连续级配橡胶颗粒沥青混合料抗剥落性能研究

刘文俊

(内蒙古路桥有限责任公司，呼和浩特 010050)

对于将橡胶颗粒掺入到沥青混合料中的技术，在国内已经进行了一系列的初步研究[1-7]。橡胶颗粒沥青混合料的加工工艺简单，既可以消耗大量的废旧轮胎，减少废旧轮胎引起的环境破坏，还具有比普通沥青混合料更为优良的路用性能和使用性能。

此外，在橡胶颗粒高阻尼、大弹性的影响下，混合料对轮胎与路面之间的振动噪声能够起到更好地衰减作用。但前期国外和国内科研人员的相关研究还是以间断级配的小粒径的橡胶颗粒(橡胶粉)沥青混合料或者橡胶沥青为主，并没有过多的关注大粒径的橡胶颗粒沥青混合料。而连续级配大粒径橡胶颗粒与之相比，在橡胶颗粒的加工、混合料的生产过程中具有更低的成本和更为成熟的工艺，且能取得更好的降噪除冰效果。

对于大粒径的橡胶颗粒而言，由于其本身的较大的弹性变形幅度，在混合料中较易发生剥落，从而影响了混合料的整体稳定性和正常路用性能的发挥。因此，从提高橡胶颗粒沥青混合料抗剥落性能的角度出发，针对工程中常用的抗剥落剂对橡胶颗粒沥青混合料的改善效果进行研究，该研究成果对于该种混合料的进一步推广和应用可提供一定的指导。

1 原材料与矿质混合料级配

按地理位置划分，内蒙古呼和浩特市属于中温带半干旱大陆性气候，按温度和降雨量划分，属于夏热冬冷半干(2-3-3)气候区。道路施工材料的选择要考虑当地的气候条件。结合呼和浩特市气候特点，试验中粗集料的材质属于玄武岩，细集料的材质为石灰岩，矿粉由石灰岩磨制加工而成，选择的原材料各项指标按相应试验规程检验均满足要求。橡胶颗粒来源于废旧轮胎胎侧橡胶，其主要成份包括70%的丁苯橡胶和30%的天然橡胶。沥青选用克拉马依90号沥青。橡胶颗粒的粒径选为4目(公称直径4.75 mm)。橡胶颗粒的掺量在混合料的中的掺量为3%，采用内掺法[8]。本研究采用的混合料级配曲线如图1所示。

图1 混合料级配曲线

2 橡胶颗粒沥青混合料抗剥落性能研究

橡胶颗粒沥青混合料是用沥青、橡胶沥青(橡胶和沥青在高温下发生化学反应形成的高分子聚合物)作为结合料，将集料、矿粉和橡胶颗粒拌合在一起形成的一种混合料，沥青、橡胶沥青与集料的抗剥离能力合格与否是评价路面正常应用的一个重要前提。近几年，随着高速公路发展突飞猛进，空气中酸性化学成分的增多，以及车辆向着重载方向发展，对路面材料的抗剥落能力要求越来越高。本文选取目前道路中较常用的石灰、聚酰胺和Morlife300 3种抗剥落分别加入到橡胶颗粒沥青混合料中，研究提高橡胶颗粒沥青混合料抗剥落的性能，为该种混合料的应用进一步做铺垫。

2.1 抗剥落性能检测方法的选择

结合现有研究成果，选择加入抗剥落剂的掺量[8-9]。聚酰胺和Morlife300分别按混合料中沥青质量的0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，石灰按混合料的总质量的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%加入到橡胶颗粒沥青混合料中，与普通橡胶颗粒沥青混合料进行对比试验。橡胶颗粒沥青混合料的剥落主要源于水损害，因此，可以采用水稳定性评价方法评价橡胶颗粒沥青混合料的抗剥落性能。水稳定性试验是以不同的方式模拟沥青混合料在荷载、温度和水的共同作用下的破坏情况，该类试验既可以用于检验石料与沥青的粘附性能，同时对于混合料的整体粘结力也可表征[10]。现有研究中采用的评价沥青混合料水稳定性的方法较多[11-13]，结合试验条件、各种方法的优缺点，浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验所采用的指标的敏感程度更高，在道路试验中应用更为广泛，因此，本研究选用这两个试验来评价橡胶颗粒沥青混合料的抗剥落性能。

