近年來(lái)，為解決廢舊輪胎對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題以及資源緊缺等問(wèn)題，我國(guó)學(xué)者對(duì)橡膠改性瀝青及其相關(guān)技術(shù)應(yīng)用做了大量的研究，各省交通部門(mén)和企業(yè)也出臺(tái)了相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)指南和規(guī)范。橡膠瀝青作為一種良好的膠結(jié)料，已廣泛應(yīng)用于公路行業(yè)。付立勇等利用車(chē)轍試驗(yàn)研究分析了不同產(chǎn)地、不同細(xì)度、不同摻加量的膠粉對(duì)混合料在高溫環(huán)境下抵抗變形能力的影響。黃衛(wèi)東等分別制備了五種膠粉摻加量的混合料，然后通過(guò)靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)和車(chē)轍試驗(yàn)研究分析了膠粉摻加量對(duì)混合料在高溫狀態(tài)下抵抗變形能力的影響，結(jié)果表明，當(dāng)摻加量為24%時(shí)，混合料高溫抗變形能力zui佳。張認(rèn)秦等利用APA試驗(yàn)研究分析了瀝青混合料在高溫環(huán)境條件中的高溫抗變形能力。
綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于瀝青混合料在高溫狀態(tài)下的抗變形能力的評(píng)價(jià)方法雖多，但研究的試驗(yàn)方法大多數(shù)集中于常見(jiàn)的車(chē)轍試驗(yàn)、馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、輪堡試驗(yàn)等方法，而對(duì)單軸靜載壓縮試驗(yàn)研究應(yīng)用不多，究其原因是車(chē)轍試驗(yàn)、馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、方便。因此，本文基于單軸靜載壓縮試驗(yàn)研究分析不同膠粉摻加量、不同溫度環(huán)境下混合料抵抗高溫變形的能力，以此探討該試驗(yàn)方法在評(píng)價(jià)橡膠瀝青混合料在高溫狀態(tài)中的抵抗變形能力的適用性。
原材料及試驗(yàn)方法
原材料
本試驗(yàn)所用的廢胎膠粉由酒泉某單位生產(chǎn)提供，膠粉改性劑顆粒大小為40目，采用SK-90#基質(zhì)瀝青，橡膠瀝青制備溫度為:180℃～190℃，攪拌速度為4000r/min，反應(yīng)時(shí)間為60min。制成的橡膠瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合溫區(qū)要求，詳見(jiàn)表1。
表1橡膠瀝青技術(shù)指標(biāo)
本試驗(yàn)所用級(jí)配為AC-13，采用兩檔粗集料和一檔細(xì)集料(均為性能良好的玄武巖)，分別為:10～15mm、5～10mm和0～5mm。填料為甘肅天水本地所產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉。礦料各項(xiàng)指標(biāo)均符合相關(guān)要求，篩分結(jié)果及本文所用AC-13配及范圍見(jiàn)表2。
表2 各檔礦料篩分結(jié)果及AC-13級(jí)配
試驗(yàn)方法
本文采用UTM-100進(jìn)行試驗(yàn)，以表2中AC-13為目標(biāo)級(jí)配，成型標(biāo)準(zhǔn)試件(試件尺寸為:Φ101.6×63.5mm，油石比為5.2%)，將制做好的試件在室溫條件下靜置24h進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)研究。
靜態(tài)模量試驗(yàn)
