摘 要：文章通過干法工藝制備廢輪胎顆粒，以內(nèi)摻法將其添加至瀝青混合料中，采用反映高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能、水穩(wěn)定性能和抗飛散性能的試驗(yàn)對(duì)混合料進(jìn)行綜合性能評(píng)價(jià)，評(píng)估其在提高道路材料性能和降低維護(hù)成本方面的潛力。結(jié)果表明，適量添加廢輪胎顆?？梢燥@著提高混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性能，但過多摻量會(huì)影響水穩(wěn)定性能和抗飛散性能；廢輪胎顆粒改性瀝青混合料具有廣闊的應(yīng)用前景，但在實(shí)際工程應(yīng)用中需注意摻量控制以及工藝優(yōu)化等問題。

關(guān)鍵詞：瀝青混合料；廢輪胎顆粒；馬歇爾試驗(yàn)；路用性能

中圖分類號(hào)：U416.217A220783

0"引言

隨著汽車使用量的增加，廢輪胎的處理成為一個(gè)日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。廢棄的輪胎不僅占據(jù)著大量的場(chǎng)地，還會(huì)造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)［1］。因此，尋找有效的廢輪胎處理方法成為了當(dāng)務(wù)之急。廢輪胎顆粒作為一種潛在的再利用資源，吸引了研究者們的廣泛關(guān)注［2］。利用廢輪胎顆粒改性路面瀝青混合料是一種創(chuàng)新的應(yīng)用途徑，通過將廢棄資源轉(zhuǎn)化為有用的材料，既能有效解決廢輪胎處理問題，又能為路面材料的改良提供新思路［3］。廢輪胎顆粒的添加可以改良瀝青混合料的性能，提高路面的耐磨性、抗裂性和耐久性，延長路面的使用壽命，降低維護(hù)成本［4］。相比傳統(tǒng)的瀝青混合料，廢輪胎顆粒改良的瀝青混合料在材料成本方面可能更具競(jìng)爭(zhēng)力，可以降低路面施工的總體成本。

目前，國內(nèi)外已有部分學(xué)者針對(duì)廢輪胎顆粒改性路面瀝青混合料進(jìn)行了研究。吳國雄等［5］基于SMA-13瀝青混合料，采用內(nèi)摻法以橡膠顆粒替代相應(yīng)的集料，探究橡膠顆粒對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響，通過簡單性能試驗(yàn)和抗滑性能試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻入橡膠顆粒后，瀝青混合料的粘彈性能得到提高，動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)增大，從而提高了瀝青路面的抗滑性能；王廣文［6］通過馬歇爾試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)摻加6%粒狀橡膠和優(yōu)質(zhì)粘結(jié)劑的瀝青混合料具有良好的抗車轍能力，這有助于環(huán)保處理廢舊輪胎并改進(jìn)道路性能，抵御車轍現(xiàn)象；于凱等［7］采用廢輪胎膠粉和廢PE材料對(duì)石油瀝青進(jìn)行復(fù)合改性，并考察了不同廢輪胎膠粉顆粒大小和不同廢PE材料用量對(duì)復(fù)合改性瀝青的性能影響。綜上，針對(duì)輪胎顆粒在瀝青混合料中的應(yīng)用已進(jìn)行了大量的探索，但系統(tǒng)研究廢輪胎顆粒瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)以及廢輪胎顆粒摻量對(duì)瀝青混合料路用性能的影響較少。

因此，本文旨在研究廢輪胎顆粒摻量對(duì)改性瀝青混合料路用性能的影響，具體包括高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性和耐久性等方面，通過系統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和綜合性能測(cè)試，探究不同摻量廢輪胎顆粒改性瀝青混合料在不同條件下的性能表現(xiàn)，為提高道路材料性能、實(shí)現(xiàn)廢輪胎資源的有效利用提供科學(xué)依據(jù)和工程指導(dǎo)。

1"原材料及試驗(yàn)方案

1.1"原材料

（1）廢輪胎顆粒：廢輪胎顆粒是在通過廢舊輪胎的處理過程中獲取的。廢舊輪胎首先被收集起來，然后進(jìn)行破碎、粉碎或者切割等處理，將廢輪胎整體或部分轉(zhuǎn)化為顆粒狀物料。本研究中采用的廢輪胎顆粒由150目（粒徑尺寸為0.1 mm）、80目（粒徑尺寸為0.18 mm）及5目（粒徑尺寸為4.0 mm）這3種粒徑按照比例1∶3∶6的級(jí)配組合而成。廢輪胎顆粒經(jīng)切削成型，切面明顯，棱角強(qiáng)，有利于與瀝青粘結(jié)。選用胎面膠作為重要組成材料，以提高瀝青混合料的力學(xué)性能。通過內(nèi)摻方式保持骨架結(jié)構(gòu)緊密［8］。

