摘 要：文章為了研究稻殼灰對橡膠改性瀝青路用性能的影響，對不同摻量（0、1%、2%、3%及4%）下的稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青分別進(jìn)行瀝青及瀝青混合料性能試驗(yàn)。結(jié)果表明，在一定摻量范圍內(nèi)，隨著稻殼灰的摻入，可有效改善橡膠改性瀝青的抗高溫能力、抗變形能力及抗水損害能力，但會(huì)降低其疲勞性能和低溫性能。在綜合考慮路用性能和規(guī)范要求的前提下，稻殼灰可作為橡膠改性瀝青的有效改性劑，工程應(yīng)用最佳推薦摻量為3%。

關(guān)鍵詞：道路工程；稻殼灰；橡膠改性瀝青；復(fù)合改性；路用性能

中圖分類號：U416.217A030074

0"引言

隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，國內(nèi)汽車保有量越來越多，隨之出現(xiàn)了大量的廢舊橡膠輪胎，這些廢舊橡膠輪胎難以分解于自然界，傳統(tǒng)的處理方法一般有焚燒、掩埋等方式，但這些處理方式會(huì)破壞生態(tài)植物生長，惡化自然環(huán)境，嚴(yán)重地威脅著人類的生存環(huán)境和身體健康［1］。目前國際上對于廢舊橡膠輪胎的固廢處理主要集中在公路建設(shè)上，通過將回收的廢舊橡膠輪胎進(jìn)行二次破碎粉化加工，以瀝青改性劑的形式添加到基質(zhì)瀝青中，調(diào)制成性能優(yōu)良的橡膠改性瀝青，用于道路瀝青面層的建設(shè)［2］。

稻殼灰是一種綠色環(huán)保可再生材料，主要是由秸稈、稻殼在經(jīng)過焚燒除塵后得到的細(xì)灰，含有的主要成分是SiO2、CaO及MgO等氧化物及多種微量元素，SiO2具有很高的類似于火山灰的活性，以無定形、納米級的形式存在，是作為瀝青類改性劑很好的材料［3］。

王昌義等［4］采用電鏡掃描的方式對不同處理工藝后的稻殼灰進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)稻殼灰主要以不定形SiO2含量為主，具有較高的活性和吸附作用，在與瀝青結(jié)合后形成穩(wěn)定的三維層狀結(jié)構(gòu)，抗車轍能力得到極大提高；王晨等［5］為了研究稻殼灰和鋼渣資源再利用的可行性，在砂漿中分別摻入稻殼灰和鋼渣，進(jìn)行物理力學(xué)性能和施工性能測試，通過對比研究發(fā)現(xiàn)了稻殼灰和鋼渣在CA砂漿中的最佳配比，并闡述了稻殼灰和鋼渣分別在CA砂漿中所起的作用；姬楓［6］分別對添加不同摻量稻殼灰的改性瀝青進(jìn)行瀝青和瀝青混合料試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)稻殼灰可以提高改性瀝青的高溫性能、水穩(wěn)定性能及溫度敏感性，但會(huì)降低其低溫抗開裂能力和存儲穩(wěn)定性；蔡俊等［7］對稻殼灰改性瀝青進(jìn)行老化后的三大指標(biāo)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示稻殼灰可以改善基質(zhì)瀝青的抗老化能力。

在我國將稻殼灰作為橡膠改性瀝青的改性助劑是一種全新的探索，相關(guān)研究人員對其內(nèi)部的改性機(jī)理和規(guī)律認(rèn)識仍然不夠深入，目前國內(nèi)在這方面的研究幾乎空白。基于此，本文將制備不同摻量的稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青，分別進(jìn)行瀝青及瀝青混合料性能試驗(yàn)，全面系統(tǒng)地分析其路用性能，為稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的施工和工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1"試驗(yàn)原材料

橡膠改性瀝青的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果見表1，結(jié)果均滿足《橡膠瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（DB 45/T 1098-2014）［10］的要求。本試驗(yàn)所用稻殼灰為廣西崇左市的廢舊秸稈高溫焚燒所得，經(jīng)過行星球磨機(jī)研磨和0.075 mm篩網(wǎng)后的稻殼灰各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)如表2所示。

2"稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青制備

在180 ℃的烘箱中放入成品橡膠改性瀝青加熱3 h，直至完全融化，然后在橡膠改性瀝青中加入一定質(zhì)量的稻殼灰（分別為橡膠改性瀝青質(zhì)量的0、1%、2%、3%、4%），不斷攪拌直至均勻，隨后放入轉(zhuǎn)速為5 000 r/min的高速剪切儀中恒溫（180 ℃）剪切40 min，直至改性劑完全分布均勻并溶解為止。

