胶粉维他改性沥青混合料路用性能研究

王 铁 慧

(天津市交通工程技工学校，天津 300252)

胶粉维他改性沥青混合料路用性能研究

王 铁 慧

(天津市交通工程技工学校，天津 300252)

废旧轮胎造成的环境污染受到广泛关注，为了研究废旧轮胎橡胶粉在沥青混合料中的合理应用，将橡胶粉及维他连接剂掺加至普通基质沥青中，采用马歇尔击实试验进行了配合比设计，通过车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对胶粉维他沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性进行了研究，最后采用Cooper四点弯曲疲劳试验仪进行了疲劳试验，并将试验结果与普通沥青混合料和SBS沥青混合料进行了对比.结果表明：胶粉维他改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、疲劳特性均显著提高，有较好的路用性能.

废橡胶粉；维他连接剂；复合改性；沥青混合料；路用性能

0 引 言

目前，废旧的轮胎造成的环境污染已成为一个不可被忽视的发问题.随着人们生活水平的不断提高，家用汽车数量持续不断增加，每一年都会产生很多的废旧轮胎，如何更好处理或者说利用这些废旧轮胎已经成了全世界尤其是发达国家的一个很严重的社会问题，我国也面临着大量废旧轮胎的处理问题.研究发现轮胎中含有天然橡胶、SBR等高分子聚合物和一些其他成分，把这些材料加入到沥青中往往可以改变其性能，既处理了废弃物又可以使沥青改性，大大提高了废物利用率[1].随着各国研究的深入和技术的成熟，越来越多的道路使用废胶粉改性沥青[2].同普通的胶粉添加及其混合料的生产相比，胶粉维他复合改性剂优点：施工操作简单、降低施工所需温度以及实现采用胶粉的废物利用、节能环保的技术经济价值[3].

本文将一种新型的胶粉维他复合改性剂，该新型改性剂由胶粉、维他连接剂(TOR)和化学助剂、填充料等主要成分组成，按比例成型为复合型粒状改性剂.复合改性剂颗粒内含有维他(TOR)连接剂，其具有的化学改性方式使胶粉维他复合改性剂适合干拌方法生产的胶粉维他改性沥青混合料.本文将橡胶粉及维他连接剂掺加至普通基质沥青中，采用马歇尔击实试验进行了配合比设计，通过车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对胶粉维他沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性进行了研究，最后采用四点弯曲疲劳试验仪进行了疲劳试验，分析研究了胶粉维他改性沥青混合料的路用性能.

1 胶粉维他改性混合料配合比设计

1.1 原材料

试验采用70#基质沥青.本文研究的是一种新的胶粉复合改性剂，是由胶粉、TOR和化学助剂等成分组成.采用20目的橡胶粉，掺量为20%，TOR掺量4.5%，试验结果如表1所示.粗集料、细集料、矿粉各性能指标和筛分试验结果如表2和表3所示，均符合[4][5]的技术要求.

表1 试验结果

表2 原材料各性能指标

表3 筛分试验结果

1.2 配合比设计

通过EXCEL规划设计，10～15 mm、5～10 mm、3～5 mm碎石、石屑、矿粉的比例为30∶26∶5∶35∶4.合成级配如下表4所示：

表4 合成级配设计结果

预选油石比4.2%、4.5%、4.8%、5.1%进行马歇尔击实试验.AC-13胶粉沥青及胶粉维他改性沥青混合料的马歇尔试验结果如表5中所示.

表5 AC-13胶粉沥青混合料马歇尔试验结果

图1 各种条件下的油石比

根据马歇尔试验结果，可以得出混合料的最佳油石比为4.8%.

2 胶粉维他改性混合料路用性能研究

2.1 高温稳定性

评价稳定性的方法有很多，本文采用的是车辙试验法.胶粉维他改性沥青混合料的车辙试验结果如表6中所示.

表6 胶粉维他改性沥青混合料车辙试验结果

由表6可以非常直观的看出，胶粉维他改性剂的沥青混合料动稳定度明显比普通AC-13沥青混合料和SBS沥青混合料高，比前者高5倍左右，比后者高大约33.6%，有效地说明了胶粉维他改性沥青混合料高温稳定性要好的多.

2.2 低温抗裂性

本文采用低温弯曲试验来评价沥青混合料的低温抗裂性能.三种沥青混合料低温弯曲试验结果如表7所示.

表7 胶粉维他改性沥青混合料-10℃低温弯曲试验结果

沥青混合料的破坏应变越大，说明沥青混合料的低温性能越好.由表7可知，胶粉维他改性沥青混合料要比SBS沥青混合料的破坏应变提高了46.9%，比普通AC-13沥青混合料提高了113%，说明胶粉维他改性沥青混合料具有更好的低温性能.

2.3 水稳定性

本文采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验两种方法来评价沥青混合料的水稳定性.

