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1、交通世界TRANSPOWORLD收稿日期:2023-02-16作者简介:谢重重(1994),男,河南通许人,研究方向为公路桥梁工程。废旧胶胎粉改性沥青性能研究谢重重(中建路桥集团有限公司,河北 石家庄 050011)摘要:为研究废旧胶胎粉改性沥青的路用性能,依托实际工程,对废旧胶胎粉改性沥青原材料进行物理技术指标检测,通过试验得到改性沥青的软化点、针入度、延度等指标,据此研究胶粉掺量对改性沥青性能的影响,并通过高温车辙试验研究改性沥青混合料的高温性能。研究结果显示:当胶粉掺量为14%时,改性沥青的针入度及软化点指标最佳,施工效果最好;改性沥青的延度随着胶粉掺量的增加逐渐降低;根据车辙试验结果,
2、废旧胶胎粉改性沥青混合料的高温性能优于基质沥青,可用于道路施工。关键词:沥青路面;胶胎粉;针入度;软化点中图分类号:U414.01文献标识码:B0 引言与水泥路面相比,沥青路面具有强度高、抗滑性强、噪声低和行车舒适等特点,因而得到广泛应用。随着社会经济的发展,居民生活水平提高,私家车保有量增大,出现超重超载等现象,导致路面出现车辙、开裂、泛油等病害,严重影响路面使用性能,因此公路养护是目前道路建设的重点环节。目前存在大量的废弃轮胎,若处理不当则会导致环境污染、资源浪费1。从废旧轮胎中提取橡胶粉用于制作橡胶改性沥青,既可实现资源的循环利用,还可提高路面性能。鉴于此,本文将依托实际工程,结合室内试
3、验,研究废旧胶胎粉改性沥青的路用性能及影响因素,以期为沥青路面养护工作提供参考2-3。1 原材料性能1.1 沥青性能在制备废旧胶胎粉改性沥青时,通常要求沥青具有较高含量的芳香分和饱和酚,确保橡胶的分散、溶胀。本文选择SK90#沥青作为基质沥青,对其各项物理指标进行室内试验,试验结果符合规范要求,见表1。表1 SK90#沥青技术指标针入度(25,100 g,5 s)/(0.1 mm)延度(15,5 cm/min)/cm软化点/溶解度(%)闪点/8716347.299.7275801001004499.5245合格合格合格合格合格技术指标检测结果技术要求是否合格密度/(g/cm3)薄膜加热试验(1
4、63,85 min)后质量损失(%)残留针入度(%)残留延度/cm1.0310.51358.1实测-0.80.8857合格合格合格合格表1(续)技术指标检测结果技术要求是否合格1.2 集料性能1)粗集料选取粗集料时通常遵循就地取材原则,所选取的碎石要具有高硬度、表面粗糙等特点且满足应力吸收层集料要求。对所选粗集料进行室内试验检测,检测结果符合规范要求,见表2。表2 集料技术指标技术指标坚固性(%)压碎值(%)针片状颗粒含量(%)洛杉矶磨耗损失(%)细长扁平颗粒含量(%)0.075 mm颗粒含量(%)吸水率(%)检测结果853175.40.490.573技术要求121010281512是否满足满
5、足满足满足满足满足满足满足2)细集料细集料作为填充剂,以保证沥青混合料的强度。对所采用的细集料进行检测,检测结果符合公路工程集料试验规程(JTG E422005)要求,见表3。43总653期2023年第23期(8月 中)表3 细集料技术指标检测项目棱角性(%)砂当量(%)坚固性(%)表观密度/(g/cm3)含泥量(%)检测结果6882103.411.3技术要求3060122.53是否合格合格合格合格合格合格1.3 橡胶通过室内试验检测废旧胶胎粉的各项技术指标,结果见表4。检测结果满足性能要求。表4 橡胶粉技术指标检测项目含水率(%)纤维含量(%)橡胶烃含量(%)灰分(%)丙酮抽出物(%)炭黑含
