论文部分内容阅读
【摘要】本文对沥青路面工程全周期中结合料的三大指标进行了检测试验，通过对比研究的方法，介绍了废胎胶粉橡胶沥青和基质沥青三大指标的影响因素，揭示了其变化规律，并在此基础上进一步分析了其中的原因。
【关键词】沥青路面；全寿命周期；废胎胶粉橡胶沥青；基质沥青；三大指标
Study on the Change of Three Aspect Indexes in Asphalt
Song Xian-fa1，Wang Hai-you2
（1.Henan Pingdingshan Central Asia Road and Bridge Construction Engineering Co.， LtdPingdingshanHenan467000；
2.Pingdingshan Highway Administration BureauPingdingshanHenan467000）
【Abstract】In this paper， the three indexes of asphalt pavement engineering in the whole cycle are tested， and the influencing factors of the three indexes of rubber asphalt and matrix asphalt are introduced. On this basis， further analysis of the reasons.
【Key words】Asphalt pavement；Life cycle；Waste tire rubber rubber asphalt；Matrix asphalt；Three indicators
1. 前言
（1）我国是轮胎生产大国，也是轮胎使用大国，每年的废旧轮胎产量一直在不断攀升，废旧轮胎已造成严重的环境污染。由废旧轮胎加工而成橡胶粉其主要化学成分是天然橡胶和合成橡胶，这些成分都是良好的沥青改性剂，能够改善沥青的高低温性能、抗老化性能、抗疲劳性能，起到减薄路面、延长路面使用寿命、延缓路面反射裂缝、降低噪声等作用。废胎胶粉用于改性沥青、沥青混合料工艺简单，成本低，不但可改善路面质量，且对废胎胶粉的可容量大，其有显著的环保效益、经济效益和社会效益，所以得到越来越多的应用。但是，废胎胶粉橡胶改性沥青的三大指标与SBS和SBR等常用的改性沥青差别很大，它不仅表现在沥青的改性阶段和贮存阶段，还表现在形成路面后的使用阶段，弄清废胎胶粉橡胶改性沥青在这些阶段中三大指标的变化情况及其原因十分必要。
（2）沥青路面工程全周期包括施工阶段和沥青路面工程设计使用寿命阶段。
2. 废胎胶粉橡胶沥青三大指标的影响因素
（1）在不同的阶段，影响废胎胶粉橡胶沥青三大指标的因素不同。废胎胶粉橡胶对沥青进行改性过程中，影响因素主要有：废胎胶粉和沥青的来源、规格、成分，以及废胎胶粉橡胶沥青的加工工艺和添加剂等；在贮存阶段影响因素主要有：贮存的温度和时间等；在废胎胶粉橡胶沥青路面使用阶段影响因素主要有：废胎胶粉橡胶沥青混合料及其施工条件、环境条件、使用期限等。
（2）基质沥青一般选择70#～90#道路石油沥青，寒冷地区可以选择110#道路石油沥青。废胎胶粉并不是越细越好，颗粒粒径宜为30目～60目。废胎胶粉橡胶沥青的加工工艺有简单搅拌法（不使用胶体磨）和高级搅拌法（使用胶体磨）。在废胎胶粉橡胶沥青中，废胎胶粉以颗粒形状存在为宜，但要分散均匀。使用胶体磨的目的是快速分散废胎胶粉，而非为了磨细废胎胶粉。为了调整废胎胶粉橡胶沥青的性能特别是延展度，需要时使用扩展油。
（3）本文试验选择山东省某厂的70#道路石油沥青，河南省某厂的40目废胎胶粉，废胎胶粉外掺量为20%，不加扩展油和添加剂，采用简单搅拌法生产废胎胶粉橡胶瀝青，搅拌时间为45min～60min。
3. 废胎胶粉橡胶对沥青进行改性过程中三大指标的变化
（1）表1为基质沥青与废胎胶粉橡胶沥青三大指标的检测结果。
由表1序号1和序号2可以看出 ，废胎胶粉对基质沥青进行改性后，针入度降低，软化点升高，延展度减小，这种状况与通常所说的沥青的老化的表现相同，但这并不是老化。由表1序号3可知，当对筛除废胎胶粉橡胶沥青中的废胎胶粉橡胶剩余的沥青进行检测时，其三大指标变化并不大，没有表现出明显的老化现象，但是，其针入度略有降低，软化点略有升高，这是废胎胶粉吸收了基质沥青中的轻质油分所致。