（2）集料：粗集料選擇玄武巖集料，細(xì)集料選擇石灰石研磨成礦粉?；旌狭系募?jí)配如表1所示。

（3）瀝青：瀝青選擇使用SBS改性瀝青，具體參數(shù)如表2所示。

1.2"廢輪胎顆粒改性路面瀝青混合料設(shè)計(jì)

將廢輪胎顆粒用于改性路面瀝青混合料中時(shí)主要存在干法和濕法兩種工藝，早在1960年前后，美國就針對(duì)這2種工法進(jìn)行了對(duì)比研究［9］。濕法工藝相對(duì)簡單，通常不需要高溫干燥過程，能耗較低，并且通過濕法工藝能將廢輪胎顆粒均勻分散于瀝青中。而干法工藝生產(chǎn)速度較快，且不易使廢輪胎顆粒吸收水分，不影響混合料性能。因此本研究采用干法工藝在瀝青混合料中添加廢輪胎顆粒。

使用內(nèi)摻法進(jìn)行混合料的制備，通過體積比轉(zhuǎn)換的方式添加輪胎顆粒，即在混合料中通過橡膠顆粒替代等體積的集料。具體替代方法如下：

X=M1M1+M2－ρ1ρ2M1×100%（1）

Y=ρ1ρ2M1（2）

式中：X——輪胎顆粒摻量（%）；

M1——需要摻加輪胎顆粒質(zhì)量（g）；

M2——混合料總質(zhì)量（g）；

Y——需要替代的集料質(zhì)量（g）。

基于上述方法，本研究中添加的廢輪胎顆粒摻量分別為0、1%、2%和3%，通過內(nèi)摻法的方式等體積替換混合料中相對(duì)應(yīng)的集料顆粒。在此基礎(chǔ)上，通過馬歇爾試驗(yàn)測(cè)定不同輪胎顆粒摻量下的最佳油石比。共設(shè)計(jì)4組工況的廢棄輪胎顆粒改性瀝青混合料試驗(yàn)，如表3所示。

2"試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1"廢輪胎顆粒摻量對(duì)高溫穩(wěn)定性的影響

本文采用車轍試驗(yàn)對(duì)改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行分析。主要采用動(dòng)穩(wěn)定度DS對(duì)改性瀝青混合料的耐高溫性能進(jìn)行表征，計(jì)算方法如下：

DS=（t2－t1）×42d2-d1·c1·c2（3）

式中：DS——改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）；

t2和t1——試驗(yàn)時(shí)間，一般取為60 min和45 min；

d1和d2——車轍試驗(yàn)試件的變形量（mm）；

c1、c2——修正系數(shù)。

圖1為不同廢輪胎顆粒摻量下試樣的動(dòng)穩(wěn)定度。根據(jù)圖1可知，隨著廢輪胎顆粒摻量的逐漸增加，動(dòng)穩(wěn)定度DS的值逐漸增加，這表明向?yàn)r青混合料中添加廢輪胎顆粒能夠有效提升混合料的抗車轍性能。以工況1#試驗(yàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)廢輪胎顆粒摻量分別為1%、2%和3%時(shí)，其動(dòng)穩(wěn)定度DS的值分別為1 398.6次/mm、1 503.7次/mm和1 650.8次/mm，分別提升了5.8%、13.7%和24.9%。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合分析可知，廢輪胎顆粒摻量與動(dòng)穩(wěn)定度DS的關(guān)系近似滿足二次函數(shù)關(guān)系，其回歸關(guān)系式為：

y=17.65x2+56.17x+1 322.77（4）

式中：y——?jiǎng)恿Ψ€(wěn)定度（次/mm）；

x——廢輪胎顆粒摻量（%）。

該回歸方程的R2可達(dá)0.9 995，擬合效果非常好。

2.2"廢輪胎顆粒摻量對(duì)低溫抗裂性能的影響

本文采用低溫彎曲小梁試驗(yàn)對(duì)改性瀝青混合料的低溫抗裂性能進(jìn)行研究，試驗(yàn)過程嚴(yán)格按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（JTG E20-2011）進(jìn)行［10］。通過小梁試驗(yàn)破壞彎拉應(yīng)變進(jìn)行研究，具體計(jì)算方法如下：

