废橡胶粉细度对胶粉干法微表处混合料性能的影响

王任翔，叶亚丽，江志远，郭金科(.长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西 西安 70064； .山东交通学院 交通土建工程学院，山东 济南 5057； .青岛市交通规划设计院，山东 青岛 6600)

废橡胶粉细度对胶粉干法微表处混合料性能的影响

王任翔1，叶亚丽2，江志远3，郭金科2
(1.长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西 西安 710064； 2.山东交通学院 交通土建工程学院，山东 济南 250357； 3.青岛市交通规划设计院，山东 青岛 266100)

针对废橡胶粉颗粒大小会对胶粉干法微表处性能产生的影响，通过分别掺加40、60、80目废旧胶粉进行微表处室内试验，研究胶粉细度对稀浆混合料的可拌和时间、黏聚力、湿轮磨耗、轮辙变形试验的宽度变化率等的影响。结果表明：添加的橡胶粉越细，微表处稀浆混合料的可拌和时间越短，早期强度越低；达到相同性能时，80目胶粉比40目胶粉干法微表处稀浆混合料的油石比约提高1%～2%；橡胶粉细度为40～60目时，微表处混合料水稳定性、耐磨耗性和抗轮辙变形性最优。

道路工程；胶粉干法微表处；胶粉细度；耐磨耗性能

0 引 言

作为一种预防性养护措施，微表处在处治延缓路面老化、阻止路面渗水、提高路面抗滑性能和弥补路面微小缺陷等方面有着良好的效果，在路面养护工程中得到广泛的运用；但存在行车噪声过大、抗磨耗性能不足及耐久性差等缺点，影响了其综合使用效果[1-6]。考虑到橡胶颗粒独有的弹性，将废旧轮胎胶粉以干法的方式添加进微表处稀浆混合料中，与矿料、水泥水化产物和沥青膜相互交织，形成相互贯通的空间网络结构，增强微表处混合料的路用性能，有效降低行车噪声带来的环境污染，理论上是一种可行且经济的技术措施。

针对微表处路面降噪，国内外学者已经展开大量研究并取得了一些成果。孙晓立等开发了微表处噪声测试系统，研究微表处噪声的产生机理，解释了微表处路面噪声大的原因，验证了适量橡胶粉可提高微表处的柔韧性，显著降低行车噪声[7]。董哲等提出采用橡胶粉与聚丙烯纤维复配方案，并研究了不同橡胶粉掺量对橡胶粉-纤维微表处混合料的施工性能、长期使用性能以及降噪效果的影响，解释了聚酯纤维和橡胶粉降噪的机理。钟建超等提出了低噪微表处的矿料级配及矿料堆积密度优化设计法，从矿料级配优化角度阐述了低噪微表处的设计[8]。上述研究通过矿料级配优化设计，不仅提高了微表处混合料路用性能，还降低了行车噪声，达到双重目标，是一种较好的方法，但施工现场集料变异性大，集料分档少，实施操作难度较大。凌天清等开展了橡胶颗粒对微表处性能的影响及其降噪效果的研究，分析了添加橡胶颗粒对于微表处水稳定性、抗磨耗性等的影响，提出橡胶颗粒的掺量不超过5%，但未分析橡胶颗粒大小对微表处混合料路用性能的影响[9-10]。陈伟等进行了橡胶粉干法微表处混合料的性能研究，分析采用60目胶粉时级配类型、胶粉含量和油石比对路用性能的影响[11]。郑南翔等采用驻波管装置测试了12种微表处混合料的吸声系数，提出在普通级配设计上增加7.1 mm孔筛严格控制集料粒径分布，并添加1.5%的60目橡胶粉经湿法工艺成型的降噪方法[12]。张广敏分析了微表处噪声的影响因素，提出级配越粗，微表处噪声水平越高，微表处表面构造深度与噪声水平呈正相关关系，40目胶粉用于改善中级配降噪效果最好，但研究过程未考虑胶粉细度与噪声水平的关系。

基于上述分析，本文通过掺加40、60、80目废旧胶粉进行微表处室内试验，研究胶粉细度对稀浆混合料可拌和时间、不可施工时间、黏聚力、湿轮磨耗损失和轮辙宽度变化率等指标的影响，为胶粉微表处预防性养护技术提供参考。

1 原材料

1.1 改性乳化沥青

试验用SBR改性乳化沥青，其指标符合《微表处和稀浆封层技术指南》规定的BCR改性乳化沥青技术要求，试验结果见表1。

表1 改性乳化沥青主要技术指标

1.2 集料

微表处混合料中集料占了大部分，所以集料质量的好坏直接影响试验结果。试验用集料为玄武岩，其中有少部分粒径大于9.5 mm，在试验之前已经筛除，主要技术指标如表2所示。