3"常規(guī)性能試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1"針入度試驗(yàn)結(jié)果

在我國瀝青技術(shù)規(guī)范體系中，以瀝青針入度值作為劃分瀝青等級的標(biāo)準(zhǔn)，是作為不同氣候分區(qū)的重要技術(shù)指標(biāo)。瀝青針入度值越小，代表瀝青硬度越高，更適合高溫的氣候地區(qū)；針入度值越大，代表瀝青硬度越低，更適合低溫的氣候地區(qū)。不同摻量下稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的針入度值變化情況如圖1所示。

由圖1可知，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的針入度值隨著稻殼灰摻量的增加而不斷降低，這說明稻殼灰可以改善橡膠改性瀝青的硬度；在有限摻量范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)練せ覔搅窟_(dá)到4%時(shí)，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的針入度值最小，此時(shí)稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的硬度達(dá)到最高，達(dá)到30#瀝青的硬度標(biāo)準(zhǔn)。

3.2"軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果

軟化點(diǎn)代表瀝青能抵抗環(huán)境氣候的最高允許溫度，瀝青的軟化點(diǎn)越高，代表該瀝青抵抗環(huán)境氣候的最高允許溫度越大，反之則越小。相關(guān)軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可知，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的軟化點(diǎn)隨著稻殼灰摻量的增加而不斷提高，這表明隨著改性劑摻量的增加，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的高溫性能不斷提高。

3.3"延度試驗(yàn)結(jié)果

瀝青延度越大代表瀝青低溫性能越好，其模擬瀝青材料在低溫環(huán)境和固定荷載拉力下的最大延伸長度。延度試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著稻殼灰改性劑摻量的增加，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的低溫延度不斷降低，這表明稻殼灰的摻入會(huì)影響橡膠改性瀝青的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低其低溫使用性能。當(dāng)?shù)練せ覔搅窟_(dá)到3%時(shí)，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的低溫延度達(dá)到規(guī)范臨界值5 cm；當(dāng)?shù)練せ覔搅浚?%時(shí)，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的低溫延度不滿足規(guī)范要求。

3.4"黏度試驗(yàn)結(jié)果

瀝青黏度是反映瀝青在一定溫度環(huán)境下表現(xiàn)出來的粘結(jié)強(qiáng)度，是決定瀝青混合料施工和易性的重要因素。瀝青黏度越大，瀝青混合料的施工和易性越差，攤鋪碾壓越困難；瀝青黏度越小，瀝青混合料的施工和易性越好，攤鋪碾壓越容易。黏度試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

從圖4可得，當(dāng)?shù)練せ腋男詣饺胂鹉z改性瀝青后，改性劑摻量提高，則稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的黏度提高，且斜率不斷增大，這表明隨著稻殼灰改性劑摻量的不斷增加，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的施工和易性越差，攤鋪碾壓越困難，并且增速越來越明顯。當(dāng)改性劑摻量達(dá)到4%時(shí)，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的180 ℃黏度已經(jīng)超過規(guī)范限制要求。

4"流變性能試驗(yàn)結(jié)果分析

瀝青結(jié)合料是一種感溫性能材料，其路用性能隨著溫度變化而不斷改變?；跒r青結(jié)合料的粘彈特性，美國于20世紀(jì)80年代研發(fā)了動(dòng)態(tài)剪切流變儀，通過動(dòng)態(tài)剪切流變儀可以測量瀝青的車轍因子和疲勞因子，分別代表瀝青抵抗高溫變形的能力和抵抗疲勞開裂的能力。因此，本文根據(jù)廣西區(qū)內(nèi)常年高溫炎熱的氣候條件，將動(dòng)態(tài)剪切流變儀試驗(yàn)溫度設(shè)置為60 ℃，試驗(yàn)頻率根據(jù)高速公路行車的速度設(shè)置為10 rad/s。試驗(yàn)結(jié)果如圖5和圖6所示。

由圖5可知，隨著稻殼灰摻量的增加，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的車轍因子呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，這與針入度、軟化點(diǎn)及黏度表現(xiàn)規(guī)律一致，并在摻量達(dá)到4%時(shí)最高。這表明稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的抗高溫車轍性能隨著改性劑摻量的增加而不斷增大，且在摻量達(dá)到4%時(shí)最強(qiáng)。此外，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的增長斜率在摻量達(dá)到2%后，急劇變化增大，這說明2%摻量的稻殼灰為稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的抗車轍能力增長“閾值”。