（2）在废胎胶粉橡胶沥青检测试验中发现，针入度的离散情况严重，这是因为废胎胶粉颗粒溶胀后体积膨胀较大，当针扎在废胎胶粉颗粒上时造成捧架作用而针下不去，进而导致检测数据出现假象。另外，延展度经常出现不合格即小于10cm，这往往也是假象，其原因是，废胎胶粉颗粒在试件中相当于杂质，特别是当试件被拉得很细时容易导致断开，进而延展度的检测数据变小。对于这些现象，试验中要认真研究，排出假象。
（3）虽然废胎胶粉橡胶颗粒的存在给检测试验带来了麻烦，但是废胎胶粉橡胶颗粒的存在为路面的抗裂性能带来的是有益效果。废胎胶粉颗粒在改性沥青中可形成加劲结构：橡胶颗粒三维随机分布， 构成连续相，橡胶颗粒间靠凝胶膜连接，节点粘结效力依赖于温度溶胀后的橡胶粉之间没有强的化学链接，废胎胶粉改性沥青内部不形成整体性的网络加劲结构。废胎胶粉改性沥青中，常温及常温以下温度时胶粉模量相对沥青模量较低， 胶粉与沥青应变不同步，主裂纹前端应力场发生变化，易使主裂纹偏传。同时， 加上本身存在大量表面毛刺、纤维，当基质沥青达到极限应变断裂时，断裂应力将瞬间集中在胶粉颗粒上，在颗粒表面产生应力集中，诱发大量银纹（银纹是指材料表面或内部的一些缺陷在受到应力集中作用时引发的细微纹痕和剪切带）， 银纹的产生和发展消耗大量的能量，因此可提高沥青的冲击强度和可塑性。而且，裂缝不会穿透胶粉颗粒发展，橡胶颗粒是银纹的中心，它跨越银纹的两端， 银纹要发展就必须拉伸橡胶颗粒， 橡胶颗粒因此消耗和吸收大量的能量， 提高了橡胶颗粒沥青混合料的抗冲击能力。银纹的另一特点是， 在应力作用初期银纹体相当硬， 当应力超过一定数值后， 银纹体开始屈服， 形变随时间的延长而发展， 断裂伸长增加， 卸载后应变逐渐恢复， 应变随时间的延长而消失。胶粉颗粒的存在易使主裂纹偏转， 裂纹偏转可降低裂尖的应力强度因子， 从而增强胶粉改性沥青的抗裂能力。在目前常用的沥青路面中，废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面的抗裂性能是无可比拟的。 （4）废胎胶粉橡胶沥青的软化点很容易达到较高水平，其高温稳定性能很好。
4. 废胎胶粉橡胶沥青贮存期三大指标的变化
（1）表2是废胎胶粉橡胶沥青贮存1d的跟踪检测结果。
（2）由表2可以看出，废胎胶粉橡胶沥青稳定性差，生产后宜尽快使用。其贮存期内三大指标的变化趋势为：针入度增大、软化点降低、延展度减小。但有些指标反复变化，其原因是：废胎胶粉橡胶对基质沥青的改性过程中，裂解和硫化反应是互逆的，并且是不可控的，进而导致某些指标时大时小。
5. 废胎胶粉橡胶沥青路面使用过程中沥青三大指标的变化
（1）表3是废胎胶粉橡胶沥青路面使用过程中通过抽提试验后沥青三大指标的跟踪检测结果。废胎胶粉橡胶沥青路面设计使用寿命10年。
（2）由表3可以看出，随着路面使用年限的延长，沥青的老化都在加重，但是废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面中的沥青的老化程度相比要低，其原因是：基质沥青混凝土路面中，轻质油分的含量高，其挥发的速度快，而废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面中，很大一部分轻质油分被废胎胶粉橡胶颗粒吸收，它相比不易挥发，随着废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面中轻质油分的挥发和车辆荷载的作用，废胎胶粉橡胶颗粒中吸收的轻质油分会逐步扩散出来，补充到沥青中，改善沥青的性能，因此，同期废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面中沥青的三大指标优于基质沥青混凝土路面中的沥青。废胎胶粉橡胶沥青的这个优点，其它改性沥青结合料是没有的，所以废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面的耐久性比较突出。
6. 结语
废胎胶粉橡胶沥青的稳定性差，但通过采取措施是可以克服的，而其优点是十分突出的，也是其它改性沥青结合料所不具備的。
参考文献
[1]曹卫东. 废旧轮胎橡胶在道路工程中应用的过去、现状和发展[R]. 2006.