表2 集料主要技术性质

1.3 填料

填料采用水泥和废旧轮胎橡胶粉，水泥的作用主要是调整稀浆混合料的可拌和时间、成浆状态和成型速度。本试验采用未加入任何添加剂的普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，掺量为1.5%(占集料质量的百分比)。废旧橡胶粉的作用主要是降低微表处刚度，增加路面弹性，提高混合料抗水损害和抗磨耗性能。本试验所用废旧橡胶粉分别为40、60、80目，用量为2%(占集料质量的百分比)。

1.4 水

微表处混合料加水的目的是为了满足拌和时间以及拌和状态的要求，且在满足要求的情况下尽量减少水的用量。根据《微表处和稀浆封层技术指南》规定，微表处用水不得含有可溶性盐类、能引起化学反应的物质和其他污染物，一般采用饮用水。用水量多少对稀浆混合料的流动性及试件成型后的密实性有重要影响。因此，本试验加水量为6%。

2 微表处级配设计

按照国际稀浆封层协会的设计方法，采用MS-3型微表处级配要求进行混合料配合比设计。试验采用的5～10 mm碎石、3～5 mm碎石、0～3 mm碎石的比例为21∶11∶68，所用级配如表3所示。

3 试验结果与分析

3.1 拌和试验

确定分别采用3种不同目数橡胶粉的最佳配比，集料、水泥、废旧橡胶粉、水、改性乳化沥青的比例为100∶1.5∶2∶6∶16,试验结果见表4。

表4 不同胶粉目数的拌和试验与黏聚力试验结果

从表4可以看出，采用40目胶粉的混合料拌和时间大于180 s，采用60目胶粉的混合料拌和时间为140 s，采用80目胶粉的混合料拌和时间仅为120 s。可见随着胶粉变细，可拌和时间显著减小，不可施工时间亦减小。这是由于橡胶粉吸附乳化沥青的能力比矿料强，40目胶粉的颗粒粒径较大，相对于60目和80目胶粉的比表面积小得多，吸附的沥青乳液相对较少，因此只有足够数量的乳化沥青与矿料相结合，稀浆混合料才不会变黏稠，可拌和时间较长；相反，80目胶粉颗粒很细，比表面积较大，分散在混合料中吸附较多的沥青乳液，在相同的乳化沥青用量条件下，乳化沥青与矿料很难结合，导致混合料黏稠，可拌和时间和不可施工时间很短。

3.2 黏聚力试验

黏聚力试验采用与拌和试验相同的配合比，以300 g集料为基准，试验结果见表4。由表4可以看出，掺加40、60目胶粉30 min和60 min的黏聚力均符合要求，而掺加80目胶粉30 min和60 min的黏聚力结果则不理想。原因是40、60目胶粉比表面积较小，吸附的乳化沥青较少，从而保证有充足的乳化沥青与矿料结合，使成型后的试件内部密实且表面没有很厚的油膜，黏聚力值符合要求且试件不开裂；而80目胶粉比表面积较大，吸附了较多的沥青乳液，很难有充足的乳化沥青与矿料结合，因而成型后的试件内部不密实，颗粒松散易脱落，黏聚力值偏低。

3.3 湿轮磨耗试验

湿轮磨耗试验主要用于检验成型后的稀浆混合料的配伍性和抗水损害能力。湿轮磨耗试验仍然采用与拌和试验相同的配合比，以800 g集料为基准，试验结果见表5。

表5 不同胶粉目数的湿轮磨耗试验与负荷轮黏附砂试验结果

3.4 负荷轮黏附砂试验

负荷轮黏附砂试验仍采用与拌和试验相同的配合比，以500 g集料为基准，试验结果见表5。

由表5可知，当油石比为10%～11%时，掺加40目和60目胶粉混合料的1 h和6 d的磨耗值比较理想。虽然橡胶颗粒吸附乳化沥青的能力强，但40目和60目胶粉粒径较大，比表面积小，吸附的沥青乳液较少，10%～11%的油石比下有足够的乳化沥青与矿料结合，试件更密实；80目橡胶粉颗粒粒径小，比表面积大，大量的沥青乳液被橡胶颗粒吸附，从而很难有足够的乳化沥青与矿料相结合，导致成型后的试件颗粒松散，吸水严重，磨耗值高。