6、量(%)金属含量(%)相对密度天然橡胶含量(%)检测结果0.805479310.0031.338技术要求11.148816280.041.1525是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格2 胶粉掺量对废旧胶胎粉改性沥青的影响2.1 胶粉掺量对改性沥青软化点的影响为研究胶粉掺量对改性沥青软化点的影响,分别对胶粉掺量为12%、14%、16%的3种改性沥青软化点进行测试,结果见表5及图1。表5 不同胶粉掺量对应的改性沥青软化点单位:胶粉掺量(%)121416热储存时间/h156.862.163.4259.366.765.1355.463.562.4454.864.767.6554.364.261
7、.2652.665.160.8由表5和图1可知,当胶粉掺量为12%时,改性沥青软化点随着热储存时间的增加而先升高再降低,2 h后大幅降低;当胶粉掺量为14%时,改性沥青的软化点随着热储存时间的增加而先升高再降低,前12 h处于上升阶段,后23 h处于下降阶段,但并未低于1 h时的软化点,之后改性沥青软化点变化比较平稳;当胶粉掺量为16%时,改性沥青的软化点在13h内先升高再降低,在4 h时达到最大软化点,在6 h后降为最低。因此,可认为当胶粉掺量为14%时改性沥青可达到最好的增强效果,此时生成的胶粉网络具有最好的填充效果,使得黏结剂具有最好的高温性能和存储稳定性。2.2 胶粉掺量对改性沥青针入
8、度的影响为研究胶粉掺量对改性沥青针入度的影响,分别对胶粉掺量为12%、14%、16%的3种改性沥青针入度进行测试,结果见表6及图2。表6 不同胶粉掺量对应的改性沥青针入度单位:0.1 mm胶粉掺量(%)121416热储存时间/h134.953.230.2239.655.125.3336.356.327.4437.258.229.5534.254.830.7636.152.133.1由表6和图2可知,当胶粉掺量为16%时,随着热储存时间的增加,改性沥青的针入度先减小后增大,在 2 h 时,针入度达到最小值,在 6 h 后达到最大值;当胶粉掺量为12%时,随着热储存时间的增加,改性胶粉掺量12%胶
9、粉掺量14%胶粉掺量16%热储存时间/h0123456686664626058565452软化点/图1 不同胶粉掺量下改性沥青软化点随热储存时间的变化规律585654525048464442403836343230282624热储存时间/h0123456胶粉掺量12%胶粉掺量14%胶粉掺量16%针入度/(0.1 mm)图2 不同胶粉掺量下改性沥青针入度随热储存时间的变化规律44交通世界TRANSPOWORLD沥青针入度先增大后减小,在2 h时,针入度达到最大值,随后开始减小,但未小于最开始的针入度值;当胶粉掺量为14%时,随着热储存时间的增长,改性沥青针入度先增大后减小,在4 h时针入度达到最
10、大值,随后开始减小,并小于最开始的针入度值。由此可见,随着胶粉掺量的增加,沥青的针入度虽然持续减小,但减小幅度越来越小,说明在胶粉掺量为14%时胶粉网络已形成,故施工时胶粉掺量14%为最佳。2.3 胶粉掺量对改性沥青5 延度的影响为研究不同掺量胶粉对改性沥青延度的影响,分别对胶粉掺量为 12%、14%、16%的 3 种改性沥青的5 延度进行测试,结果见表7及图3。表7 不同胶粉掺量对应的改性沥青5 延度单位:cm胶粉掺量(%)121416热储存时间/h117.821.921.0218.522.421.1318.722.821.3419.224.521.5519.324.121.8619.723
