橡胶沥青相关性能的试验研究

2014-04-26郑建伟何晓鸣

武汉轻工大学学报 2014年2期

郑建伟，何晓鸣

(武汉轻工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉430023)

将废旧轮胎以橡胶粉的形式加入沥青或是混合料中，制备改性沥青，在道路工程中应用具有重要意义。轮胎橡胶粉在公路工程中特别是沥青混凝土路面中的应用在国外已经有50多年的历史，橡胶粉改性沥青路面相对于普通沥青路面，在延缓反射裂缝、耐用性、抵抗不良气候、使用寿命等方面都有很大优势［1］。不仅如此，橡胶粉沥青的应用还能减少废旧轮胎的环境污染。笔者主要通过橡胶粉沥青的相关试验，分析研究橡胶粉沥青的相关性能指标。

1 试验原材料

原材料为江西省公路物资储运总站生产提供的AH-70#道路石油沥青，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)进行检验，所得检验结果见表1。

表1 AH-70#道路石油沥青质量检验结果

采用轮胎橡胶粉与基质沥青在实验室用沥青混合料拌和机制备成橡胶沥青，轮胎橡胶粉为江西华友投资发展有限公司生产的80目斜交胎轮胎橡胶粉。试验准备:轮胎橡胶粉散开铺平，然后风干，用0.6 mm筛筛选，收集整理好备用，把基质沥青装在不锈钢沥青取样桶里，放在砂浴电炉加热至200℃。与此同时，将沥青混合料拌和机加热控温到180℃，倒入基质沥青，一边加入轮胎橡胶粉一边搅拌，搅拌机高温高速搅拌混炼45 min，橡胶沥青即可制备成。把制备好的橡胶沥青储存在桶里面，等待试验使用。

2 轮胎橡胶粉掺量对橡胶沥青及橡胶沥青混合料的性能的影响

为了分析轮胎橡胶粉掺量对橡胶沥青性能的影响，试验中分别制成轮胎橡胶粉掺量为10%，15%，18%的橡胶沥青，然后遵循《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)进行检验，技术指标参照《天津市废轮胎胶粉改性沥青路面技术规程》中废轮胎胶粉改性沥青主要技术指标表，其检验结果见表2。

表2 橡胶沥青质量检测结果

从表2中针入度的检测结果可知，橡胶粉掺量由10%到18%时，针入度(25℃)在不断下降，软化点升高了5.9℃，而弹性恢复(25℃)增加了18.4℃。上述结果表明，橡胶粉的加入使得橡胶粉沥青的黏度增加，沥青性能得到改善。

3 橡胶沥青的高温性能

进行车辙试验研究橡胶沥青的高温稳定性能。动稳定度是反映沥青混合料高温抵抗永久变形性能的一个指标。动稳定度高，则说明沥青混合料的抗车辙能力强，在高温条件下的稳定性好。按照车辙试验相关实验要求，测定其动稳定度，测试结果见表3。

表3 60℃车辙试验

从表3看，轮胎橡胶粉的掺入使得沥青混合料的高温性能得到显著提高。混合料的高温性能随着轮胎橡胶粉掺量比重的提高而越好。因此，影响混合料高温性能的一个重要因素就是轮胎橡胶粉掺量的大小。轮胎橡胶粉本身就有一定的弹性，变形较容易发生，在车辙试验中，相对变形的结果有很大的可能比较大。加入轮胎橡胶粉的改性沥青混合料的动稳定度达到了我国的相关技术标准，即改性沥青动稳定度应不小于1 800—2 800次/mm(视沥青路面气候分区不同而要求不同)。从这一技术要求上看，橡胶粉改性沥青的性能相对于普通基质沥青有了很大的改善。

4 水稳定性

由水引起的沥青路面损坏通称为水损坏，水损坏是沥青路面主要病害之一。主要指水通过裂缝或孔隙，进入路面内部，在各种外部压力的作用下，导致沥青与矿料的粘附性逐渐下降，进而破坏沥青路面的整体结构［2］。

浸水马歇尔试验是我国检验沥青混合料水稳定性的最常用试验方法。先成型标准马歇尔试件(φ101.6 mm ×63.5 mm)，将试件分为两组，分组的方法是根据试件的空隙率进行，保证两组试件的平均空隙率大致相等。一组在60℃水温中恒温半小时，用马歇尔稳定度仪测定其稳定度MS1，另一组则在60℃水温中恒温48 h，然后测定其稳定度MS2［3］，按以下公式计算出残留稳定度:

MS0=MS2/MS1×100.

式中:MS0——残留稳定度，%;

MS1——常规马歇尔稳定度，kN;

MS2——浸水马歇尔稳定度，kN。

浸水马歇尔试验结果见表4。

表4 浸水马歇尔试验结果

从表4浸水马歇尔试验结果可以看出，橡胶沥青混合料的残留稳定度随着橡胶粉掺量的增加逐渐增大，其残留稳定度比基质沥青混合料提高了5%左右，反映出橡胶沥青有较好的抵抗水损害的能力。

5 沥青的耐久性

反映沥青路面使用质量和寿命的主要的指标是沥青的耐久性。由于沥青的逐步老化，道路沥青的物理力学性能满足不了现有交通的要求，部分道路的交通量和交通荷载没有合理管理，导致道路破坏早期化。沥青老化一般分为短期老化和长期老化两种情况，短期老化是在沥青加工制备、运输储存等过程中发生的，其持续时间相对较短。而长期老化是沥青摊铺成道路后，在自然条件下受到水分、阳光照射以及与空气的一些气体缓慢反应等长期的作用过程。在短期老化和长期老化共同作用下，沥青路面的耐久性逐渐降低，变得硬而脆，路面容易出现裂缝，道路的使用寿命降低。

为了合理选择沥青和采取相应的抗老化措施，在室内需要有一些方法模拟沥青的老化过程，本次研究采用了薄膜加热试验(TFOT)后的质量损失、25℃残留针入度比和残留延度比三个指标研究沥青的耐久性能，采取措施减慢沥青老化过程，对道路养护有积极作用。以下分别分析薄膜加热试验(TFOT)后的质量损失、25℃残留针入度比和残留延度比来研究沥青的老化性能。其中，残留延度灵敏性高，能较准确地反映沥青老化后变硬的特性。

表5是AH-70#道路石油沥青在分别掺入轮胎橡胶粉的质量分数分别为10%，15%，18%的橡胶沥青分别薄膜老化试验后质量损失、残留针入度和残留针入度比的检测结果。

表5 轮胎橡胶含量橡胶沥青耐久性检测结果

从表5的试验结果中，我们看到橡胶沥青的质量损失百分比比原基质沥青要小，其主要原因是轮胎橡胶粉里几乎不含轻质易挥发的成分，质量损失自然就会相对减小。另一方面，橡胶粉改性沥青25℃残留针入度比有所提高，这在一定程度上说明了橡胶粉改性沥青的耐老化性能得到改善。最后的橡胶粉改性沥青15℃残留延度比指标不太适合评价橡胶粉改性沥青的韧性，如数据中出现了大于100%的数据，其结果存在问题。有可能试验过程中橡胶粉颗粒积聚沉淀，使得改性沥青出现离析现象。延度试验试样的制备时，由于橡胶粉颗粒分布不均匀，造成最后数据不真实。有部分离散数据的出现，也有可能是橡胶粉颗粒分布不均匀的原因。