[2]郭朝阳.废胎胶粉橡胶沥青应用技术研究.重庆交通大学硕士论文.2008：3.
[3]夏玮.废胶粉改性浙青及沥青混合料路用性能研究.重庆交通大学硕士论文.2009：3.
[4]刘少文，李智慧.应用回弹恢复评价橡胶沥青的弹性恢复能力.公路交通科技.2009，26（7）：23.
[5]张泽鹏，王钊.高温多雨地区橡胶沥青粘度技术指标的试验研究.公路交通科技.2010，27（6）：38.
[6]李延刚，李金钟，李伟.橡胶沥青微观机理研究及其公路工程应用.公路交通科技.2011，28（1） 26.
[7]王旭东，李美江，路凯翼.橡胶沥青及混凝土应用成套技术.北京：人民交通出版社.2008：58，73，77，113.
[8]曹容吉，陈荣生.橡胶沥青工艺参数对其性能影响的试验研究.东南大学学报.2008，38（2）：273.
【关键词】沥青路面；全寿命周期；废胎胶粉橡胶沥青；基质沥青；三大指标
Study on the Change of Three Aspect Indexes in Asphalt
Song Xian-fa1，Wang Hai-you2
（1.Henan Pingdingshan Central Asia Road and Bridge Construction Engineering Co.， LtdPingdingshanHenan467000；
2.Pingdingshan Highway Administration BureauPingdingshanHenan467000）
【Abstract】In this paper， the three indexes of asphalt pavement engineering in the whole cycle are tested， and the influencing factors of the three indexes of rubber asphalt and matrix asphalt are introduced. On this basis， further analysis of the reasons.
【Key words】Asphalt pavement；Life cycle；Waste tire rubber rubber asphalt；Matrix asphalt；Three indicators
1. 前言
（1）我国是轮胎生产大国，也是轮胎使用大国，每年的废旧轮胎产量一直在不断攀升，废旧轮胎已造成严重的环境污染。由废旧轮胎加工而成橡胶粉其主要化学成分是天然橡胶和合成橡胶，这些成分都是良好的沥青改性剂，能够改善沥青的高低温性能、抗老化性能、抗疲劳性能，起到减薄路面、延长路面使用寿命、延缓路面反射裂缝、降低噪声等作用。废胎胶粉用于改性沥青、沥青混合料工艺简单，成本低，不但可改善路面质量，且对废胎胶粉的可容量大，其有显著的环保效益、经济效益和社会效益，所以得到越来越多的应用。但是，废胎胶粉橡胶改性沥青的三大指标与SBS和SBR等常用的改性沥青差别很大，它不仅表现在沥青的改性阶段和贮存阶段，还表现在形成路面后的使用阶段，弄清废胎胶粉橡胶改性沥青在这些阶段中三大指标的变化情况及其原因十分必要。
（2）沥青路面工程全周期包括施工阶段和沥青路面工程设计使用寿命阶段。
2. 废胎胶粉橡胶沥青三大指标的影响因素