本文所述單軸靜載壓縮試驗(yàn)均在UTM-100試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行加載，UTM-100試驗(yàn)機(jī)帶有自動(dòng)控溫的保溫箱和設(shè)備，加載前需要先將制備好的試件置于設(shè)規(guī)定溫度范圍內(nèi)的環(huán)境箱中保溫至少5小時(shí)，試驗(yàn)溫度分別為30℃、40℃和50℃。試驗(yàn)前需先測(cè)定相同環(huán)境條件下試件的極限破壞荷載P，然后將破壞荷載P大致均勻的分成7個(gè)級(jí)進(jìn)行逐級(jí)加載，7級(jí)荷載分別為0.1P,0.2P,0.3P,0.4P,0.5P,0.6P,0.7P等7級(jí)(近似取整)。試驗(yàn)時(shí)需先對(duì)試件進(jìn)行2次預(yù)壓，然后以由小到大的順序逐級(jí)加載至7級(jí)荷載。需要注意的是，每次卸載后要保持30s再進(jìn)行下一級(jí)荷載的加載。
抗壓回彈模量及應(yīng)變-應(yīng)力分析
從表3、圖1及圖2中可以發(fā)現(xiàn)，摻加橡膠粉后，混合料的應(yīng)變-應(yīng)力曲線斜率變小了，抗壓回彈模量也得到顯zhu地提高。當(dāng)試驗(yàn)溫度為30℃，橡膠粉摻量從0增加到15%時(shí)，混合料應(yīng)變-應(yīng)力曲線斜率減小了約3.9%左右，而抗壓回彈模量增加了約4.8%左右;橡膠粉摻量從15%增加到20%時(shí)，混合料應(yīng)變-應(yīng)力曲線斜率減小了約5.8%左右，而抗壓回彈模量則增加了約18.3%左右。當(dāng)試驗(yàn)溫度為40℃，橡膠粉摻量從0增加到15%時(shí)，混合料應(yīng)變-應(yīng)力曲線斜率減小了約8.2%左右，而抗壓回彈模量則增加了約6.8%左右;橡膠粉摻量從15%增加到20%時(shí)，混合料應(yīng)變-應(yīng)力曲線斜率減小了約8.8%左右，而抗壓回彈模量則增加了約15.2%左右。當(dāng)試驗(yàn)溫度為50℃，橡膠粉摻量從0增加到15%時(shí)，混合料應(yīng)變-應(yīng)力曲線斜率減小了約7.1%左右，而抗壓回彈模量則增加了約7.5%左右;橡膠粉摻量從15%增加到20%時(shí)，混合料的應(yīng)變-應(yīng)力曲線斜率減小了約8.9%左右，而抗壓回彈模量則增加了約11.7%左右。
表3 混合料的應(yīng)變-應(yīng)力及抗壓回彈模量測(cè)試結(jié)果
圖1 回彈模量隨溫度的變化曲線
圖2 應(yīng)變-應(yīng)力斜率隨溫度的變化曲線
綜合上述分析，橡膠粉的加入使得瀝青混合料在高溫狀態(tài)下的抗變形能力得到了顯zhu地提高，隨著膠粉摻加量的不斷增加，膠粉對(duì)混合料在高溫環(huán)境中抵抗變形能力的改善效果逐漸變小，甚至?xí)a(chǎn)生負(fù)面影響，因此膠粉摻加量過(guò)也不宜過(guò)高。
靜態(tài)模量分析
從表4、圖3中可以發(fā)現(xiàn)，摻加膠粉改性劑后，混合料在高溫狀態(tài)中的靜態(tài)模量得到了明顯地提高。當(dāng)試驗(yàn)溫度為30℃，橡膠粉摻量從0增加到15%時(shí)，混合料靜態(tài)模量與應(yīng)力水平的比值增加了4.6%;橡膠粉摻量從0增加到20%時(shí)，20%膠粉摻量的混合料靜態(tài)模量與應(yīng)力水平的比值則增加了13.3%多;當(dāng)試驗(yàn)溫度為40℃，橡膠粉摻量從0增加到15%時(shí)，混合料靜態(tài)模量與應(yīng)力水平的比值增加了19.5%;而橡膠粉摻量從0增加到20%時(shí)，混合料靜態(tài)模量與應(yīng)力水平的比值則增加了24.3%多;當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度為50℃，橡膠粉摻量從0增加到15%時(shí)，混合料靜態(tài)模量與應(yīng)力水平的比值增加了25.6%;而橡膠粉摻量從0增加到20%時(shí)，混合料靜態(tài)模量與應(yīng)力水平的比值則增加了41.1%多，變化非常顯zhu。
表4 各種混合料靜態(tài)模量測(cè)試結(jié)果
圖3 不同溫度下混合料靜態(tài)模量變化曲線
綜合上述詳細(xì)分析，當(dāng)摻入橡膠粉后，混合料在高溫環(huán)境條件下的回彈模量隨膠粉摻量的增加變化越明顯，說(shuō)明混合料混合料在高溫環(huán)境中的的靜態(tài)模量得到了顯zhu地提高，橡膠瀝青混合料在高溫環(huán)境中抵抗流動(dòng)變形的能力得到明顯增強(qiáng)，橡膠粉改性劑可有效改善混合料高溫性能。
應(yīng)力應(yīng)變?cè)囼?yàn)
