橡胶颗粒沥青混合料路面除冰雪性能研究

沈武宪

(新疆希尔路桥工程有限公司， 新疆 乌鲁木齐　830011)



橡胶颗粒沥青混合料路面除冰雪性能研究

沈武宪

(新疆希尔路桥工程有限公司， 新疆 乌鲁木齐830011)

摘要：基于AC-16连续型密级配，通过室内试验及工程应用试验，研究了橡胶颗粒沥青混合料路面的除冰雪性能。研究结果表明：室内性能试验中橡胶颗粒沥青混合料试件的除冰雪性能良好，冰雪层在车轮往返25次时出现裂缝；橡胶颗粒沥青混合料路面的摆值和构造深度较之普通路面大，具有良好的抗滑性；工程应用中，车辆连续通过100 次后，橡胶颗粒沥青混合料路面露出率约为85%，接近人工除雪的效果，可以较好的满足车辆通行需求。

关键词：道路工程；橡胶颗粒沥青混合料；除冰雪

0引言

随着汽车工业的不断发展，废旧橡胶轮胎产量逐年递增，我国废旧汽车橡胶轮胎量每年就有高达5 000万条，产生约140万t的废旧轮胎，而年处理水平却只有20万t。大量的废旧轮胎堆积不仅占用宝贵的土地资源，而且对生态环境也有严重的破坏作用。将废旧橡胶轮胎破碎后以集料的形式加入到沥青混合料中进行路面的铺筑，是一种新型的有效的处理废旧轮胎的途径。橡胶颗粒的掺加改变了沥青混合料的组成，相关研究多集中在橡胶颗粒沥青混合料的水稳定性、低温稳定性及高温稳定性等室内试验方面[1-3]，对与其除冰雪性能的研究较少。

废旧橡胶轮胎粉碎后成粒径为1～3 mm的橡胶颗粒，由于胶粒和集料的物理化学性质截然不同，因此沥青混合料中掺加一定量的橡胶颗粒后，混合料的内部结构及接触状态都发生了较大的变化。胶粒的轻质高弹性导致了混合料路面冰雪层在受力状态下的形变位移发生改变，这是破除沥青路面冰雪的基础。在汽车荷载作用下，积雪压实后在低温条件下形成冰雪层，路面中的橡胶颗粒与集料在压力作用下变形不同，导致冰雪层出现受力不均匀，进而产生应力集中，冰雪层出现裂缝。当冰雪层出现裂缝后，在荷载的作用下将迅速扩大并发展，最终导致冰雪层从路面剥落[4-6]。

文章基于AC-16连续型级配为基础，将橡胶颗粒掺加到混合料中进行室内试验，与不掺加橡胶颗粒的混合料进行对比，并铺筑部分试验道路，评价橡胶颗粒沥青混合料的除冰雪性能。

1混合料材料组成及试验方法

1.1混合料原材料技术性能

1) 集料。沥青混合料中的集料包括粗集料、细集料及填料。 粗集料为粒径10～15 mm、5～10 mm及3～5 mm的花岗岩碎石，细集料为粒径0～3 mm的石灰岩石屑，填料为石灰石粉。 按照《公路工程集料试验规程》测定，集料的各项指标均符合其技术要求。

2) 沥青。本试验中所用的沥青为SBS改性沥青，主要技术指标如下：针入度(25 ℃，100 g，5 s)为76(0.1 mm)；延度(15 ℃)>105 cm；软化点(环球法)48.0 ℃；针入度指数PI=-0.96；闪点>315 ℃；密度(15 ℃)为1.024 g/cm3。

3) 橡胶颗粒。橡胶颗粒生产工艺为在常温粉碎过程中，破碎机以高速剪切的方式将废旧轮胎粉碎而成，其技术指标如下：橡胶颗粒粒径为1～2 mm；表观相对密度为1.30 g/mL；邵氏硬度为64度；细长扁平颗粒含量为4.5%。

1.2混合料的级配组成

橡胶颗粒的物理性质与化学性质与集料截然不同，胶粒具有质量轻，弹性大的特点。橡胶颗粒沥青混合料中，胶粒的掺加改变了混合料内部集料之间的接触状态，造成混合料压实过程中出现回弹现象，空隙率增大，进而改变了原始混合料的结构。文章选用AC-16连续密集型级配为基础，等质量替换3%的细集料，油石比为6.1%。级配设计见表1。

表1 级配设计筛孔尺寸/mm合成级配/%筛孔尺寸/mm合成级配/%161001.1825.313.294.50.6018.69.480.40.3011.44.7549.30.158.22.3631.90.0755.8

2橡胶颗粒沥青混合料除冰雪试验

为了模拟橡胶颗粒沥青混合料在车辆荷载作用下的除冰雪情况，文章参考沥青混合料的高温车辙试验，通过制作标准车辙试件，将试件置于0 ℃以下进行冰冻，使表面形成冰雪层，并应用车辙试验机，车轮与试件之间的往复运动可以较为真实的反映两者之间产生的压实、剪切及变形情况。

