废旧轮胎橡胶对沥青混合料路用性能影响

蒋方听

(重庆交通大学土木工程学院， 重庆 400074)

0 前言

沥青路面具有较好的结构强度和韧性，所以在我国道路建设运用中十分广泛。在国内，汽车每年都会产生大量的废旧轮胎。将其放在自然环境中，会占用和浪费有限的土地资源。如果采取燃烧的手段处理，会产生大量的有毒物质并污染空气。

目前，国内许多学者对橡胶颗粒在沥青混合料的改性机理和性能影响有了较为深入的研究。比如浙江大学的吴中华[1]等学者。但大部分研究学者只是研究了一种橡胶颗粒在特定掺量下对试件的改性机理和效果。在不同添加剂量和不同目数条件下，橡胶颗粒的作用机理及改性效果研究较少。本课题旨在研究我国生产且常用的A类（10目）、B类（30目）和C类（50目）三种橡胶颗粒，在不同掺量下对试件的改性效果。对橡胶颗粒在沥青混合料掺量选择应用中，具有重要指导意义。

1 试验组织方案

本课题研究A类（10目）、B类（30目）和C类（50目）三种橡胶颗粒，在掺量分别为13%、15%、17%、19%和21%的条件下（橡胶掺量为橡胶颗粒质量与沥青质量之比），对混合料的改性效果。先将橡胶颗粒掺加到70号A级道路石油沥青中。待两者混合均匀后与集料进行拌合。为使得橡胶颗粒在基质沥青中分布均匀，不产生离析现象，本研究先将加热好的基质沥青放入到高速剪切仪拌锅中，温度调节至170℃。再将橡胶颗粒放入到拌锅中，用玻璃棒搅拌均匀，然后打开高速剪切仪，速度调节至1500r/min，搅拌60min。

2 试验结果及分析

2.1 水稳定性试验结果与分析

本研究以冻融劈裂强度比TSR为评价指标，研究在不同掺量下，不同目数的橡胶颗粒对沥青混合料的改性效果和改性机理。本试验采用标准马歇尔试件。试件成型后放在-18℃的冻藏室储存48h，随后取出放在60℃的水箱保温30min。测试并计算冻融前后试件的强度比值，即TSR。试验结果见图1。

图1 TSR与橡胶掺量关系

由图1可以看出，随着橡胶颗粒含量的增加，三组试件的TSR均有所提高。这说明本研究采用的三种橡胶颗粒，均能够提高试件的水稳定性能。添加A类（10目）橡胶颗粒的试件，在其掺量为17%时，试件的TSR为95.2%。当橡胶颗粒的掺量增加时，其TSR又相对于掺量为17%的试件有所降低。所以添加A类橡胶颗粒的试件，在掺量为17%时，其TSR达到最大值，此时试件的水稳定性能相对较优。添加B类（30目）橡胶颗粒的试件，在其掺量为17%时，试件的TSR为93.6%，其TSR又相对于掺量为17%的试件有所降低。所以添加B类橡胶颗粒的试件，在掺量为17%时，其TSR达到最大值，此时试件的水稳定性能相对较优。添加C类（50目）橡胶颗粒的沥青混合料试件，在其掺量为19%时，试件的TSR为97.8%，当橡胶颗粒的掺量增加时，其TSR又相对于掺量为19%的试件有所降低。所以添加C类橡胶颗粒的试件，在其掺量为19%时，其TSR达到最大值，此时试件的水稳定性能相对较优。

三组橡胶沥青混合料试件的TSR，均有不同程度的提升。这是因为适量的橡胶颗粒能够在沥青混合料中搅拌均匀，使两者融合充分。橡胶颗粒能够填充在混合料的空隙当中，试件更加密实。所以试件的TSR有所提高。当橡胶颗粒的掺量达到一定值时，试件的TSR开始略有降低。这是因为当橡胶颗粒掺入过多时，会产生“团聚”现象，橡胶颗粒难以分散均匀,使得改性效果降低。

2.2 疲劳试验结果与分析

本研究按照规范[2]要求，采用小梁弯曲疲劳试验。以疲劳寿命（加载次数）为评价指标，研究在不同掺量下，不同目数的橡胶颗粒改性效果。试验应变控制为400μm，加载频率为15Hz，加载方式为四分点加载。试件尺寸为400mm×60mm×50mm。疲劳寿命测试结果见图2。

图2 疲劳寿命与橡胶掺量关系

由图2中可知，三组试件的疲劳寿命均有所提高。说明三种橡胶颗粒，均能够提高试件的抗疲劳性能。添加A类橡胶颗粒的试件，在其掺量为17%时，其疲劳寿命为64427次。当掺量升高时，其疲劳寿命相对于掺量为17%的试件有所降低。所以添加A类橡胶颗粒的试件，在其掺量为17%时，其抗疲劳性能相对较优。添加B类橡胶颗粒的试件，在其掺量为19%时，其疲劳寿命为58724次，当其掺量增加时，其疲劳寿命相对于掺量为19%的试件有所降低。所以添加B类橡胶颗粒的试件，在其掺量为19%时，其抗疲劳性能相对较优。添加C类橡胶颗粒的试件，在掺量为19%时，试件的疲劳寿命为61285次，当掺量增加时，其疲劳寿命相对于掺量为19%的试件有所降低。所以添加C类橡胶颗粒的试件，在其掺量为19%时，抗疲劳性能相对较优。

三组试件的疲劳寿命，均有所提升。这是因为适量的橡胶颗粒能够在沥青混合料中与沥青进行充分融合，从而使得橡胶颗粒发生溶胀，产生一定的粘性和可塑性。让沥青与集料的粘结更加密实，所以试件的抗疲劳性能有所提高。当橡胶颗粒的掺量过多时，试件的疲劳寿命开始降低。其原因与掺入过多橡胶颗粒，试件的水稳定性能变化机理一致。

3 结论

本文通过Marshall试验和小梁弯曲疲劳试验，对比研究了三种橡胶颗粒的改性效果和机理，主要得出以下结论：

（1）本研究采用的三种橡胶颗粒，在适合掺量条件下，均能够有效提高试件的水稳定性和抗疲劳性能。

（2）添加A类橡胶颗粒的沥青混合料试件，在其掺量为17%时，试件的疲劳寿命为64427次，此时试件的抗疲劳性能相对较优。

（3）添加C类橡胶颗粒的沥青混合料试件，在其掺量为19%时，试件的TSR为97.8%，在三组试件中达到最大值，此时试件的水稳定性能相对较优。

（4）当橡胶颗粒掺入过多时，会产生“团聚”现象，橡胶颗粒难以分散均匀,使得改性效果不够明显，其混合料的路用性能开始降低。

[1]吴中华.橡胶粉改性沥青及混合料路用性能研究[D].浙江大学,2013.

[2]JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2011.