活化废胶粉改性沥青混合料路用性能研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言沥青混合料是公路工程最常用的路面材料。废胶粉是废旧轮胎经过破碎、粉碎、筛分等工艺制成的一种粉状物质，将废胶粉用于沥青混合料的改性，可实现废物再利用，提高沥青混合料性能。但是，废胶粉、沥青之间存在相容性差等问题，直接将废胶粉添加到沥青中会导致沥青混合料稳定性降低。为解决该问题，向废胶粉中添加一定比例的柴油作为活化剂，使其与沥青形成更好的相容性。本文以SMA-13型沥青混合料为研究对象，探讨活化废胶粉对沥青混合料路用性能的影响。1 活化废胶粉改性沥青混合料配合比设计采用马歇尔配合比设计，考虑废胶粉颗粒、柴油对沥青混合料级配的影响，级配类型为SMA-13，通过马歇尔试验测定不同配合比活化废胶粉改性沥青混合料的稳定度、流值、空隙率等指标，根据稳定度、流值关系曲线确定最佳油石比。1.1 集料、矿粉1）粗集料：粗集料由碎石、砂石组成，其粒径范围为513.2 mm。粗集料的性能指标包括针片状含量、压碎值、吸水率等，其试验结果见表1。2）细集料：细集料由砂石和矿粉组成，其粒径范围为05 mm。细集料的性能指标包括含泥量、表观相对密度、砂当量等，具体见表2。3）填料：填料主要由矿粉组成，即通过0.075 mm筛孔的细颗粒物质，其作用是填充集料之间的空隙，提高沥青混合料的密实度、稳定性。填料的性能试验数据见表3。表1 粗集料性能指标试验结果试验细目压碎值（%）表观相对密度吸水率（%）磨耗损失（%）黏附性9.5mm针片状含量（%）9.5mm针片状含量（%）标准要求26.02.602.028.04.012.018.0试验结果9.5016.0 mm13.692.840.7416.785.107.204.759.50 mm12.582.710.5215.105.3010.01表2 细集料性能指标试验结果试验细目含泥量（%）表观相对密度砂当量（%）标准要求15.02.4060.01试验结果10.202.5676.01表3 矿粉性能指标试验结果检测细目外观质量表观密度/（g/cm3）含水量（%）标准要求无团粒结块2.401.01试验结果无团粒结块2.750.461.2 级配选择SMA-13 型矿料级配具有高粗集料含量、低空隙率，可提高沥青混合料的高温稳定性、耐磨性。选择SMA-13型矿料级配作为沥青混合料级配类型，级配范围如表4所示。基于表 4 所列级配范围针对油石比 5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%的混合料开展马歇尔试验，根据试验结果绘制混合料稳定度、流值的关系曲线，如图 1收稿日期：2023-05-11作者简介：张文利（1970），女，湖南祁阳人，从事交通运输技术应用方面的教学与科研工作。基金项目：2022年贵州理工学院校级一流项目（0305023002）活化废胶粉改性沥青混合料路用性能研究张文利1，李杰3，王礼福2，付建伟2，唐晖3（1贵州理工学院，贵州 贵阳 550001；2.贵州省公路开发集团，贵州 贵阳 550001；3贵州黔程弘景工程咨询有限公司，贵州贵阳 550001）摘要：废胶粉可作为改性剂改善沥青混合料性能，但废胶粉、沥青之间相容性不佳，直接混合会降低沥青混合料的稳定性。为解决该问题，可在废胶粉中加入一定量的柴油作为活化剂，促进废胶粉与沥青的结合。基于此，对活化废胶粉改性沥青混合料配合比的设计进行研究。首先，分析了该混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳性。然后，验证了活化废胶粉改性沥青混合料具有优良的路用性能，最终确定采用活化废胶粉改性后的沥青混合料可满足沥青路面设计标准。关键词：沥青路面；活化废胶粉；改性沥青；混合料中图分类号：U445.4文献标识码：A25总655期2023年第25期（9月 上）所示。图1 马歇尔试验结果由图1可知，OAC1=()a1+a2+a3+a44，其中al、a2、a3、a4分别为 6.08%、6.50%、6.11%、6.10%，则OAC1为 6.20%；OAC2=OACmin+OACmax2=6.3%；最 佳沥青用量OAC=OAC1+OAC22=6.3%。2 活化废胶粉改性沥青混合料的高温稳定性分析为评价活化废胶粉对改性沥青混合料高温稳定性的影响，采用车辙试验方法，按照公路沥青路面施工技术规范（JTJ 0522000）的要求，针对不同微波辐射强度的复合活化废胶粉改性沥青混合料进行试验。试验中，动稳定度的试验温度为60，试验荷载为0.7MPa，试验频率为1 Hz，试验时间为1 200s。由图2可知，复合活化废胶粉改性沥青混合料的动稳定度随着微波辐射强度的变化呈现出不同的规律，其中，微波辐射强度为0.9 kJ/g时，动稳定度达到最大值，而微波辐射强度为0.3 kJ/g时，动稳定度达到最小值。