采用车辙试件成型机分别制作普通沥青混合料试件和橡胶颗粒沥青混合料两组试件，每组试件数量不少于4个，尺寸为300 mm×300 mm×50 mm。将两组试件置于-10 ℃的低温下冷冻，使其表面形成厚度为4 mm左右的冰雪层。然后分别置于车辙试验机下进行试验，往复运动15 min后观察普通沥青混合料试件与橡胶颗粒沥青混合料试件冰雪层的变化情况，试验结果如图1所示。

图1普通沥青混合料试件(左图)与橡胶颗粒沥青

混合料试件(右图)试验对比

如图1所示，在试验过程中，普通AC-16沥青混合料试件在车轮往复运动下并没有发生明显变化，只是在后期出现一些细纹裂痕，冰雪层没有脱落；对于橡胶颗粒混合料试件，当车轮运行25个往返时，冰面出现辐射状裂隙，进而形成大裂纹，随着车轮往返次数的增加，裂缝不断扩大，冰雪层逐渐脱落，露出沥青混合料试件。由于橡胶颗粒具有轻质高弹的性质，在车轮荷载作用下，橡胶颗粒会出现弹性变形，在胶粒附近的冰雪层出现应力集中，冰雪层产生裂隙，随着荷载的不断施加，冰雪层最终形成大裂缝，进而脱落。试验表明，实验室内橡胶颗粒沥青混合料相较于普通沥青混合料具有良好的除冰雪效果。

3试验路现场检测

为了对橡胶颗粒沥青混合料应用实际工程中的除冰雪效果进行检验，本文结合驻(驻马店)阳(泌阳)高速公路第十四合同段路面工程，铺筑一段试验路面，并检测试验路面的摆值、构造深度及渗水性能，定期观察通车次数对路面的除冰雪情况。

3.1路面的配合比和摊铺

根据前期室内试验相关研究成果，确定实验路生产配合比如表2所示。

表2 生产配合比材料种类掺配比例/%材料种类掺配比例/%10～20mm47矿粉95～10mm33橡胶颗粒3机制砂8油石比6.1

在试验路铺筑过程中严格按照上表要求进行控制，并实时监测各施工阶段的混合料的温度。橡胶颗粒沥青混合料路面摊铺、碾压效果见图2。

图2　橡胶颗粒沥青混合料现场摊铺和铺后情况

3.2试验路性能检测

按技术规范要求，在试验路铺筑完成 48 h后，进行了橡胶沥青混合料路面各项现场技术指标检测。

如表3所示，橡胶颗粒沥青混合料路面的构造深度和摆值比普通沥青混合料路面大，构造深度和摆值越大，沥青混合料路面的抗滑性能越好，橡胶颗粒沥青混合料的渗水性能也较好。

表3 橡胶沥青路面与普通路面性能对比类别摆值/BPN构造深度/mm渗水性能/(mL·min-1)橡胶沥青路面(AC-16A)790.9068普通路面(AC-16)730.7989

3.3除冰雪效果检测

目前对于路面的除冰雪效果并没有统一的标准，大多是定性的分析路面的除冰雪情况，从冰雪层的开裂程度、破碎程度及是否最终剥离三个方面分析路面的除冰雪性能。对于本工程，试验路面在同等通行量及通行荷载情况下，橡胶沥青路面与普通路面性能对比如图3所示。

图3　橡胶沥青路面(左图)与普通路面(右图)

由图3可知，橡胶颗粒沥青混合料路面除冰雪性能效果明显，冰雪层破碎并剥离，路面露出面积大，车辆连续通过100 次后，路面露出率约为86%，接近人工除雪的效果，可以较好的满足车辆通行需求。

4结论

本文对橡胶颗粒沥青混合料路面的除冰雪性能进行室内试验与工程实际试验，主要结论如下：

1) 通过室内性能试验，橡胶颗粒沥青混合料试件的除冰雪性能良好，冰雪层在车轮往返25次时出现裂缝。

2) 橡胶颗粒沥青混合料路面的摆值和构造深度较之普通路面大，具有良好的抗滑性。

3) 工程实际中，车辆连续通过100 次后，橡胶颗粒沥青混合料路面露出率约为85%，接近人工除雪的效果，可以较好的满足车辆通行需求。

参考文献：

[1] 许涛，黄晓明.沥青混合料水损害性评价方法研究[J].公路，2003，8(8)：131.

[2] 徐鸥明，韩森，张洪伟，等.橡胶颗粒沥青混合料抑制结冰试验研究[J].公路，2010(1)：153-156.

[3] 王修云，余苗，吴国雄.粗橡胶颗粒沥青混合料室内成型工艺及路用性能[J].重庆交通大学学报(自然科学版)，2011，4(30)：763-767.

[4] 彭旭东，孟祥凯，卢荡，等.冰雪路面汽车轮胎摩擦特性研究进展[J].摩擦学学报，2003，23(5)：31-33.

[5] 孙宝锋.橡胶颗粒除冰雪沥青混合料设计与施工工艺研究[D].西安：长安大学，2011.

[6] 张聪.橡胶颗粒沥青路面耐久性研究[D].西安：长安大学，2012.

文章编号：1008-844X(2016)02-0055-03

收稿日期:2015-11-02

作者简介:沈武宪( 1972-) ，男，主要从事路桥工程的施工及管理工作。

中图分类号：U 414

文献标识码：A