2.2 试验结果及其分析

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行试验，橡胶颗粒、沥青及集料的掺加顺序、拌合成型工艺按文献[7]的研究成果进行，试验结果见表1和表3及如图2、图3和图4所示。

表1 聚酰胺对橡胶颗粒沥青混合料残留稳定度的影响

图2 聚酰胺对橡胶颗粒沥青混合料冻融劈裂强度比的影响

在橡胶颗粒沥青混合料中掺入聚酰胺，一方面，可以增加沥青与矿料之间的粘附力；另一方面，聚酰胺中都含有极性基团和非极性基团。非极性基团和沥青的亲和力强，易于和沥青结合，而极性基团和集料表面间具有很强的亲合力，在其作用下，极性基团能定向地排列在矿料表面，从而降低了矿料与沥青界面间的自由能。从由表1和图2可以看出，随着聚酰胺掺量的增加，橡胶颗粒沥青混合料抗剥落性呈现增大的趋势，说明聚酰胺能够明显的提高橡胶颗粒沥青混合料的抗剥落性能。

表2 Morlife300对橡胶颗粒沥青混合料残留稳定度的影响

图3 Morlife300对橡胶颗粒沥青混合料冻融劈裂强度比的影响

Morlife300是一种高性能主动抗水型抗剥落剂，具有优良的热稳定性和特殊的排斥水分组份，是采用非传统聚胺化学技术生产的一种路用产品。由表2和图3可知，Morlife300改善橡胶颗粒沥青混合料的抗剥落性能与聚酰胺具有相似性，随着Morlife300掺量的增加，橡胶颗粒沥青混合料抗剥落性也呈现增大的趋势，对照表1和图2可以发现，Morlife300对橡胶颗粒沥青混合料的抗剥落性能的改善程度比聚酰胺要弱。

表3 石灰对橡胶颗粒沥青混合料残留稳定度的影响

图4 石灰对橡胶颗粒沥青混合料冻融劈裂强度比的影响

石灰主主要是通过在混合料中发生的各种化学反应促使集料表面形成多孔粗糙结构，通过加强微孔对周围物质的吸附能力来提高沥青混合料抗剥落性。由表3和图4可知，石灰作为一种抗剥落剂在橡胶颗粒沥青混合料中使用时，不应该掺加的过多，当超过0.4%时，石灰所导致的混合料的抗剥落性反而降低。这是由于在橡胶颗粒沥青混合料中，如果石灰掺量过多，在混合料中发生反应硬化后，在外力作用下，橡胶颗粒沥青混合料与普通沥青混合料相比发生更大的弹性变形，能够使硬化部分产生较多的裂缝而发生碎裂，从而导致其抗剥落性能不是升高而是降低。可见，如果要发挥石灰对橡胶颗粒沥青混合料抗剥落性的作用，石灰的用量应先限制在0.4%左右。

3 结 论

连续级配大粒径橡胶颗粒沥青混合料比普通沥青混合料更易松散剥落，这是该类混合料的一个突出弱点。本文通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对橡胶颗粒沥青混合料中分别掺入0.5%以内的聚酰胺和Morlife300和1.0%以内的石灰3种成分后的抗剥落性能进行了研究，结果表明：

(1)聚酰胺能够提高橡胶颗粒沥青混合料的抗剥落性，且其掺量越多，橡胶颗粒沥青混合料的抗剥落性能越好。

(2)随着Morlife300掺量的增加，橡胶颗粒沥青混合料抗剥落性逐渐提高。但Morlife300对橡胶颗粒沥青混合料的抗剥落性能的改善程度比聚酰胺要弱。

(3)橡胶颗粒沥青混合料的抗剥落性能随着石灰掺量的增加呈现先增大后减小的趋势，石灰的适宜掺量在0.4%左右。

【参 考 文 献】

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