路面废橡胶塑料高黏改性沥青研究

杨霞，陈怡宏，崔立龙，伍任雄

（1重庆建工住宅建设有限公司，重庆 400015；2重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074）

0 引言

随着我国公路建设的发展，人们对路面的要求越来越高[1]。透水沥青面层（OGFC）具有防滑、降噪性能优越、施工方便、造价低等优点，逐渐受到重视[2-3]。OGFC的路面结构相比普通路面对沥青与石料的黏结能力提出了更高的要求[4-6]，往往需要采用高黏度沥青来满足其使用性能和耐久性要求[7-9]，目前OGFC所需高黏度改性沥青多为进口。本研究采用废橡塑高黏改性沥青作为透水沥青路面胶结料，理论实验和工程实践证明OGFC能够达到建设工程对高黏度改性沥青的要求，在公路沥青路面建设中推广性较好。

表1 废胶粉的物化性能

表2 废塑料的基本性能

表3 改性沥青混凝土制备

1 原材料及制备

1.1 原材料

（1）基质沥青：采用市售壳牌70#沥青。

（2）橡胶粉：混合橡胶粉包括天然橡胶屑和废旧轮胎，颗粒细度30目，物化性能见表1。

（3）废塑料：热塑性树脂PP，基本性能见表2。

（4）集料：粗集料和细集料为重庆地区出产的碎石。

1.2 制备方式

采用湿法制备改性沥青：首先按比例准确称量混合橡胶粉所需各组分的质量，将各组分橡胶混合后加入到190℃的基质沥青中，加入的同时进行低速搅拌，一段时间后用高速剪切仪剪切搅拌60min，即可制得改性沥青。按比例与粗细集料搅拌、浇筑、成型沥青混凝土试件。技术参数见表3。

2 实验方法

2.1 高温稳定性

采用室内小型往复式车辙试验JTG E20-2011 T0703：按标准成型沥青试件，实验温度60℃，试验轮频率42±1次/min，测定试块随时间的变形量。

2.2 低温抗裂性

按照沥青混合料弯曲试验规程JTG E20-2011 T0715进行：试验温度为-10℃，加载速率为50mm/min，试件尺寸30mm×35mm×250mm，跨径为200mm。

2.3 水稳定性

（1）沥青与集料粘附性试验：水煮法和水浸法按照JTG E20-2011执行。

（2）浸水马歇尔试验：按照JTG E20-2011 T0709执行。

（3）冻融劈裂试验：按照JTG E20-2011 T0729执行。

2.4 渗水系数

采用路面渗水仪进行试验，按照JTG E20-2011 T0730执行。

3 结果及讨论

3.1 高温稳定性

试验结果见表4。

表4 OGFC混合料车辙试验结果（单位：次/mm）

由表4的实验数据可知：OGFC混合料的动稳定度平均值为3240次/mm，可以满足规范对重要交通路段的要求。

3.2 低温抗裂性

OGFC混合料试件的抗弯拉强度及应变见表5。

[66]U Nu, Burma Looks Ahead: Translation of Selected Speeches by the Hon’ble U Nu from 19th July 1951 to 4th August 1952. Rangoon, Government printing and Stationary, 1953, p. 98.

表5 OGFC沥青混合料低温弯曲试验结果

一般来说，抗弯拉强度对路面结构强度性能的影响最关键，抗弯拉强度与其在低温下抗破坏及抗裂能力呈正相关性；对于弹塑性材料来说，弹塑性限度内破坏弯拉应变越大，结构破坏时产生的形变量越大，说明结构的低温抗裂性能越好。由表5可知：OGFC混合料的抗弯拉强度较小，但破坏弯拉应变较大。一方面因为改性沥青混合料的黏度较高，在其破坏强度限度内能产生较大的形变；另一方面是因为OGFC混合料内部空隙率较大，在受到外力时内部空隙被压缩是其发生变形的主要原因。

3.3 水稳定性

3.3.1 沥青与集料粘附性试验

（1）水煮法试验发现：集料表面的橡胶沥青分布均匀，没有出现明显的脱落现象，说明沥青与集料的粘附性能较好，根据表6评定粘附性等级5级。

表6 沥青与集料粘附性等级

（2）经过水浸试验后，橡胶沥青膜在集料表面牢固粘附保存完整，基本上没有剥落现象，根据表6评定粘附性等级5级。

水煮法与水浸法的试验结果均表明改性沥青对集料具有良好的胶结能力，稳定性好，有利于OGFC的耐久性，适合路面工程使用。

3.3 .2浸水马歇尔试验

试验结果见表7。

表7 OGFC混合料浸水马歇尔试验结果

3.3 .3冻融劈裂试验

冻融劈裂试验结果见表8。

表8 OGFC混合料冻融劈裂试验结果

通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验 （表7和表8），OGFC混合料具有较好的稳定性和良好的抗冻融能力，其马歇尔残留稳定度达92.3%，冻融劈裂残留强度比为86.2%，说明OGFC具有良好的稳定性和耐久性，能满足规范要求。

3.4 渗水系数

试验结果见表9。

表9 高黏改性沥青OGFC路面渗水系数试验

由渗水系数试验结果（表9）可知：高黏改性沥青OGFC的透水能力极强，远远高于密级配沥青混凝土与SMA混合料的参数要求。在保证一定强度和耐久性的条件下可以轻易将路面水排走，防止积水或水膜形成。一方面避免了OGFC长时间浸泡导致的材料提前老化，性能降低；另一方面保证路面干燥，防止车轮遇到积水或冬天路面结冰打滑，有利于行车安全。

4 工程实例

某工程采用废橡塑高黏改性沥青OGFC进行施工建设。通过利用废塑料废橡胶为沥青改性剂制备橡塑高黏改性沥青代替进口高黏沥青用于OGFC，使资源得到了循环利用，绿色环保，同时有效降低了生产成本。通过工程实践检验，废橡塑高黏改性沥青OGFC材料技术在该类路面建设工程中具有良好的推广价值。

5 结论

（1）废橡塑改性沥青OGFC混合料的动稳定度平均值达3240次/mm，马歇尔残留稳定度和冻融劈裂残留强度比分别为92.3%和86.2%，渗水系数为1264ml/min。废橡塑改性沥青OGFC混合料具有强度可观、水稳定好、耐久性好、渗水性强的优点，可以满足规范对工程的要求。

（2）废橡塑改性沥青OGFC混合料的抗弯拉强度较小，但破坏弯拉应变较大。改性沥青混合料的高黏度可能导致其破坏强度限度内能产生较大的形变，另一方面OGFC混合料内部空隙率较大，在受到外力时内部空隙被压缩是其发生变形的主要原因。因此，用破坏弯拉应变指标来检验OGFC混合料的低温性能可能不够准确，在以后的研究中值得关注。

（3）废橡塑改性沥青OGFC混合料的透水系数很高，可将路面水高效排走，避免路面积水和低温冻害，适合西南地区潮湿多雨的气候条件，但必须下设不透水层，将水从路面结构两侧排走，防止产生路面水损害。

（4）废橡塑改性沥青利用了废弃的橡胶和塑料，有利于降低成本，资源回收利用和环保建设，在实际工程运用中取得了良好的环保价值和经济效益。