（1）在不同的阶段，影响废胎胶粉橡胶沥青三大指标的因素不同。废胎胶粉橡胶对沥青进行改性过程中，影响因素主要有：废胎胶粉和沥青的来源、规格、成分，以及废胎胶粉橡胶沥青的加工工艺和添加剂等；在贮存阶段影响因素主要有：贮存的温度和时间等；在废胎胶粉橡胶沥青路面使用阶段影响因素主要有：废胎胶粉橡胶沥青混合料及其施工条件、环境条件、使用期限等。
（2）基质沥青一般选择70#～90#道路石油沥青，寒冷地区可以选择110#道路石油沥青。废胎胶粉并不是越细越好，颗粒粒径宜为30目～60目。废胎胶粉橡胶沥青的加工工艺有简单搅拌法（不使用胶体磨）和高级搅拌法（使用胶体磨）。在废胎胶粉橡胶沥青中，废胎胶粉以颗粒形状存在为宜，但要分散均匀。使用胶体磨的目的是快速分散废胎胶粉，而非为了磨细废胎胶粉。为了调整废胎胶粉橡胶沥青的性能特别是延展度，需要时使用扩展油。
（3）本文试验选择山东省某厂的70#道路石油沥青，河南省某厂的40目废胎胶粉，废胎胶粉外掺量为20%，不加扩展油和添加剂，采用简单搅拌法生产废胎胶粉橡胶瀝青，搅拌时间为45min～60min。
3. 废胎胶粉橡胶对沥青进行改性过程中三大指标的变化
（1）表1为基质沥青与废胎胶粉橡胶沥青三大指标的检测结果。
由表1序号1和序号2可以看出 ，废胎胶粉对基质沥青进行改性后，针入度降低，软化点升高，延展度减小，这种状况与通常所说的沥青的老化的表现相同，但这并不是老化。由表1序号3可知，当对筛除废胎胶粉橡胶沥青中的废胎胶粉橡胶剩余的沥青进行检测时，其三大指标变化并不大，没有表现出明显的老化现象，但是，其针入度略有降低，软化点略有升高，这是废胎胶粉吸收了基质沥青中的轻质油分所致。
（2）在废胎胶粉橡胶沥青检测试验中发现，针入度的离散情况严重，这是因为废胎胶粉颗粒溶胀后体积膨胀较大，当针扎在废胎胶粉颗粒上时造成捧架作用而针下不去，进而导致检测数据出现假象。另外，延展度经常出现不合格即小于10cm，这往往也是假象，其原因是，废胎胶粉颗粒在试件中相当于杂质，特别是当试件被拉得很细时容易导致断开，进而延展度的检测数据变小。对于这些现象，试验中要认真研究，排出假象。
（3）虽然废胎胶粉橡胶颗粒的存在给检测试验带来了麻烦，但是废胎胶粉橡胶颗粒的存在为路面的抗裂性能带来的是有益效果。废胎胶粉颗粒在改性沥青中可形成加劲结构：橡胶颗粒三维随机分布， 构成连续相，橡胶颗粒间靠凝胶膜连接，节点粘结效力依赖于温度溶胀后的橡胶粉之间没有强的化学链接，废胎胶粉改性沥青内部不形成整体性的网络加劲结构。废胎胶粉改性沥青中，常温及常温以下温度时胶粉模量相对沥青模量较低， 胶粉与沥青应变不同步，主裂纹前端应力场发生变化，易使主裂纹偏传。同时， 加上本身存在大量表面毛刺、纤维，当基质沥青达到极限应变断裂时，断裂应力将瞬间集中在胶粉颗粒上，在颗粒表面产生应力集中，诱发大量银纹（银纹是指材料表面或内部的一些缺陷在受到应力集中作用时引发的细微纹痕和剪切带）， 银纹的产生和发展消耗大量的能量，因此可提高沥青的冲击强度和可塑性。而且，裂缝不会穿透胶粉颗粒发展，橡胶颗粒是银纹的中心，它跨越银纹的两端， 银纹要发展就必须拉伸橡胶颗粒， 橡胶颗粒因此消耗和吸收大量的能量， 提高了橡胶颗粒沥青混合料的抗冲击能力。银纹的另一特点是， 在应力作用初期银纹体相当硬， 当应力超过一定数值后， 银纹体开始屈服， 形变随时间的延长而发展， 断裂伸长增加， 卸载后应变逐渐恢复， 应变随时间的延长而消失。胶粉颗粒的存在易使主裂纹偏转， 裂纹偏转可降低裂尖的应力强度因子， 从而增强胶粉改性沥青的抗裂能力。在目前常用的沥青路面中，废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面的抗裂性能是无可比拟的。 （4）废胎胶粉橡胶沥青的软化点很容易达到较高水平，其高温稳定性能很好。
