陳俊彥

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

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廢膠粉改性瀝青及其OGFC混合料高溫性能研究

陳俊彥

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

為研究廢膠粉改性瀝青及其OGFC混合料的高溫性能，采用軟化點(diǎn)試驗(yàn)、布氏黏度試驗(yàn)、DSR試驗(yàn)研究廢膠粉改性瀝青的高溫性能，車轍試驗(yàn)研究廢膠粉改性瀝青的OGFC混合料高溫性能。結(jié)果表明：廢膠粉高溫性能隨廢膠粉摻量的增加更優(yōu)越；廢膠粉摻量增加，OGFC混合料高溫性能提高；將廢膠粉改性瀝青的高溫性能與廢膠粉改性瀝青OGFC混合料高溫性能綜合分析，瀝青高溫性能試驗(yàn)與廢膠粉改性瀝青OGFC混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果整體一致。

廢膠粉改性瀝青；OGFC；高溫性能；廢膠粉摻量

近2年來(lái)，隨著“海綿城市”概念的提出，排水性瀝青路面再次成為公路行業(yè)的熱點(diǎn)[1]。傳統(tǒng)的排水性瀝青路面一般用SBS改性瀝青作為膠結(jié)料，其原因是SBS改性瀝青擁有高黏性，且高溫性能優(yōu)異。在諸多改性瀝青中，廢膠粉改性瀝青黏度一般在SBS改性瀝青之上，且高溫性能良好；此外，與OGFC瀝青路面共有的特點(diǎn)是[2-3]：①低溫性能好。OGFC除了排水性能優(yōu)異外，抗凍性能也較好；廢膠粉改性瀝青在低溫性能方面非常優(yōu)異，甚至已經(jīng)超過(guò)了SBS改性瀝青。②降噪性能好。OGFC自身空隙率大，在車輛行駛時(shí)具有優(yōu)異的降噪性能；廢膠粉改性瀝青路面利用廢膠粉顆粒與輪胎接觸時(shí)契合也能降噪，而且效果良好。③抗滑性能好。OGFC構(gòu)造深度大，抗滑性能優(yōu)異；廢膠粉在改性瀝青路面中具有顆粒狀存在的特點(diǎn)，可增大摩阻力，也擁有良好的抗滑性。④級(jí)配。廢膠粉改性瀝青最合適的級(jí)配為斷級(jí)配，而OGFC恰好是斷級(jí)配的混合料。在諸多契合點(diǎn)下的廢膠粉改性瀝青OGFC性能將比SBS改性瀝青OGFC下的更加優(yōu)異，但是由于廢膠粉改性瀝青在高溫性能方面有所欠缺，可能會(huì)極大影響OGFC的高溫性能?；诖耍疚尼槍?duì)廢膠粉改性瀝青OGFC進(jìn)行研究，測(cè)試廢膠粉改性瀝青OGFC的高溫性能與廢膠粉摻量的關(guān)系。

國(guó)內(nèi)外對(duì)OGFC研究很多，運(yùn)用技術(shù)最成熟的是日本，日本從20世紀(jì)70年代開始引進(jìn)透水性瀝青路面，現(xiàn)在已經(jīng)在研究與規(guī)范上形成了一套完整的體系[4-7]。我國(guó)第一條排水性路面鋪筑在杭州金華，通過(guò)調(diào)查表明OGFC具有減少水薄膜形成、增大摩阻力、減少夜間炫光的作用。現(xiàn)在，大部分的OGFC都是以SBS改性瀝青作為膠結(jié)材料，但是，經(jīng)過(guò)對(duì)橡膠瀝青的研究發(fā)現(xiàn)，橡膠瀝青也能滿足OGFC對(duì)瀝青的要求。

1 試驗(yàn)材料及試樣制備

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)使用的廢膠粉改性瀝青為自制，目數(shù)為80目，摻量分別為5%，10%，15%，20%，25%。70號(hào)基質(zhì)瀝青基本指標(biāo)見表1；試驗(yàn)所使用的集料來(lái)自山西大同玄武巖，玄武巖基本性能指標(biāo)見表2；廢膠粉改性瀝青OGFC級(jí)配見表3。

表1 70號(hào)基質(zhì)瀝青基本指標(biāo)

表2 玄武巖基本性能指標(biāo)