2.3.1 浸水马歇尔试验结果

三种混合料浸水残留稳定度试验结果如表8所示.

表8 胶粉维他改性沥青混合料浸水残留稳定度

由表8中可知，胶粉维他改性沥青混合料的浸水残留稳定度与SBS改性沥青混合料仅差0.5%，相差不多，说明掺入胶粉维他复合改性剂后，不影响沥青混合料的残留稳定度，对沥青混合料的水稳定性起积极作用.

2.3.2 冻融劈裂试验结果

试验混合料的冻融劈裂试验结果如表9中所示，试验结果满足规范大于80%要求.

表9 胶粉维他改性沥青混合料冻融劈裂试验结果

从表9可看出，胶粉维他改性沥青混合料的冻融劈裂强度略高于SBS改性沥青混合料，说明掺入胶粉维他改性剂后，对沥青混合料的水稳定性能起积极的改善作用.胶粉维他改性沥青混合料具有较好的水稳定性能，这是因为胶粉维他改性沥青具有较大的粘度，有利于抵抗水的置换；另外，胶粉维他改性剂在沥青中吸收沥青的轻质组分而溶胀，使沥青质和胶质等酸性组分相对增加，有利于胶粉沥青与矿料的粘附.

2.4 疲劳性能

疲劳试验采用Cooper四点弯曲疲劳试验仪，试验对成品剪切制备的复合改性的胶粉改性沥青的沥青混合料进行横向对比疲劳性能，研究胶粉维他复合改性剂对胶粉改性沥青混合料疲劳性能的影响.具体试验数据见下表10.

表10 三种沥青混合料疲劳试验结果

疲劳试验结果表明：胶粉维他改性沥青混合料比SBS改性沥青混合料的疲劳寿命增长了37.2%～76%，比普通AC-13沥青混合料增长了2～3倍，尤其是在低应变水平下疲劳寿命有大幅度地提高，有较优越的抗疲劳性能.

3 结 论

本文通过室内试验研究了掺加胶粉复合改性剂后胶粉维他改性沥青混合料的路用性能，结果如下：

(1)车辙试验结果表明，胶粉维他改性剂的沥青混合料动稳定度明显高于普通AC-13沥青混合料和SBS沥青混合料，表明胶粉维他改性沥青混合料高温稳定性较好.

(2)低温弯曲试验结果表明，胶粉维他改性沥青混合料要比SBS沥青混合料的破坏应变提高了46.9%，比普通AC-13沥青混合料提高了113%，说明胶粉维他改性沥青混合料具有很好的低温性能.

(3)浸水马歇尔、冻融劈裂试验结果表明，胶粉维他改性沥青混合料的浸水残留稳定度与SBS改性沥青混合料相差不多，冻融劈裂强度略高于SBS改性沥青混合料且二者均显著高于普通沥青混合料.表明掺入胶粉维他改性剂后，沥青混合料的水稳定性能够显著改善.

(4)疲劳试验结果表明，胶粉维他改性沥青混合料比SBS改性沥青混合料的疲劳寿命增长了37.2%～76%，比普通AC-13沥青混合料增长了2～3倍，尤其是在低应变水平下疲劳寿命有大幅度地提高，有较优越的抗疲劳性能.

[1]易廷友.橡胶沥青及混合料在道路工程中的应用研究[D].重庆交通大学,2013

[2]李明亮.废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究[D].大连理工大学,2007

[3]寿瑞军,苏祥龙.改性沥青混合料及施工技术探讨[J].科技视界,2012,30:401+437

[4]交通运输部公路科学研究院.JTG E20-2011,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2011

[5]交通运输部公路科学研究院.JTG E42—2005,公路工程集料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2005

StudyonRoadPerformanceofVitaRubberModifiedAsphaltMixture

WANGTie-hui

(Tianjin traffic engineering technical school,Tianjin 300252,China)

Environmental pollution caused by waste tires has been widely concerned,in order to study the reasonable application of waste tire rubber powder in asphalt mixture,in this paper,the rubber powder and Vita binder are added to the common matrix asphalt,the mix proportion design was carried out by Marshall compaction test,the high temperature stability,low temperature crack resistance and water stability of crumb rubber asphalt mixture were studied by means of rutting test,low temperature bending test,immersion Marshall test and freeze-thaw splitting test,finally,the fatigue test was carried out by Cooper four point bending fatigue tester,the test results are compared with those of the ordinary asphalt mixture and SBS asphalt mixture.The results show that the high temperature stability,low temperature crack resistance,water stability and fatigue property of modified asphalt mixture of crumb rubber modified asphalt mixture are significantly improved,and the pavement performance is better.

waste rubber powder；Vita binder；compound modification；asphalt mixture；road performance

2017-04-23

王铁慧(1968-)，女，一级实习指导教师，从事测量专业理论及实训技术研究.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.03.004

TU435

A