4. 废胎胶粉橡胶沥青贮存期三大指标的变化
（1）表2是废胎胶粉橡胶沥青贮存1d的跟踪检测结果。
（2）由表2可以看出，废胎胶粉橡胶沥青稳定性差，生产后宜尽快使用。其贮存期内三大指标的变化趋势为：针入度增大、软化点降低、延展度减小。但有些指标反复变化，其原因是：废胎胶粉橡胶对基质沥青的改性过程中，裂解和硫化反应是互逆的，并且是不可控的，进而导致某些指标时大时小。
5. 废胎胶粉橡胶沥青路面使用过程中沥青三大指标的变化
（1）表3是废胎胶粉橡胶沥青路面使用过程中通过抽提试验后沥青三大指标的跟踪检测结果。废胎胶粉橡胶沥青路面设计使用寿命10年。
（2）由表3可以看出，随着路面使用年限的延长，沥青的老化都在加重，但是废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面中的沥青的老化程度相比要低，其原因是：基质沥青混凝土路面中，轻质油分的含量高，其挥发的速度快，而废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面中，很大一部分轻质油分被废胎胶粉橡胶颗粒吸收，它相比不易挥发，随着废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面中轻质油分的挥发和车辆荷载的作用，废胎胶粉橡胶颗粒中吸收的轻质油分会逐步扩散出来，补充到沥青中，改善沥青的性能，因此，同期废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面中沥青的三大指标优于基质沥青混凝土路面中的沥青。废胎胶粉橡胶沥青的这个优点，其它改性沥青结合料是没有的，所以废胎胶粉橡胶沥青混凝土路面的耐久性比较突出。
6. 结语
废胎胶粉橡胶沥青的稳定性差，但通过采取措施是可以克服的，而其优点是十分突出的，也是其它改性沥青结合料所不具備的。
参考文献
[1]曹卫东. 废旧轮胎橡胶在道路工程中应用的过去、现状和发展[R]. 2006.
[2]郭朝阳.废胎胶粉橡胶沥青应用技术研究.重庆交通大学硕士论文.2008：3.
[3]夏玮.废胶粉改性浙青及沥青混合料路用性能研究.重庆交通大学硕士论文.2009：3.
[4]刘少文，李智慧.应用回弹恢复评价橡胶沥青的弹性恢复能力.公路交通科技.2009，26（7）：23.
[5]张泽鹏，王钊.高温多雨地区橡胶沥青粘度技术指标的试验研究.公路交通科技.2010，27（6）：38.
[6]李延刚，李金钟，李伟.橡胶沥青微观机理研究及其公路工程应用.公路交通科技.2011，28（1） 26.
[7]王旭东，李美江，路凯翼.橡胶沥青及混凝土应用成套技术.北京：人民交通出版社.2008：58，73，77，113.
[8]曹容吉，陈荣生.橡胶沥青工艺参数对其性能影响的试验研究.东南大学学报.2008，38（2）：273.