表3 廢膠粉改性瀝青OGFC級(jí)配

1.2 廢膠粉改性瀝青制備

第1步，將基質(zhì)瀝青加熱至180℃，取適量的瀝青備用。第2步，往基質(zhì)瀝青中加入摻量分別為5%，10%，15%，20%，25%的廢膠粉，邊加入廢膠粉邊用玻璃棒攪拌，溫度控制在180 ℃，攪拌5min后放入180 ℃烘箱中保溫。第3步，用高速剪切儀剪切廢膠粉與基質(zhì)瀝青，剪切速度為5 000 rad/min，剪切時(shí)間為45 min，溫度控制在180 ℃，隨后冷卻瀝青備用。

2 瀝青高溫性能

瀝青高溫性能與瀝青混合料高溫性能有著密切的聯(lián)系，一般來(lái)說(shuō)，瀝青高溫性能越好，混合料高溫性能也越好。本次瀝青高溫性能測(cè)試主要分為3部分：①軟化點(diǎn)試驗(yàn)；②布氏黏度試驗(yàn)；③車轍因子試驗(yàn)。

2.1 軟化點(diǎn)試驗(yàn)

將不同摻量的廢膠粉改性瀝青進(jìn)行軟化點(diǎn)測(cè)試，測(cè)試表征高溫性能指標(biāo)之一的軟化點(diǎn)與廢膠粉摻量的關(guān)系。①試驗(yàn)步驟：參照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T0606-2011；②試驗(yàn)溫度：25℃。不同廢膠粉摻量軟化點(diǎn)結(jié)果見表4；軟化點(diǎn)與廢膠粉摻量關(guān)系如圖1所示。

分析表4與圖1可知：隨廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青軟化點(diǎn)溫度先升高后降低。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行3次擬合，廢膠粉改性瀝青軟化點(diǎn)與廢膠粉摻量關(guān)系符合3次函數(shù)y=-0.0006x3-0.0084x2+0.9329x+53.8，R2=0.8324。

表4 不同廢膠粉摻量軟化點(diǎn)結(jié)果

2.2 布氏黏度試驗(yàn)

對(duì)不同摻量的廢膠粉進(jìn)行布氏黏度測(cè)試，研究布氏黏度隨廢膠粉摻量的變化關(guān)系。①試驗(yàn)步驟：參照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T0625-2011;②轉(zhuǎn)子：28號(hào)；③試驗(yàn)溫度：135 ℃；④轉(zhuǎn)速： 10 rad/s。不同摻量廢膠粉布氏黏度見表5；廢膠粉改性瀝青布氏黏度與摻量關(guān)系如圖2所示。

分析表5與圖2可知：隨廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青布氏黏度先增長(zhǎng)后減小，并且符合3次函數(shù)y=0.3067x3- 23.3429x2+537.6191x-148，R2=0.9158。隨廢膠粉含量增大，膠粉吸收的瀝青油分越多，廢膠粉改性瀝青越粘稠，布氏黏度越大;當(dāng)增長(zhǎng)到一定的階段，由于廢膠粉顆粒間間距逐漸減小，導(dǎo)致廢膠粉改性瀝青與轉(zhuǎn)子的剪切阻力逐漸變小，因此廢膠粉改性瀝青布氏黏度會(huì)逐漸變小。

表5 不同摻量廢膠粉布氏黏度

2.3 車轍因子試驗(yàn)

分別測(cè)試廢膠粉摻量為5%，10%，15%，20%，25%的廢膠粉改性瀝青的車轍因子，用車轍因子表征瀝青高溫性能。①試驗(yàn)步驟：參照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T0628-2011；②試驗(yàn)溫度分別為：52 ℃、58 ℃、64 ℃、70 ℃。DSR試驗(yàn)結(jié)果見表6；不同溫度下車轍因子與廢膠粉摻量關(guān)系如圖3所示。

分析表6與圖3可知：在溫度52 ℃與56 ℃下，隨廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青車轍因子先增大后減小；在溫度64 ℃與70 ℃下，廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青車轍因子持續(xù)增大。當(dāng)溫度超過(guò)64 ℃時(shí)，廢膠粉摻量變化對(duì)車轍因子影響不明顯，這說(shuō)明高溫下，廢膠粉摻量這個(gè)影響因子對(duì)高溫性能影響微弱。

表6 DSR試驗(yàn)結(jié)果 kPa

試驗(yàn)溫度/℃廢膠粉摻量/%510152025524.3427.2359.26613.25811.147581.8453.1545.2967.4696.347640.9971.2892.0152.4872.547700.5230.5670.9671.2461.313

