胶粉沥青混合料罩面层试验研究

2021-07-14樊冰心

山西交通科技 2021年3期

樊冰心

（山西交通控股集团有限公司运城北高速公路分公司，山西运城 044000）

随着我国经济的高速发展，机动车保有量迅速增加，2020年底已接近3亿辆。汽车工业的发展一方面提高了人民生活水平，但同时也产生了较为严重的环境影响，其中固体废弃物例如废旧轮胎每年新增2亿条。轮胎属于有机聚合物材料，较难降解，如何有效回收利用正成为工业领域的研究热点。轮胎是一种典型的复合材料，包括3种主要成分：弹性体化合物、纤维和钢丝。随着环保意识的增强，由于胶粉可以改善沥青混合物的力学性能，所以已成为热混合沥青混合物中的常见添加剂。胶粉在沥青混合料中的应用方式，一般分为干法和湿法两种。在湿法中，胶粉多用作沥青改性剂，而在干法中，胶粉则用作细骨料的一部分[1]。研究表明，增加粉末状胶粉含量会增加沥青黏合剂的黏度[2-4]。黏度增加的好处是可以减少路面反射性裂缝、剥落和车辙的发生，同时改善沥青对温度变化和长期耐久性的响应[5]。Loderer等研究表明，胶粉颗粒的比表面积越大，胶粉改性沥青的最终性能越好[6]。目前，大多数橡胶沥青研究均使用湿法生产胶粉改性沥青。但是，使用干法制备胶粉改性沥青也具有明显的优点，可以将胶粉与集料以相同的方式添加，不需要额外的设备。另外，与湿法相比，干法允许在沥青混合料中掺入更多的胶粉，所制备的沥青混合料必须在较高的温度下延长搅拌时间，以允许粒状胶粉颗粒和沥青之间发生充分的相互作用。

1 原材料性能

1.1 沥青

表1 70号基质沥青技术指标

1.2 橡胶粉

本文使用的30目胶粉是通过低温研磨技术生产，技术指标如表2所示。已有学者研究指出，制备橡胶粉沥青过程中，室内设备难以对剪切速率、温度等指标进行精准控制[7]。如果采用外掺法，则胶粉掺量在17%～30%之间时可以获得良好的和易性[8]。因此，胶粉添加方式采用干法外掺法，掺量为20%。

表2 胶粉技术指标

1.3 集料

集料由浑源县瑞鼎石料加工厂生产，材质为玄武岩碎石。表3为粗、细集料的技术指标。

表3 集料的技术指标

1.4 矿粉

矿粉为石灰岩磨细矿粉，技术指标见表4。

表4 矿粉技术指标

2 胶粉沥青罩面层混合料配合比设计

橡胶沥青具有溶胀的特性，会对连续级配细料部分产生干涉，因此工程中较多地采用间断级配。采用王小庆[9]论文中薄层罩面间断级配范围，同时为了增强路面抗滑性能，确定的合成级配设计偏下限，合成级配曲线如表5和图1所示。

表5 合成级配筛孔通过率 %

图1 合成级配曲线

根据参考文献[9]预估胶粉沥青罩面层的最佳油石比为6.5%，取5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%五个油石比，制备沥青混合料马歇尔试件，测定试件的各项体积指标，经计算得到最佳油石比为6.3%。制备过程中，拌和温度为165℃，搅拌时间延长至90 s。

3 性能评价

根据《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450—2019）中 T0961—1995、T0964—2008、T0971—2019分别进行构造深度、摩擦系数和渗水试验。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），采用冻融劈裂试验和浸水马歇尔稳定度试验检测胶粉改性沥青混合料的水稳定性，并进行车辙性能试验。

3.1 抗滑性能

胶粉改性沥青混合料采用间断级配，构造深度大。采用铺砂法测量试件的构造深度，用摆式仪检测试件的抗滑系数，试验结果见表6。

表6 构造深度

从表6可以看到，其构造深度分别是0.93 mm、0.87 mm和0.84 mm，均值0.88 mm。较大的构造深度显示胶粉沥青混合料可以为行驶车辆提供足够的附着力。

3.2 渗水性能

水损坏对路面性能的影响非常明显，特别是在雨水较多的地区，降水侵入路面结构后使沥青与集料的黏附性能减弱，进而发生剥落，路面也因此变得松散，逐步形成较大的结构破坏。因此，胶粉罩面层的渗水性能直接影响路面的使用寿命。表7为使用渗水仪对车辙板试件测试的结果，渗水系数均小于80 mL/min，显示胶粉沥青混合料具有较好的抗渗性能，可以起到降低原路面水损害的风险。