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橡胶粉复合改性沥青及沥青混合料性能研究

　文章编号:0451-0712(2007)11-0163-05 中图分类号:U414.750.1 文献标识码:B

橡胶粉复合改性沥青及沥青混合料性能研究朱梦良,胡　杰(长沙理工大学公路工程学院　长沙市　410076)

摘　要:按照美国SHRP沥青结合料评价方法对橡胶粉和PE复合改性沥青主要性能进行了测试分析,并分析了复合改性沥青混合料AC13的高温稳定性、水稳定性等。试验表明,加入不同剂量的橡胶粉和废旧PE复合改性剂,可以显著地改善沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性。关键词:SHRP;橡胶粉;聚乙烯改性沥青;沥青混合料

废旧轮胎属于聚合物材料,在自然条件下不易降解,我国每年废弃的废旧轮胎近500万t,给我国的生态环境带来了很大的压力。把废旧轮胎加工成橡胶粉,用于道路改性沥青,既可以提高路用性能、降低工程成本,又能改善环境,节省资源。20世纪80年代以来,我国进行了道路用橡胶粉改性沥青的研究,

但有关橡胶粉和聚乙烯(PE)复合改性沥青的研究

较少。本文着重研究了橡胶粉、PE复合改性沥青和沥青混合料的主要性能,采用BBR、DSR和布氏粘度试验评价橡胶粉改性沥青的性能,并采用车辙试验和马歇尔试验分析沥青混合料的高温稳定性、水稳定性等。

1　橡胶粉改性沥青的高温性能美国SHRP沥青结合料路用性能规范是建立在沥青材料各项路用性能的基础上提出的评价指标,

能够较好地反映沥青性能的改善效果,具有较高的实用性。因此,研究者认为它不仅适用于普通沥青,

也适用于改性沥青。SHRP方法中评价沥青结合料高温稳定性,采用动态剪切流变仪(DSR)

,以

3󰃗sin∆作为评价指

标,试样在设计温度下(70℃),测定其G

3󰃗sin∆不得

小于110kPa,其中G3是动态剪切复数劲度模量,

G3越大表示沥青的劲度越大,抗流动变形能力越

强,车辙因子G

3󰃗sin∆越大,弹性成分越大,抗车辙

能力越好。本文应用湿法制作橡胶粉复合改性沥青,

其DSR试验结果见表1。从表1和图1～图4可以看出:

表1　橡胶粉改性沥青的DSR试验结果橡胶粉󰃗%PE󰃗%复数劲度模量G3󰃗MPa车辙因子G3󰃗sin∆相位角∆

000145601457861431119111985144115011518511511992108413

50110311058010311972100801442120213378185316131697815

100111511177714331994123701444102412770155612161597016

150118011936913351385188661146163610169165812191026515　注:试验温度为70℃

(1)在橡胶粉掺量一定的情况下,分别加入不同

掺量PE,随着PE掺量的增加,动态剪切复数劲度模量G3逐渐变大,说明改性沥青具有较好的高温稳定性;

(2)在基质沥青中分别加入3%、4%、5%的

PE,

动态剪切复数劲度模量G3在变大,并且随着PE掺量的加大,G3逐渐变大;

收稿日期:2007-04-03

3󰃗sin∆与改性剂掺量的关系

图3　复数劲度模量G3与橡胶粉掺量的关系

图4　车辙因子G

3󰃗sin∆与橡胶粉掺量的关系

(3)在基质沥青中分别加入5%、10%、15%的橡

胶粉,动态剪切复数劲度模量G3变大,并且随着橡胶粉掺量的加大,G3逐渐变大。

2　橡胶粉改性沥青的低温性能路面温缩开裂通常是由于沥青在使用过程中不断老化,劲度模量不断增加,沥青的低温柔性逐步转化为脆性造成,在研究沥青低温性能时可采用弯曲梁流变仪(BBR)

测定低温弯曲蠕变劲度模量S作为

主要指标。在试验温度下(-12℃)测定60s的劲度模量S和60s加载时间的蠕变曲线的斜率m,要求60s时的S不得大于300MPa,m值不得小于0130。橡胶粉改性沥青的BBR试验结果见表2。