由圖6可知，隨著稻殼灰摻量的增加，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的疲勞因子呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，這表明稻殼灰的摻入會(huì)降低橡膠改性瀝青的疲勞性能，這與圖5表現(xiàn)的規(guī)律一致，主要是由于稻殼灰的摻入導(dǎo)致橡膠改性瀝青內(nèi)部的瀝青質(zhì)空隙不斷被填充，橡膠改性瀝青整體不斷變硬，柔韌性不斷下降，使抗疲勞性能不斷下降，故稻殼灰在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)考慮摻量對橡膠改性瀝青疲勞性能的影響，合理選擇改性劑摻量。

5"瀝青混合料性能試驗(yàn)結(jié)果分析

5.1"穩(wěn)定度和流值試驗(yàn)結(jié)果

瀝青混合料的穩(wěn)定度代表瀝青抵抗固定荷載的強(qiáng)度，穩(wěn)定度值越大則代表瀝青混合料抵抗荷載的強(qiáng)度越大；瀝青混合料的流值代表瀝青抵抗固定荷載下的流動(dòng)變形，流值越大則代表瀝青混合料抵抗荷載變形越大。將不同摻量的稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青分別進(jìn)行馬歇爾試件擊實(shí)，然后分別進(jìn)行穩(wěn)定度和流值測試，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果見圖7和圖8。

分析圖7和圖8可知，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的穩(wěn)定度隨著稻殼灰改性劑摻量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，流值則隨著稻殼灰改性劑摻量的增加呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，峰值摻量均為3%。這表明一定摻量的稻殼灰可以有效改善橡膠改性瀝青的強(qiáng)度和抗變形能力，最佳摻量為3%。

5.2"車轍試驗(yàn)結(jié)果

瀝青混合料車轍試驗(yàn)是根據(jù)一定尺寸制作的車轍試件，按照固定荷載進(jìn)行的車輪碾壓模擬試驗(yàn)，技術(shù)控制指標(biāo)為動(dòng)穩(wěn)定度值。動(dòng)穩(wěn)定度值越大則代表瀝青混合料抵抗車轍變形的能力越強(qiáng)，反之則越弱。將不同摻量的稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青分別進(jìn)行車轍試驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果見圖9。

分析圖9可知，隨著稻殼灰改性劑摻量的不斷增加，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，峰值摻量為3%。這表明一定摻量的稻殼灰可以有效改善橡膠改性瀝青的抗車轍能力，與穩(wěn)定度值規(guī)律表現(xiàn)一致，最佳摻量為3%。

5.3"凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)主要是反映瀝青混合料的抗水損害性能，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比越大，代表瀝青混合料的抗水損害性能越強(qiáng)。將不同摻量的稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青分別進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果見圖10。

分析圖10可得，隨著稻殼灰改性劑摻量的不斷增加，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當(dāng)摻量達(dá)到2%時(shí)最高，之后隨著摻量的增加不斷下降，并且下降速度不斷增大；當(dāng)摻量達(dá)到4%時(shí)，稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比已不滿足規(guī)范≥80%的技術(shù)要求。這表明一定摻量的稻殼灰可以改善橡膠改性瀝青的抗水損害能力，但摻量過多會(huì)導(dǎo)致稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青的抗水損害能力下降。結(jié)合圖5～圖9綜合分析，可能主要是由于稻殼灰的過量摻入導(dǎo)致稻殼灰復(fù)合橡膠改性瀝青變硬，內(nèi)部的輕質(zhì)組分減少，瀝青整體柔韌性和抗開裂能力變差，使瀝青混合料易出現(xiàn)膠漿微裂紋，引起瀝青混合料的抗水損害能力大幅度下降。

6"結(jié)語

（1）通過瀝青性能試驗(yàn)分析可得，在一定摻量范圍內(nèi)，稻殼灰的摻入會(huì)降低橡膠改性瀝青的針入度和低溫延度，提高其車轍因子、疲勞因子及軟化點(diǎn)，這表明稻殼灰可有效改善橡膠改性瀝青的高溫性能，但會(huì)降低其疲勞性能和低溫性能。

（2）通過瀝青混合料性能分析可得，在一定摻量范圍內(nèi)，隨著稻殼灰摻量的增加，橡膠改性瀝青混合料的穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度及凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，流值則呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，這表明適量的稻殼灰可有效改善橡膠改性瀝青的抗變形能力、抗車轍能力及抗水損害能力，但摻量過高會(huì)降低其各項(xiàng)混合料性能。

（3）在綜合考慮路用性能和規(guī)范要求的前提下，稻殼灰可作為橡膠改性瀝青的有效改性劑，工程應(yīng)用最佳推薦摻量為3%。

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