橡胶颗粒路面技术研究

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1、1引言橡胶颗粒路面是将废旧的橡胶轮胎破碎成具有一定形状和粒径的颗粒，代替部分集料，以骨料的形式直接掺于沥青混合料中铺筑而成的路面。随着汽车工业和道路交通运输业的发展，作为固体废弃物的废旧轮胎的数量也随之激增。据统计，我国每年产生的废旧轮胎也高达5000多万条，约140万吨，而每年的处理量却只有20万吨，由此造成的经济损失近百亿元。这样大规模的废旧轮胎将会带来巨大的社会和环保问题。将废旧轮胎加工成橡胶颗粒是有效的废旧轮胎再生处理方式，也是在公路行业中使用废旧轮胎的主要途径之一。图1-1废旧橡胶轮胎引发的环境问题另一方面，我国

2、大部分地区属季节性冰冻地区，路面冰雪问题一直是困扰道路交通部门的难题之一。由于橡胶颗粒路面中的橡胶颗粒具有较大的弹性变形能力，可以有效提高路面的变形能力，改善冰雪与路面的粘结状态，在车辆荷载作用下通过自应力可以有效抑制路面积雪结冰，因此，将废旧轮胎橡胶颗粒用于道路建设是解决当前面临问题的有效途径之一。目前，关于橡胶颗粒沥青混合料的研究却很少。由于橡胶颗粒是一种有机高分子材料，其性质与石料具有明显差异，它的添加改变了沥青混合料内部的组成结构和材料间的粘结接触状态，同时也给混合料的级配组成设计、拌和成型等带来了新的问题。因此，

3、有必要对橡胶颗粒本身的技术性质及橡胶颗粒沥青混合料组成设计方法、施工工艺及其在冰雪地区的应用技术进行系统的研究，从而为橡胶颗粒沥青混合料技术的推广应用奠定基础，并可以更科学、合理、经济的解决废旧橡胶轮胎的处理问题，缓解我国的环境压力，节约资源。本项目主要是对橡胶颗粒路面的应用技术进行研究，并侧重于橡胶颗粒路面在除冰雪性能方面的优势的研究，为在我国推广这项技术进行技术储备和奠定基础。2主要研究内容及技术路线根据项目的合同大纲和立项评审会的专家意见，本项目研究的目标是针对西部的气候和环境特点，对采用废旧橡胶轮胎生产的橡胶颗粒代

4、替部分集料制备的沥青混合料和以此铺筑的橡胶颗粒路面的应用技术进行系统的研究；同时，针对初冬和残冬的路面特点，重点研究橡胶颗粒路面的抑制结冰技术，并对橡胶颗粒路面的降噪、抗滑性能进行研究。具体研究分为以下三个方面：1)、橡胶颗粒沥青混合料组成设计方法的研究；2)、橡胶颗粒沥青混合料拌和工艺、成型工艺和碾压工艺的研究；3)、基于典型结构下的橡胶颗粒路面除冰效果的评价。3试验与分析3.1橡胶颗粒技术性质的研究本项目首先进行国内各生产厂产品情况调研，根据使用的情况，选择胎面胶生产的橡胶颗粒，并选择了具有代表性的橡胶颗粒4种（见图3

5、-1）。从橡胶颗粒的形状特性、表面特性和力学特性角度入手，采用电镜分析等手段，对不同材质和不同生产工艺生产的橡胶颗粒的技术性质进行研究；通过橡胶颗粒沥青混合料的压实特性、体积特性、耐久性能和回弹特性的试验研究，分析了橡胶颗粒技术性质对混合料性能的影响，并据此提出沥青混合料用橡胶颗粒的技术标准。XJ-1XJ-2XJ-3XJ-4图3-1橡胶颗粒外观a)b)图3-2不同生产工艺的橡胶颗粒的电镜照片综合研究成果，将沥青混合料用橡胶颗粒的技术指标总结如表3-1。表3-1橡胶颗粒的技术标准试验项目指标原材料胎面胶含水量不大于（%）0.

6、753视密度小于（t/m)1.15纤维含量不大于（%）0.75天然橡胶含量（%）15～30细长扁平颗粒含量不大于（%）10邵尔A型硬度不小于（度）55弹性模量大于（MPa）9.53.2橡胶颗粒沥青混合料级配组成设计3.2.1混合料组成材料配比范围的确定在橡胶颗粒沥青混合料组成材料配比范围的确定过程中，需要同时考察多个因素的多个水平对结果的影响，并对结果进行优化。为减少试验次数并考察因素间的相互作用，需要用试验设计优化法。本研究将星点设计—效应面优化法引入到混合料组成材料配比范围确定的优化设计中。研究中主要针对橡胶颗粒的掺量

7、X1(%)、粗石料含量X2(%)以及粗橡胶颗粒含量X3(%)3个影响因素，采用星点设计－效应面优化法进行配比范围的优化确定。除了毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度指标外，把橡胶颗粒沥青混合料在15KN下的回弹变形作为主要考察指标之一。将每个指标均标准化为0~1之间的“归一值”，各指标“归一值”求算几何平均数，得总评“归一值”。应用SPSS软件，总评“归一值”对各因素进行三元二次非线性回归分析，拟和得方程：222OD=-1.01+17.19X1+3.75X2+0.43X3-101.71X1-2.47X2+0.49X3

8、-8.52X1X2-8.25X1X3-1.07X2X32复相关系数r＝0.73。将以上述方程作为预测模型，对其进行分析，得到所需结果。固定粗橡胶颗粒含量X3为50%，然后以总评“归一值”OD为因变量，以橡胶颗粒掺量X1和粗集料颗粒含量X2为自变量的效应面如图3-3所示，同理得图3-4、图3-5。图3-3