表2　橡胶粉改性沥青的BBR试验结果橡胶粉󰃗%PE󰃗%蠕变劲度S󰃗MPa应力释放速率m

00551901540369170148048517014645911401456

50571801500368130147547417014545871001435

100581201486370160149247215014615781801425

150591401436360110149046318013975691201400

图5　蠕变劲度S与改性剂掺量的关系图6　应力释放速率m与改性剂掺量的关系图7　蠕变劲度S与橡胶粉掺量的关系

图8　应力释放速率m与橡胶粉掺量的关系(1)在

PE掺量一定的情况下,分别加入不同掺

量的橡胶粉,随着橡胶粉掺量的增加,低温弯曲蠕变劲度模量S逐渐变小,说明胶粉复合改性沥青具有较好的低温稳定性;

(2)在基质沥青中分别加入3%、4%、5%的

PE,

低温弯曲蠕变劲度模量S在变大,并且随着PE掺量的增加,S逐渐变大;

(3)在基质沥青中分别加入5%、10%、15%的橡

胶粉,其低温弯曲蠕变劲度模量S随橡胶粉掺量增加而小幅度增大,但随橡胶粉掺量增加橡胶粉对PE

引起的低温脆性有显著改善,即随橡胶粉掺量增加而复合改性沥青的低温弯曲蠕变劲度模量S呈现显著降低。

3　橡胶粉改性沥青的粘度沥青粘度能很好地反映沥青的流变学特性,过去也常作为高温性能的评价指标。粘度越大,抗车辙性能越好。旋转粘度试验也可用来评价改性沥青的泵送能力,橡胶改性沥青粘度过大,施工时可能会发生困难,所以要求测定的135℃粘度一般不超过315Pa・s

。橡胶改性沥青粘度测定采用布洛克菲尔德

型旋转粘度计,胶粉改性沥青的粘度试验结果见表3。从表3和图9、图10可以看出:

(1)在基质沥青中分别加入5%、10%、15%橡胶

粉,改性沥青的粘度增大,并且随着橡胶粉掺量的增加,改性沥青的粘度逐渐地增大;

(2)在基质沥青中分别加入3%、4%、

5%PE

改

性沥青的粘度增大,并且随着PE掺量的增加,改性沥青的粘度不断地增大;

—561—

2007年　第11期朱梦良　胡　杰:橡胶粉复合改性沥青及沥青混合料性能研究

000.328131130.655131140.975191551.0352017

500.700141031.430281641.965391152.1604312

1001.855371133.100621044.162331355.7874613

1503.340661837.662611348.900711259.9387915

图9　粘度与改性剂掺量的关系

图10　粘度与橡胶粉掺量的关系(3)在橡胶粉掺量一定的情况下,分别加入不同

掺量PE,随着PE掺量的增加,改性沥青的粘度逐渐增大,说明改性沥青具有较好的高温稳定性;

(4)根据135℃粘度指标不超过31

5Pa・s

的标

准,从改性沥青的泵送性角度考虑,橡胶粉复合改性沥青的改性剂掺量以10%橡胶粉+3%PE为宜,其实测135℃的粘度为311Pa・s,小于315Pa・s。

4　橡胶粉改性沥青混合料的马歇尔试验结果按照确定的矿质混合料配合比,计算各矿料用量,根据推荐的沥青用量范围制备试件。按《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)

规

定的技术指标要求,根据马歇尔试验结果,确定AC213沥青混合料的最佳油石比为419%,基质沥青为镇海AH270,AC213沥青混合料的级配范围见表4。　

表4　AC-13沥青混合料的级配范围筛孔尺寸󰃗mm161312915417521361118016013011501075

合成级配󰃗%9919911377155212381321191113919717612

中值󰃗%10095775337271914106

级配范围󰃗%10090～10068～8538～6824～5015～3810～287～205～154～8

从表5中胶粉改性沥青混合料的体积参数来看,胶粉的掺量对沥青混合料的体积参数影响较大,这主要体现在胶粉中存在较多的不溶物(如碳黑填料、纤维等),因颗粒非常细,对沥青混合料具有一定的填充作用,因此,随胶粉的掺量增加而空隙率减小。PE的掺量对沥青混合料的体积参数也有较大的影响,随PE的掺量增加而沥青的粘度显著增大,从而使沥青混合料不易压实,空隙率因此增大。橡胶粉对沥青混凝土起较好的填充作用,所以橡胶粉沥青混凝土的空隙率比基质沥青混凝土的空隙率小,稳定度也随橡胶粉掺量的增加而变大。但在加入10%的橡胶粉后,增加的橡胶粉会对沥青混凝土原有的骨架有一定的撑开作用,且大量的橡胶粉会增大沥青混凝土的弹性而使得压实不足,所以空

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