εB=6hdL2（5）

式中：εB——試樣破壞時(shí)最大的彎拉應(yīng)變；

L——試樣長度（mm）；

h——試件的中部高度（mm）；

d——試樣發(fā)生破壞時(shí)中部撓度（mm）。

廢輪胎顆粒摻量對(duì)抗裂性能的影響結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著廢輪胎顆粒摻量的逐漸增加，改性瀝青混合料的低溫抗裂性能逐漸提升。這是由于廢輪胎顆粒通常具有較高的彈性模量和延展性，添加到瀝青混合料中可以增強(qiáng)混合料的整體彈性，從而提高低溫下的抗裂性能。輪胎顆粒摻量與破壞時(shí)的彎拉應(yīng)變近似呈線性回歸關(guān)系，關(guān)系式為：

y1=204.4x+2 342.4（6）

式中：y1——試樣破壞時(shí)的彎拉應(yīng)變；

x——廢輪胎顆粒摻量（%）。

2.3"廢輪胎顆粒摻量對(duì)水穩(wěn)定性的影響

本研究中通過浸水馬歇爾試驗(yàn)研究了廢輪胎顆粒摻量對(duì)改性瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響，分別對(duì)不同廢輪胎顆粒摻量混合料的空隙率和浸水殘留穩(wěn)定度進(jìn)行了研究。浸水殘留穩(wěn)定度的計(jì)算方法如下：

MS0=MS48MS0.5×100%

（7）

式中：MS48和MS0.5——試樣浸水48 h和0.5 h的穩(wěn)定度值（%）；

MS0——試樣浸水殘留穩(wěn)定度（%）。

浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，隨著廢輪胎顆粒摻量的增加，改性瀝青混合料的空隙率呈單調(diào)遞增趨勢(shì)，而浸水殘留穩(wěn)定度呈逐漸遞減的趨勢(shì)。但值得注意的是，當(dāng)廢輪胎顆粒摻量達(dá)到3%時(shí)，其浸水殘留穩(wěn)定度降低至74.4%，而根據(jù)我國相關(guān)規(guī)范要求，殘留穩(wěn)定度必須≥75%，因此3%摻量改性瀝青混合料無法滿足規(guī)范需求。

2.4"廢輪胎顆粒摻量對(duì)抗飛散性能的影響

為評(píng)估瀝青混合料中顆粒的穩(wěn)定性和瀝青與顆粒之間的粘附性，本文通過肯塔堡飛散試驗(yàn)進(jìn)行研究。通過該試驗(yàn)，可以更好地了解混合料在使用過程中的表現(xiàn)，并為改進(jìn)混合料配方和施工工藝提供參考。飛散試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，隨著廢輪胎顆粒摻量的逐漸增加，改性瀝青混合料的飛散損失率逐漸遞增，表明混合料的抗飛散性越差。當(dāng)摻量為2%時(shí)，飛散損失率為19.8%。我國相關(guān)規(guī)范中要求瀝青混合料的飛散損失率≤20%，而當(dāng)摻量達(dá)到3%時(shí)，混合料的抗飛散性已無法滿足規(guī)范要求。

3"結(jié)語

本研究通過對(duì)廢輪胎顆粒改性瀝青混合料的一系列試驗(yàn)分析，得出了以下結(jié)論：

（1）廢輪胎顆粒的加入可以有效提高改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性能。隨著廢輪胎顆粒摻量的增加，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和低溫抗裂性能均呈現(xiàn)逐漸提升的趨勢(shì)。

（2）廢輪胎顆粒摻量-動(dòng)穩(wěn)定度DS關(guān)系符合二次函數(shù)關(guān)系式，而廢輪胎顆粒摻量-破壞時(shí)的彎拉應(yīng)變關(guān)系符合線性關(guān)系。

（3）當(dāng)廢輪胎顆粒摻量達(dá)到3%時(shí)，改性混合料的殘留穩(wěn)定度和飛散損失率均無法滿足規(guī)范要求。

綜上所述，廢輪胎顆粒是一種潛在的優(yōu)良改性劑，可以改善瀝青混合料的性能。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況合理控制顆粒摻量，以保證混合料的綜合性能達(dá)到最優(yōu)。未來的研究方向可以進(jìn)一步探究廢輪胎顆粒改性瀝青混合料的配方設(shè)計(jì)和施工工藝優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)更好的工程應(yīng)用效果。

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