基于上述試驗(yàn)方法進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變?cè)囼?yàn)，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)將試件放在60℃環(huán)境箱中保溫至少2小時(shí)以上，使得試件溫度達(dá)到試驗(yàn)溫度的要求。試驗(yàn)加載速率為2mm/min，分別測(cè)試三種混合料在高溫環(huán)境中的破壞荷載及抗壓強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表5、圖4及圖5。試件的抗壓強(qiáng)度可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：
式中:：Rc為試件的抗壓強(qiáng)度MPa;P為試件破壞時(shí)的zui大荷載，N;d為試件直徑，mm。
表5各瀝青混合料破壞荷載對(duì)比
由圖4、圖5及表5可以看到，摻加橡膠粉改性劑后，混合料的破壞荷載提高非常明顯。當(dāng)膠粉摻加量從0增加到15%時(shí)，混合料破壞時(shí)的應(yīng)力增da了約6.7%左右;當(dāng)膠粉摻量從0增加到20%時(shí)，混合料破壞時(shí)的應(yīng)力則增da了約11.1%多。說(shuō)明隨著膠粉摻量的不斷增加，混合料在高溫環(huán)境下抵抗變形的能力也在不斷的提升。
圖4 各混合料破壞應(yīng)力對(duì)比
圖5 不同混合料荷載-應(yīng)變變化曲線
從圖5中可以看出，隨膠粉摻加量的增加，混合料荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線上zui大應(yīng)力點(diǎn)在不斷提高，對(duì)應(yīng)的破壞應(yīng)變值也在增da。且隨膠粉摻量的增加，瀝青混合料所能承載的應(yīng)力增da，應(yīng)變后移，抵抗拉伸破壞的性能也增強(qiáng)，高溫穩(wěn)定性得到改善。
車(chē)轍試驗(yàn)
按照規(guī)范制備不同膠粉摻量的混合料車(chē)轍板試件進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6。
圖6 各混合料動(dòng)穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果對(duì)比
從圖6可知，加入橡膠粉后混合料動(dòng)穩(wěn)定度的得到了明顯的提升。膠粉摻加量從0增加到15%時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度增加了近166.2%多，而膠粉摻量從15%增加到20%時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度增才加了約3.8%左右。究其原因?yàn)椋尤胂鹉z粉改性劑后，瀝青膠結(jié)料的黏度明顯增da，粘結(jié)力也被增強(qiáng)，進(jìn)而提高了混合料的高溫抗剪切變形能力;而繼續(xù)增加膠粉后導(dǎo)致膠粉含量過(guò)高，盡管此時(shí)的橡膠瀝青仍具有較大的黏度，但其缺乏瀝青中的油分，導(dǎo)致其表面干澀、粘結(jié)力變化不大，即其對(duì)提高混合料在高溫環(huán)境中的穩(wěn)定性貢獻(xiàn)減弱。
結(jié)論
?(1)摻加橡膠粉后，混合料的回彈模量、靜態(tài)模量、抗壓強(qiáng)度和動(dòng)穩(wěn)定度均得到了明顯提高，且隨著膠粉摻加量的不斷增加，混合料模量、破壞荷載和動(dòng)穩(wěn)定度也在不斷的增da，所能承載的剪切應(yīng)力和破壞應(yīng)變也在不斷增da，混合料在高溫環(huán)境下的抵抗剪切變形能力得到了顯zhu的改善。
?(2)綜上述研究分析，摻加膠粉后橡膠瀝青混合料在高溫環(huán)境中的抵抗流動(dòng)變形和剪切的能力得到了明顯地提高。單軸靜載壓縮試驗(yàn)可以有效評(píng)價(jià)橡膠瀝青混合料在高溫狀態(tài)下的抗變形能力，該方法對(duì)于評(píng)價(jià)和研究橡膠混合料高溫抗變形能力具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。
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