肖 龍， 李 泉

(1.湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410018; 2.湖南云中再生科技股份有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410007;3.湖南省建筑固廢資源化利用工程技術(shù)研究中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410007 )

0 引言

廢舊輪胎回收利用率低，焚燒和填埋是對(duì)其進(jìn)行處理的主要方式， 這給環(huán)境帶來嚴(yán)重危害[1-3]。無害化、資源化利用廢輪胎將對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、緩解環(huán)境和橡膠資源匱乏壓力起到良好的示范作用，具有很好的應(yīng)用前景[4]。將橡膠(廢胎膠粉)加入瀝青制成橡膠瀝青混合料不僅能提高瀝青路面使用性能，還能減少?gòu)U舊輪胎帶來的環(huán)境污染。因此，在瀝青路面工程中大量應(yīng)用廢胎膠粉，符合生態(tài)文明建設(shè)、綠色循環(huán)低碳交通的需求，具有重要的理論意義和工程價(jià)值。近幾十年來對(duì)膠粉改性瀝青的研究表明膠粉改性瀝青可明顯提高瀝青黏度，改善瀝青低溫柔性，提高路面疲勞壽命和抗裂性以及增加瀝青膜的厚度，提高路面耐久性[5-6]，但也存在明顯不足，如常用的機(jī)械加工方式使得膠粉與瀝青間缺少充分的化學(xué)作用，結(jié)合料常以固液兩相存在，成品易離析，穩(wěn)定性差，高溫性能提高幅度有限，從而限制了其應(yīng)用[7]。

針對(duì)上述不足，本研究采用化學(xué)改性技術(shù)，再輔以機(jī)械加工手段，優(yōu)化廢胎膠粉在瀝青中的分布狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了廢胎膠粉改性劑在瀝青中的有機(jī)結(jié)合，成功解決了以往橡膠改性瀝青穩(wěn)定性差、高溫性能不足等問題，能達(dá)到延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命、節(jié)約資源與成本、減少對(duì)環(huán)境破壞的目的。

1 原材料

1.1 復(fù)合改性橡膠瀝青

回收廢舊輪胎，常溫研磨粉碎成40～60目廢胎膠粉。采用70#A級(jí)瀝青作為基質(zhì)瀝青，摻入22%廢胎膠粉、2.5%SBS以及1%新型助劑進(jìn)行膠粉與SBS復(fù)合改性橡膠瀝青加工[8-10]，其加工工藝如下： ① 將70#基質(zhì)瀝青與2.5%SBS放入容器內(nèi)在烘箱中加熱至185 ℃～195 ℃，并以3 000 r/min的速度攪拌5 min。② 加入預(yù)拌好改性助劑的廢胎膠粉，以4000 r/min的速度剪切30 min。③ 剪切后保持170℃～175℃的溫度發(fā)育1.5～2 h。④膠粉與SBS復(fù)合改性橡膠瀝青制備完成后檢測(cè)所得試驗(yàn)結(jié)果見表1，復(fù)合改性瀝青各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)異，彌補(bǔ)了橡膠瀝青延度、彈性恢復(fù)以及軟化點(diǎn)指標(biāo)的不足，展現(xiàn)出高黏與高彈的特性。

1.2 集料試驗(yàn)

ARHM-20混合料粗集料為10～20 mm(石1#)、10～15 mm(石2#)與5～10 mm(石3#)3檔石灰石，細(xì)集料為0～3 mm(石4#)石灰石機(jī)制砂，填料為石灰石礦粉，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，其篩分結(jié)果見表2。ARHM-13混合料粗集料為10～15 mm(輝1#)、5～10 mm(輝2#)、3～5 mm(輝3#)3檔輝綠巖，填料為石灰石礦粉與普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，其篩分結(jié)果見表3。

表2 石灰石與礦粉篩分結(jié)果集料規(guī)格通過下列方孔篩(mm)的質(zhì)量百分率/%26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075石1#10097.667.717.81.30.20.20.20.20.20.20.2石2#10010085.663.59.00.50.40.40.40.40.40.4石3#100100100100100150.60.40.40.40.40.4石4#10010010010010010083.864.743.324.813.49.2礦粉10010010010010010010010010010098.692.5

