ARC－16橡胶沥青的制备工艺及性能研究

2015-06-21谌河水伍昕茹

黑龙江交通科技 2015年10期

关键词：橡胶粉油石马歇尔

谌河水，伍昕茹

(1.江西中煤建设集团有限公司;2.江西建设职业技术学院)

ARC－16橡胶沥青的制备工艺及性能研究

谌河水1，伍昕茹2

(1.江西中煤建设集团有限公司;2.江西建设职业技术学院)

主要研究了ARC－16橡胶沥青的制备工艺、性能影响因素及混合料最佳油石比的确定。从浸水马歇尔试验结果可以得出，ARC－16橡胶沥青混合料的残留稳定度要比基质沥青混合料有所提高，这体现了橡胶沥青较好的抗水损害能力。橡胶沥青混合料的体积膨胀性既能给驾驶员提供舒适的驾车环境，也能减小汽车在行驶过程中与路面之间产生的噪音。

橡胶沥青混合料;配合比设计;体积膨胀性

1 引言

随着我国经济持续高速增长，公路建设也高速发展。改善路面使用性能，延长路面使用寿命，寻找技术上可行、经济上合理的旧路改造及罩面方案，都是目前我国公路建设行业迫在眉睫需要解决的问题。

随着我国经济的迅猛发展，汽车工业也发生了翻天覆地地变化，我国已经成为汽车生产和使用大国，由此产生的废旧轮胎逐年快速增长。将废旧轮胎加工成为轮胎橡胶粉是世界上公认的无害化资源化处理方法，其中将轮胎橡胶粉用于铺筑橡胶沥青路面是轮胎橡胶粉无害化资源化利用的主要途径之一。橡胶沥青可应用于沥青洒布、沥青混凝土、裂缝填缝料或其他的路面结构功能层次。

主要研究橡胶沥青的制备工艺、橡胶沥青性能的影响因素、橡胶沥青混合料最佳油石比的确定等。

2 橡胶沥青制备工艺

2.1 工艺原理

橡胶沥青制备加工与一般的改性沥青制备加工既有相似之处，也有明显的不同。沥青与轮胎橡胶粉在高温下混炼成橡胶沥青。沥青与轮胎橡胶粉产生物理作用和化学反应，轮胎橡胶粉溶胀，但轮胎橡胶粉不会完全溶解在沥青中，必须经过较长时间反应后，90%以上的轮胎橡胶粉才会在沥青中稳定存在。

2.2 制备工艺

橡胶沥青的一般工艺流程包括三步，具体如下。

(1)准备原材料(基本成分+辅助材料)。

①基本成分:基质沥青和轮胎橡胶粉。

②辅助材料:由轮胎橡胶粉的技术性能、橡胶沥青的技术要求选择性添加。

(2)沥青和轮胎橡胶粉的预混合。

①预混合装置:混合罐。

②方式:高速剪切或搅拌。

③时间:1～2 min。

(3)沥青反应。

①沥青反应装置:反应罐。

②沥青反应条件:规定的时间和温度。

③沥青反应时注意点:不断监测橡胶沥青的黏度指标。

经过以上三步后，检验橡胶沥青是否满足有关技术要求。如满足，可用于生产或施工;如不满足，则需要重新橡胶沥青的配比，进行进一步加工。

3 混合料中矿料配合比设计

依照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40－2004)中AC－16F型级配范围和细型密级配关键性筛孔通过率的控制要求，矿料级配必须从级配控制点之间通过并避开级配限制区。级配限制区为了防止级配中细集料靠近最大理论密度线，造成VMA偏小，导致沥青用量微小变化后混合料很容易可塑，往往会引起混合料光面和车辙的敏感位置。同时控制点是为了防止＞2.36 mm者(粗料)过多，造成渗水和早期损坏。

4 ARC－16橡胶沥青混合料最佳油石比的确定

(1)橡胶沥青混凝土按照《橡胶沥青混凝土生产及路面施工技术指南》进行拌制，控制好各阶段的温度，成型后，在室温条件下冷却24 h脱模。

(2)橡胶混凝土中含10%的轮胎橡胶粉。

按油石比(4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%)做马歇尔试验(外掺)，并计算橡胶沥青混凝土的理论最大相对密度。

依据图表法画图，查询相应于稳定度最大值a1、密度最大值a2、空隙率设计值(4%)a3的油石比为:a1=5.0%、a2= 6.0%、a3=5.6%;符合各项指标要求的沥青最小OACmin和最大油石比OACmax为:

则:OAC1=(a1+a2+a3)/3=5.53%，OAC2=(OACmin+OACmax)/2=5.55%

最佳油石比OAC确定为:(OAC1+OAC2)/2=5.5%

(3)橡胶混凝土中含15%的轮胎橡胶粉。

油石比和试验方法都与掺量为10%的橡胶混凝土相同。

最佳油石比OAC确定为:(OAC1+OAC2)/2=5.6%

(4)橡胶混凝土中含18%的轮胎橡胶粉。

油石比和试验方法都与掺量为10%的橡胶混凝土相同。

最佳油石比OAC确定为:(OAC1+OAC2)/2=5.7%

5 浸水马歇尔试验

先将成型的标准马歇尔试件，其规格为Φ101.6 mm× 63.5 mm，根据试件的平均空隙率大基本相等的原则分为两组。(1)将第一组试件置于60℃水温恒温30 min，将第二组试件置于60℃水温恒温48 h。(2)将马歇尔试验仪的上下压头放入水槽或烘箱中达到同样温度。(3)当采用自动马歇尔试验仪时，连接好接线。(4)启动加载设备，使试件承受荷载，加载速度为50±5 mm/min。(5)记录两组试件的稳定度MS1、MS2。按以下公式计算出残留稳定度

式中:MS0为残留稳定度，%;MS1为常规马歇尔稳定度，kN;MS2为浸水马歇尔稳定度，kN。

从试验结果可以看出，AC－16普通沥青混合料残留稳定度为84.2%;ARC－16橡胶沥青混合料从参量10%、15%、18%残留稳定度分别为88.8%、90.5%、92.1%。

从上述对比试验结果可以看出，橡胶沥青混合料的残留稳定度要比基质沥青混合料有所提高，大约提高3%～6%，体现了橡胶沥青较好的抗水损害能力。

6 橡胶粉体积膨胀

因为橡胶粉颗粒自身具有良好的韧性和弹性，所以在施工中存在压不实的问题。本次研究中测量橡胶粉改性沥青混合料的体积膨胀程度的方法是将试件放置在常温、15℃水浴和60℃水浴三种不同环境下，记录不同时刻的高度变化。从试验结果可以看出，15℃、15℃水浴、60℃水浴高度变化比为1.87%、1.92%、2.07%。

从试验数据分析可知，环境对橡胶粉改性沥青混合料的体积影响并不大，这是因为轮胎橡胶本身就是设计为需要适应多种气候条件下，不可能随温度湿度变化而产生较大的变形。