11、.222.7由表7和图3可知,当胶粉掺量为12%时,随着热储存时间的增加,改性沥青5 延度逐渐增大;当胶粉掺量为16%时,随着热储存时间的增加,改性沥青5 延度逐渐增大,在6 h时达到最大;当胶粉掺量为14%时,随着热储存时间的增加,改性沥青5 延度先增大后减小,在4 h时达到最大值。这是因为随着橡胶粉掺量增加,单个胶粉粒子膨胀程度明显下降,粒子之间联系作用减弱,不利于改性沥青延伸。3 废旧胶胎粉改性沥青混合料的高温性能高温稳定性是反映沥青混合料路用性能的重要指标之一4。通过车辙试验检测沥青混合料动稳定度,以动稳定度作为沥青混合料高温稳定性的评价指标。动稳定度计算公式如下。DDS=()t2-t
12、1Nd2-d1(1)式(1)中:DDS为动稳定度,单位次/mm;d1为时间t1的变形量,单位mm;d2为时间t2的变形量,单位mm;C1为修正系数,取1.0;C2为试件系数,取1.0;N为每分钟轮碾次数,单位次/min,取42次/min。本文分别对基质沥青混合料和废旧胶胎粉改性沥青混合料进行车辙试验,结果见表8及图4。表8 车辙试验结果沥青混合料类型基质沥青废旧胶胎粉改性沥青动稳定度/(次/mm)试验结果12 3143 855试验结果22 4583 927试验结果32 2373 955试验结果平均值2 3363 912规范要求10002400由表8及图4可知,通过车辙试验得到基质沥青混合料动平
13、均动稳定度为2 336次/mm;废旧胶胎粉改性沥青混合料的平均动稳定度为3 912次/mm。由此可看出,废旧胶胎粉改性沥青混合料的高温性能满足施工规范且优于基质沥青混合料。4 结论1)通过研究胶粉掺量对改性沥青软化点的影响,得出当胶粉掺量为14%时,改性沥青可达到最好的增强效果,此时的掺量可生成胶粉网络具有最好的填充效果,使黏结剂具有最好的高温性能和存储稳定性。2)通过研究胶粉掺量对改性沥青针入度的影响,得出随着胶粉掺量增加,沥青的针入度虽然持续减小,但减小幅度越来越小,当胶粉掺量为14%时胶粉网络已形成,故施工时胶粉掺量选择14%为最佳。3)通过研究胶粉掺量对改性沥青延度的影响,得出随着胶粉
14、掺量的增加,单个胶粉粒子膨胀程度明显下降,粒子之间联系作用减弱,不利于改性沥青延伸。(下转第51页)热储存时间/h0123456图3 不同胶粉掺量下改性沥青5 延度随热储存时间变化规律24.524.023.523.022.522.021.521.020.520.019.519.018.518.017.55 延度/cm胶粉掺量16%胶粉掺量14%胶粉掺量12%改性沥青规范要求废旧胶胎粉改性沥青基质沥青规范要求基质沥青05001 000 1 5002 0002 500 3 0003 500 4 000动稳定度/(次/mm)动稳定度图4 车辙试验结果对照图45交通世界TRANSPOWORLD了避免出
15、现集料压碎值偏高的情况,在厂拌热再生施工材料生产过程中必须严格控制石料质量,这样才能有效减小压碎值,保证沥青路面的整体结构稳定性与使用寿命3。4 厂拌热再生施工工艺及流程4.1 沥青路面铣刨铣刨是厂拌热再生施工中的重要环节,无论是对于后续施工,还是对于施工质量都有着极其重要的影响。铣刨施工中要对施工路段路面提前进行清洗,清洗完成之后方可进行铣刨。提前设置好铣刨机械的参数,铣刨过程中必须按照施工要求控制深度与宽度,严禁超出原沥青层厚度,这样才能保证回收料的质量。4.2 沥青再生剂添加与再生料拌和对于沥青再生剂的添加比例,前文已经通过试验获得准确数据。本项目施工中,沥青再生剂的添加比例由施工方提供
