配，見表4所列。

參照施工技術(shù)規(guī)范與江蘇地標(biāo)，針對本試驗(yàn)級配選取4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%制備馬歇試件，測試計(jì)算其穩(wěn)定度MS、流值FL、空隙率VV、礦料間隙率VMA、瀝青飽和度VFA、毛體積密度六項(xiàng)指標(biāo)，見表5。通過馬歇爾試驗(yàn)方法，測得混合料的最佳油石比為4.9%。

3.2混合料性能檢驗(yàn)

基于前述橡膠瀝青、混合料級配與最佳油石比，制備混合料進(jìn)行60℃車轍試驗(yàn)、低溫彎曲小梁試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6。由此可知：設(shè)計(jì)的橡膠瀝青混合料的高、低溫性能和水穩(wěn)定性較為優(yōu)異，均滿足江蘇地標(biāo)的要求。

試驗(yàn)結(jié)果由表6可知：設(shè)計(jì)的橡膠瀝青混合料的高、低溫性能和水穩(wěn)定性較為優(yōu)異，均滿足江蘇地標(biāo)的要求。

4結(jié)論

隨著我國交通事業(yè)發(fā)展邁上新的臺階，“綠色交通”成為新目標(biāo)，橡膠瀝青及橡膠瀝青混合料應(yīng)運(yùn)而生且迅速成為研究熱點(diǎn)之一。本試驗(yàn)基于加大容器法模擬實(shí)際儲存條件對橡膠瀝青性能進(jìn)行測定，并通過室內(nèi)試驗(yàn)探究瀝青混合料的使用性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)橡膠瀝青的7d儲存穩(wěn)定性較好，在儲存1d后橡膠瀝青的高溫性能、黏度達(dá)到峰值而后下降，低溫性能、彈性恢復(fù)能力均隨著儲存時(shí)間的延長而降低，建議橡膠瀝青制備后儲存時(shí)間不超過3d;并且橡膠瀝青混合料表現(xiàn)出優(yōu)異的使用性能。

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收稿日期：2020-06-08

作者簡介：劉俊斌（1995-），男，漢族，山東荷澤人，碩士在讀，主要研究方向：道路建養(yǎng)新技術(shù)。