3.5 轮辙变形试验

轮辙变形试验仍然采用与拌和试验相同的配合比，以500 g集料为基准，试验结果如图1所示。

图1 不同胶粉目数的微表处轮辙宽度变化率

由图1可以看出，采用不同目数的胶粉在不同油石比的情况下，其轮辙宽度变化率均满足要求。其中掺加40目胶粉的混合料在11%的油石比下宽度变化率最小。这主要是因为，40目胶粉粒径较大，比表面积相对于60目和80目胶粉要小，吸附的沥青乳液相对较少，因此有足够的沥青乳液与微表处级配矿料结合，黏结性好，使得成型后的试件内部密实，抗车辙能力强。掺加60目和80目胶粉的混合料在不同的油石比下所测得的轮辙宽度变化率也符合要求，比掺加40目胶粉的混合料稍大；这主要是因为60目和80目胶粉比40目胶粉细，比表面积大，在相同油石比条件下，吸附的乳化沥青稍多，使得与矿料结合的乳化沥青变少，内部黏结不够密实，导致宽度变化率稍大，但也能满足要求。

4 结 语

胶粉细度大小显著影响微表处稀浆混合料的路用性能。在相同的胶粉掺量下，胶粉越细，可拌和时间越短，当胶粉细度达到80目时，拌和时间偏短，影响稀浆混合料成型状态；随着胶粉目数的增加，微表处混合料的浸水试验1 h、6 d的湿轮磨耗损失均增大，且由于胶粉比表面积、集料界面电荷状态等因素，改性乳化沥青用量随之增加；适度细度的废旧轮胎胶粉改善了微表处的水稳定性和耐磨耗性能，基于废胶粉细度与胶粉微表处技术性能研究，最终推荐胶粉细度为40～60目。由于微表处是道路预防性养护的重要技术手段，所以应进一步考虑影响微表处性能的各种因素，分析胶粉、纤维或水性环氧树脂改性等对微表处的改善效果，以期提高微表处的路用性能和延长路面使用寿命。

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[2] 刘 健,万锡强,张 浩,等.微表处技术在预防性养护中的研究与应用[J].筑路机械与施工机械化,2009，26(10):52-54.

[3] 王 磊,吕 璞,郝培文.微表处混合料路用性能影响因素[J].长安大学学报:自然科学版,2014,34(2):29-33.

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[5] 孙 杰,程相华,张肖宁,等.微表处在重交通高速公路中的研究与应用[J].筑路机械与施工机械化,2010,27(4)：49-51.

[6] 吕大伟,孙晓立.高性能橡胶微表处的试验研究[J].路基工程,2013(3):34-36.

[7] 孙晓立,张肖宁,蔡 旭.不同类型微表处噪声特性的室内试验[J].公路交通科技,2012,29(2):18-22.

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[10] 凌天清,李耀楠,董 强,等.橡胶颗粒对微表处性能的影响及其降噪效果[J].交通运输工程学报,2011,11(5):1-5.

[11] 陈 伟,樊 亮,王 林.橡胶粉干法微表处技术优化研究[J].石油沥青,2010,24(6):21-25.

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[责任编辑:杜敏浩]

Effect of Fineness of Crumb Rubber Prepared with Dry Process on Performance of Micro-surfacing

WANG Ren-xiang1, YE Ya-li2, JIANG Zhi-yuan3, GUO Jin-ke2
(1. Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry of Education, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China; 2. School of Transportation and Civil Engineering, Shandong Jiaotong University, Jinan 250357, Shandong, China; 3. Qingdao Communications Planning and Design Institute, Qingdao 266100, Shandong, China)

Aimed at the effect of the fineness of crumb rubber prepared with dry process on the performance of micro-surfacing, different sizes (40 mesh, 60 mesh and 80 mesh) of crumb rubber were applied to conduct the indoor test on the micro-surfacing. The effects of the fineness of the crumb rubber on the mixing time of the slurry mixture, the cohesion, the wet track abrasion and the stability and resistance to compaction test were studied. The results show that the finer the added crumb rubber is, the shorter the mixing time of the slurry mixture is, and the lower early strength it gains; to achieve the same performance, the micro-surfacing slurry mixture prepared with 80 mesh crumb rubber of dry process increases the asphalt-aggregate ratio by 1%-2% comparing to that with 40 mesh crumb rubber; when the fineness of crumb rubber is 40-60 mesh, the stability, abrasion resistance and rutting resistance of the mixture are the best.

road engineering; micro-surfacing with crumb rubber of dry process; fineness of crumb rubber; abrasion resistance

1000-033X(2017)06-0058-04

2017-01-05

交通运输部应用基础研究项目(2015 319 817 110)；山东省自然科学基金项目(ZR2014EEQ035)

王任翔(1982-)，女，陕西西安人，研究方向为道路工程。

U418.6

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