橡胶颗粒和硅藻土复合改性沥青混合料体积参数及力学指标研究

■陈家锋，张 斐 ■河南省交通规划勘察设计院有限责任公司，河南 郑州 450000

废旧橡胶轮胎的掩埋及堆放会严重污染环境，将废旧橡胶轮胎经过一定的加工工艺制成橡胶颗粒掺入沥青混合料中铺筑路面是一种重要的处理方式。硅藻土作为一种工业矿料，其作为一种良好的沥青无机改性剂已经得到较多学者的验证。将橡胶颗粒和硅藻土采用一定的工艺掺配入沥青混合料，开发一种新型的橡胶颗粒和硅藻土复合改性沥青混合料，有利于废旧资源再利用和环境保护。对其体积参数及力学指标的变化规律进行细致研究，有利于该类复合改性沥青混合料的进一步研究。

1 原材料技术指标

(1)沥青。针对季冻区气候，试验中选用产自盘锦的优质AH-90﹟沥青。

(2)矿料。矿料力学性能是混合料强度性能的重要指标，其颗粒形状影响着混合料的构架，从而影响混合料的路用性能。安山岩矿料与沥青之间具有优良的粘附性，同时与沥青粘附层也具有较好的抗水性。试验选用优质安山岩。

(3)矿粉。矿粉在混合料中起填充空隙、增加沥青胶浆粘结力的作用。试验选用由优质石灰石磨制而成的矿粉。

(4)橡胶颗粒。橡胶颗粒的加入对于混合料获得破冰和降噪性能至关重要。试验选用生产成本相对较低的3-5mm 粒径常温粉碎废旧轮胎橡胶颗粒。

(5)硅藻土。硅藻土作为重要的沥青无机改性剂，对复合改性量混合料的各项路用性能有重要影响。试验选用产自吉林地区的优质300#硅藻土，呈白色粉末状。

(6)级配组成设计。本文采用干捣实法确定粗集料骨架之间的间隙率VCA。细集料级配选取参照SMA 对应的级配范围进行。最终确定设计级配如图1。

图1 合成级配曲线

橡胶颗粒按照矿料质量3%进行掺入，并按照等体积法替换相应尺寸的集料。硅藻土掺量确定为沥青用量的15%，干法工艺掺入。

2 沥青混合料体积参数及力学指标

2.1 橡胶颗粒对体积参数及力学指标的影响

试验选用图1 中采用的设计级配，采用普通沥青混合料和单独添加占集料质量3%的橡胶颗粒改性的沥青混合料分别进行标准马歇尔试验。在相同5.5%油石比情况下，SMA-13-基质与SMA-13-胶粒的体积参数及力学指标对比如下:γf(g/cm3):2.490/2.448;VV(%):3.8/5.5;VMA(%):14.1/15.8;VFA(%):73.0/65.2;稳定度(kN):9.56/8.54;流值(0.1mm):26.4/42.5。由以上数据可知，与基质沥青混合料相比，加入橡胶颗粒的沥青混合料空隙率(VV)升高、矿料间隙率(VMA)升高、沥青饱和度(VFA)降低、马歇尔稳定度降低、流值增大。

2.2 硅藻土对体积参数及力学指标的影响

试验中采用单独添加占集料质量比3%的橡胶颗粒改性沥青混合料和另外添加硅藻土(占沥青用量的15%)复合改性沥青混合料分别进行标准马歇尔试验。在相同的5.5%油石比情况下，SMA-13-胶粒与SMA-13-胶粒-硅藻土的体积参数及力学指标对比如下:γf(g/cm3):2.448/2.457;VV(%):5.5/5.2;VMA(%):15.8/16.3;VFA(%):65.2/68.1;稳定度(kN):8.54/10.25;流值(0.1mm):42.5/40.5。由以上数据可知，与SMA-13-胶粒沥青混合料相比，SMA-13-胶粒-硅藻土沥青混合料VV 降低、VMA 升高、VFA 升高、马歇尔稳定度升高、流值减小。

2.3 不同级配对体积参数及力学指标的影响

采用图1 中的设计级配的4.75mm 筛孔通过率25%为中值，采取粗集料各档料原比例和细集料各档料原比例，设计出级配1(4.75mm筛孔通过率21%)和级配3(4.75mm 筛孔通过率29%)。对三种级配的复合改性沥青混合料分别进行标准马歇尔试验。在相同的5.5%油石比的情况下，对于间断级配，随着粗骨料的逐渐减少，复合改性沥青混合料的VV 降低、VMA 降低、VFA 升高、稳定度降低、流值增加。

表1 三种级配复合改性沥青混合料体积参数及力学指标对比汇总

3 结论

经过对橡胶颗粒和硅藻土复合改性沥青混合料体积参数及力学指标研究，初步得到以下结论:(1)在相同的5.5%油石比情况下，与基质沥青混合料相比，加入橡胶颗粒的沥青混合料空隙率升高、矿料间隙率升高、沥青饱和度降低、马歇尔稳定度降低、流值增大。(2)在相同的的5.5%油石比情况下，与SMA-13-胶粒沥青混合料相比，加SMA-13-胶粒-硅藻土沥青混合料空隙率降低、矿料间隙率升高、沥青饱和度升高、马歇尔稳定度升高、流值减小。(3)在相同的5.5%油石比的情况下，对于间断级配，随着粗骨料的逐渐减少，复合改性沥青混合料的空隙率降低、矿料间隙率降低、沥青饱和度升高、稳定度降低、流值增加。

［1］聂浩，唐新国，陈云亮等.高耐久性铺装沥青混合料路用性能研究［J］.公路与汽运，2015(1).

［2］原健安，张登良.沥青与矿料粘附性研究［J］.中国公路学报，1995(4):7-10.

［3］李平，芦军，张争奇等.沥青混合料用矿粉性能指标研究［J］.中国公路学报，2008，21(4):6-11.