此外，与未经活化的改性沥青混合料相比，复合活化废胶粉改性沥青混合料的动稳定度都有所降低。图2 复合活化废胶粉改性沥青混合料动稳定度变化情况3 活化废胶粉改性沥青混合料的低温抗裂性分析为评价活化废胶粉对改性沥青混合料低温抗裂性的影响，采用低温弯曲试验方法，按照公路沥青路面施工技术规范（JTJ 0522000）的要求进行试验，测定改性沥青混合料发生破坏时的最大弯拉应变，作为低温抗裂性的评价指标，试验加载温度为-10，具体结果见图3。图3 复合活化废胶粉改性沥青混合料最大弯拉应变变化情况由图3可知，复合活化废胶粉改性沥青混合料的最大弯拉应变随微波辐射强度的变化呈现不同规律，其中，微波辐射强度为1.2 kJ/g时，最大弯拉应变达到最大值，微波辐射强度为0.3 kJ/g时，最大弯拉应变达到最小值。此外，与未经活化的改性沥青混合料相比，复合活化废胶粉改性沥青混合料最大弯拉应变改善幅度达27%，原因是复合活化废胶粉柴油预溶胀可有效补充沥青轻质组分，提高沥青韧性，从而增强改性沥青混合料的低温抗裂性能。表4 SMA-13型矿料级配范围筛孔/mm级配上限级配下限级配中值合成级配通过百分率（%）16.0100.0100.0100.0100.013.20100.090.095.097.09.5075.050.062.5064.04.75034.020.027.025.02.36026.015.020.5021.01.18024.014.017.015.00.6020.012.016.017.00.3016.010.013.015.00.15013.09.011.012.00.075 012.08.010.011.026交通世界TRANSPOWORLD4 活化废胶粉改性沥青混合料的水稳性分析采用浸水马歇尔试验评价活化废胶粉对改性沥青混合料水稳性的影响，测定改性沥青混合料浸水48 h后、浸水30 min后的稳定度，计算两者的比值，即浸水残留稳定度，具体结果见图4。图4 复合活化废胶粉改性沥青混合料浸水残留稳定度变化情况由图4可知，全部复合活化废胶粉改性沥青混合料的浸水残留稳定度均符合规范要求，均超过85%，说明复合活化废胶粉可以提高改性沥青混合料的抗水损害能力，但对改性沥青混合料的水稳性影响不明显，变化幅度小于3%。微波辐射强度超过1.2kJ/g时，复合活化废胶粉改性沥青混合料的浸水残留稳定度更高，微波作用与其辐射强度成正比，且微波辐射强度超过1.2kJ/g 时，复合活化废胶粉改性沥青混合料水稳性更好。5 结论本文以SMA-13型沥青混合料为研究对象，探讨了活化废胶粉对改性沥青混合料路用性能的影响，通过马歇尔试验确定最佳油石比为6.3%，并通过车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验分析了不同微波辐射强度的复合活化废胶粉改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳性，主要结论如下：1）复合活化废胶粉改性沥青混合料的动稳定度随微波辐射强度的变化呈现出不同的规律，其中，微波辐射强度为0.9 kJ/g时，动稳定度达到最大值，而微波辐射强度为0.3 kJ/g时，动稳定度达到最小值，说明柴油预溶胀会影响混合料的高温稳定性，而微波辐射可消除影响。2）复合活化废胶粉改性沥青混合料的最大弯拉应变随微波辐射强度的变化呈现不同规律。其中，微波辐射强度为1.2 kJ/g时，最大弯拉应变达到最大值，微波辐射强度为 0.3 kJ/g时，最大弯拉应变达到最小值。柴油预溶胀可有效补充沥青轻质组分，改善混合料低温抗裂性能。3）复合活化废胶粉改性沥青混合料的浸水残留稳定度均符合规范要求，但对改性沥青混合料的水稳性影响不明显，变化幅度小于3%，相较未活化改性沥青，复合活化废胶粉改性沥青混合料水稳性更好。综上所述，活化废胶粉可作为一种有效的改性剂，提高改性沥青混合料的路用性能，同时实现废物再利用，具有很好的环境效益和经济效益。参考文献：1 马峰，伍迪，傅珍，等.SBS/废胶粉复合改性沥青及混合料路用性能J.应用化工，2022，51（4）：937-941.2 李艳丽.温拌再生SBS改性沥青混合料路用性能研究J.合成材料老化与应用，2023，52（2）：68-71.3 孙泽强，周晓蕾，宋亮，等.SBS/胶粉复合改性沥青混合料研究进展J.中外公路，2021，41（6）：239-244.4 冯新军，李旺，张喆.TLA+废胶粉复合改性沥青混合料路用性能研究J.公路与汽运，2020（6）：61-64.5 李宁.TLA改性沥青及其混合料路用性能研究J.公路与汽运，2021（6）：65-68.7 姚云生.高速公路沥青路面材料路用性能试验研究J.合成材料老化与应用，2023，52（1）：70-72.8 罗俊友.基于路用性能的SBS改性沥青混合料再生方式影响分析J.西部交通科技，2023（3）：9-11.27