3 混合料高溫性能

混合料高溫性能研究主要是對(duì)上文得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。表征混合料高溫性能的指標(biāo)為動(dòng)穩(wěn)定度，分別對(duì)廢膠粉摻量為5%，10%，15%，20%，25%的廢膠粉改性瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)。①試驗(yàn)步驟：參照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T0719-2011；②試驗(yàn)溫度分別為：52 ℃、58 ℃、64 ℃、70 ℃；③試件尺寸：300 mm×300 mm×50 mm；車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果見表7；不同溫度廢膠粉摻量與動(dòng)穩(wěn)定度關(guān)系如圖4所示。

分析表7與圖4可知：廢膠粉改性瀝青OGFC中廢膠粉摻量越多，動(dòng)穩(wěn)定度越大；相同的廢膠粉摻量，溫度越高，動(dòng)穩(wěn)定度越小。

表7 車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度 次/mm

試驗(yàn)溫度/℃廢膠粉摻量/%5101520255236003810404842824210583076336838973931386764256028463197336435127020892326258926662895

綜合上文中的軟化點(diǎn)試驗(yàn)、布氏黏度試驗(yàn)、DSR試驗(yàn)結(jié)果可知，廢膠粉改性瀝青中廢膠粉摻量增加，高溫性能整體上會(huì)更加優(yōu)異；將DSR試驗(yàn)與車轍試驗(yàn)對(duì)比，車轍因子與廢膠粉改性瀝青中廢膠粉摻量關(guān)系和動(dòng)穩(wěn)定度與廢膠粉改性瀝青中廢膠粉摻量關(guān)系基本保持一致，但是在廢膠粉摻量為25%這個(gè)點(diǎn)上會(huì)有差別，因此，可認(rèn)為車轍因子可以大致反應(yīng)瀝青的高溫性能。

4 結(jié)論

通過(guò)軟化點(diǎn)試驗(yàn)、布氏黏度試驗(yàn)、DSR試驗(yàn)與車轍試驗(yàn)，對(duì)廢膠粉改性瀝青與廢膠粉改性瀝青混合料的高溫性能進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論：

1)隨廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青軟化點(diǎn)和布氏黏度先增加后減小。廢膠粉含量增大，膠粉吸收的瀝青油分越多，廢膠粉改性瀝青越粘稠，布氏黏度越大；當(dāng)增長(zhǎng)到一定的階段，由于廢膠粉顆粒間間距逐漸減小，導(dǎo)致廢膠粉改性瀝青與轉(zhuǎn)子的剪切阻力逐漸變小。

2)在溫度為52 ℃與58 ℃下，隨廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青車轍因子先增大后減?。辉跍囟葹?4 ℃與70 ℃下，隨廢膠粉摻量增大，廢膠粉改性瀝青車轍因子持續(xù)增大。廢膠粉改性瀝青OGFC中廢膠粉摻量越多，動(dòng)穩(wěn)定度越大；相同的廢膠粉摻量，溫度越高，動(dòng)穩(wěn)定度越小。

3)摻入廢膠粉的改性瀝青及OGFC混合料，其高溫性能可得到改善。

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(責(zé)任編輯 吳鴻霞)

Study on High Temperature Properties of Crumb Rubber Modified Asphalt and Its OGFC Mixture

ChenJunyan

(Shanxi Transportation Research Institute,Taiyuan Shanxi 030006)

In order to study the high temperature performance of crumb rubber modified asphalt and OGFC mixture,the high temperature performance and rutting test of crumb rubber modified asphalt was studied by softening point test, Brinell viscosity test and DSR test.The high temperature performance of crumb rubber modified asphalt OGFC mixture was studied by rutting test.The results showed that the high temperature performance of waste rubber powder was better than that of the waste rubber powder.With the increase of waste rubber powder content,the high temperature performance of OGFC mixture was improved.The high temperature performance of crumb rubber modified asphalt and the high temperature performance of crumb rubber modified asphalt OGFC mixture were analyzed.The results showed that the high temperature performance of asphalt mixture was consistent with the test results of crumb rubber modified asphalt OGFC mixture.

crumb rubber modified asphalt;OGFC;high temperature performance;waste rubber powder content

2017-03-30

陳俊彥，工程師，本科。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.03.012

U416.2

A

2095-4565(2017)03-0052-04