16、,沥青混凝土搅拌站利用计算机系统进行精准控制,按照比例进行添加,以此保证生产的原材料符合施工要求。再生料拌和同样是施工中的关键环节。铣刨料被运输至拌和站之后,先对铣刨料进行预加热处理,待温度达到拌和要求后方可按照预先设置好的比例加入新的沥青料中进行拌和。整个过程中必须严格控制旧料与新料的温度,沥青铣刨料的温度不能高于 125,而新料的拌和温度则不能高于175,新旧料混合之后的温度需要控制在150 左右。在沥青混合料拌和至标准状态之后,由运输车辆进行运输,在运输过程中要做好保温处理,保证在沥青混合料最理想的状态下运输至施工现场进行摊铺施工。4.3 热再生沥青混合料摊铺施工沥青路面大修养护施工过程
17、中,对施工路段进行铣刨施工后要进行清理,保证路面清洁度的前提下进行测量挂线。采用摊铺机进行热再生沥青混合料摊铺施工,路面摊铺宽度、厚度、高度必须与原路面保持一致,松铺系数在1.21.4。在实际施工过程中,摊铺机的自动找平装置会进行找平,但是遇到坑洼时还需要人工填铺处理,利用小型施工机械对坑洼路段进行压实处理之后,利用摊铺机进行大面积摊铺施工,这样才能保证大修养护路段的施工质量。4.4 碾压施工热再生沥青混合料摊铺施工完成之后,为了保证沥青路面的密实度与平整度,并且避免沥青混合料发生位移或者开裂,碾压施工必不可少。完成热再生沥青混合料摊铺施工之后,必须根据施工路段的实际情况采用一台或者数台压路机
18、进行碾压施工。应当在沥青混合料较高温度状态下进行碾压施工,温度下降之后切勿反复碾压,否则不仅会破坏路面结构与密实度,而且还会造成石料破碎,进而影响路面整体施工质量。在碾压施工过程中需要注意,当完成第一次碾压施工后需要使用轮式压路机配合进行复压,这样可以有效提升沥青混合料密实度,复压之后再进行终压,终压需要进行两遍且压路机应关闭振动功能。终压过程中需要安排专业人员跟随监督、观察,避免粘轮。碾压施工同样是厂拌热再生施工中的重要环节,必须予以重视,保证碾压质量,这样才能为施工的整体质量提供保障4。5 结束语综上所述,采用厂拌热再生施工技术可以有效解决沥青路面的病害问题,在这一过程中回收利用了旧沥青路
19、面材料,降低了施工成本,减少能源和资源消耗,同时减少施工对于环境的破坏与污染,是符合可持续发展理念的一项施工技术。因此,随着厂拌热再生施工技术在沥青路面大修养护中的推广应用,加强对该技术的研究具有重要的现实价值。参考文献:1 彭博,姚胜,田鹏江.沥青路面厂拌热再生技术及施工研究以佛山一环西拓旧路处治为例J.工程建设与设计,2019(16):184-185.2 郝春辉.省道沥青路面厂拌热再生施工技术研究J.工程建设与设计,2021(9):150-151,154.3 蔺娟娟.浅析公路工程沥青路面施工技术和质量控制J.技术与市场,2021(6):143,145.4 罗发育.高速公路施工中现场热再生技术应用J.智能城市,2021(5):139-140.(上接第45页)4)通过对废旧胶胎粉改性沥青混合料高温性能的研究,得出废旧胶胎粉改性沥青混合料路用高温性能优于基质沥青混合料,可用于道路施工。参考文献:1 裴玉同.废旧胶粉改性沥青及混合料性能研究J.石油沥青,2018,32(4):36-39.2 王从敬.废旧胶胎粉改性沥青制备工艺及性能研究D.济南:山东建筑大学,2022.3 肖龙,李泉.废胎胶粉与SBS复合改性橡胶沥青混合料性能研究J.湖南交通科技,2022,48(1):5-7.4 陈步增,熊磊.橡胶沥青应力吸收层施工技术在公路中的应用J.交通世界,2021(32):57-58.51