表3 輝綠巖與水泥篩分結(jié)果集料規(guī)格通過下列方孔篩(mm)的質(zhì)量百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075輝1#10096.06.80.20.20.20.20.20.20.2輝2#10010095.80.70.10.10.10.10.10.1輝3#10010010095.91.20.10.10.10.10.1水泥1001001001001001001001009994.6

2 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

采用復(fù)合改性橡膠進(jìn)行連續(xù)密級(jí)配ARHM-20

與ARHM-13橡膠瀝青混合料研究[11]，合成級(jí)配見表4、圖1與圖2。采用馬歇爾試驗(yàn)方法進(jìn)行兩種橡膠瀝青混合料的配合比試驗(yàn)，確定其最佳油石比，馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可得，與常規(guī)AC-20與AC-13混合料相比，同規(guī)格橡膠瀝青混合料需要更高的油石比，主要原因是復(fù)合改性橡膠瀝青具有較大的黏度，且其合成級(jí)配4.75 mm篩網(wǎng)通過率較低，礦料間隙率較大，需要更多的瀝青來填充空隙，并且保證其余指標(biāo)滿足要求[12]。

表4 復(fù)合改性橡膠瀝青混合料級(jí)配混合類類型項(xiàng)目通過下列方孔篩(mm)的質(zhì)量百分率/%26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075ARHM-20級(jí)配范圍10090-10077-8864-7647-5925-3518-2714-2110-177-135-104-8合成級(jí)配10099.386.966.648.629.222.618.113.28.96.35.1ARHM-13級(jí)配范圍10010010095-10062-7125-3520-2815-2312-1910-158-126-10合成級(jí)配10010010098.666.033.124.620.315.611.69.07.7

圖1 ARHM-20橡膠瀝青混合料級(jí)配曲線

圖2 ARHM-13橡膠瀝青混合料級(jí)配曲線

表5 復(fù)合改性橡膠瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果混合料類型最佳油石比/%空隙率/%穩(wěn)定度/kN毛體積密度/(g·cm-3)飽和度/%礦料間隙率/%ARHM-20實(shí)測(cè)值4.73.911.902.46370.613.4技術(shù)要求—3～5≥7—70～85≥13ARHM-13實(shí)測(cè)值5.74.110.12.53974.116技術(shù)要求—3-5≥7—70-85≥14

3 路用性能

對(duì)ARHM-20與ARHM-13橡膠瀝青混合料進(jìn)行路用性能試驗(yàn)，通過浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度之比驗(yàn)證其水穩(wěn)定性能，通過60 ℃動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)驗(yàn)證其高溫性能，通過-10 ℃低溫彎曲試驗(yàn)驗(yàn)證其低溫抗裂性能，試驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6可得，兩種橡膠瀝青混合料均具有很好的抗水損性能、高溫抗車轍性能以及低溫抗裂性能，完全能適應(yīng)南方高溫多雨以及北方寒冷的氣候條件，驗(yàn)證了該復(fù)合改性橡膠瀝青的優(yōu)越性。

表6 路用性能試驗(yàn)結(jié)果混合料類型浸水馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度/kN標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度/kN殘留穩(wěn)定度/%動(dòng)穩(wěn)定度/(次·mm-1)未凍融/MPa凍融循環(huán)/MPa凍融劈裂強(qiáng)度比/%破壞應(yīng)變(-10 ℃)/μ?ARHM-2010.8811.9091.44 2000.740.6689.22 640ARHM-139.6210.1095.34 5000.780.7292.32 680技術(shù)要求——≥85≥4 000——≥80≥2 500

4 結(jié)論

1) 采用70#A級(jí)瀝青作為基質(zhì)瀝青，摻入22%廢胎膠粉、2.5%SBS摻量以及1%新型助劑進(jìn)行膠粉與SBS復(fù)合改性，生產(chǎn)出來的復(fù)合改性橡膠瀝青指標(biāo)優(yōu)異，彌補(bǔ)了橡膠瀝青延度、彈性恢復(fù)以及軟化點(diǎn)指標(biāo)的不足，展現(xiàn)出高黏與高彈性。

2) 連續(xù)密集配ARHM-20與ARHM-13橡膠瀝青混合料力學(xué)指標(biāo)與體積指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

3) 連續(xù)密集配ARHM-20與ARHM-13橡膠瀝青混合料抗水損性能、高溫抗車轍性能以及低溫抗裂性能優(yōu)異，完全能適應(yīng)南方高溫多雨以及北方寒冷的氣候條件。