本文關(guān)鍵詞：膠粉改性瀝青材料，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

大連理工大學(xué) 碩士學(xué)位論文 廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究 姓名：李明亮 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：市政工程 指導(dǎo)教師：鐘陽 20071201

大連理Ｔ大學(xué)碩十學(xué)何論文

摘

要

本文利用廢輪胎磨制成的膠粉作為道路瀝青材料的改性劑．對廢輪胎膠粉改性瀝青 及其混合料的路用性能進行了測試與評

價研究。希望這一問題的研究不但能夠減少數(shù)量 日益增長的廢棄輪胎帶來的環(huán)境污染，而且還能夠起到改善路而瀝青材料性能的作用。 文中通過對國內(nèi)、外現(xiàn)有規(guī)范的總結(jié)，首先確定出試驗?zāi)z粉的級配，并選用兩種規(guī) 格的膠粉按比例摻配得到試驗所用的廢輪胎膠粉改性劑。對膠粉改性劑的密度，含水率， 金屬含量等特性指標進行了測試，通過適當調(diào)整使其能夠滿足試驗規(guī)范的要求。 在廢輪胎膠粉改性結(jié)合料的試驗研究中。采用２種不同類型的基質(zhì)瀝青以及４種含 量的膠粉制備成５種不同類型的改性瀝青，通過粘度試驗分析了制備條件，膠粉含量對 膠粉改性瀝青的粘性的影響。使用動態(tài)剪切流變儀分別對原樣，經(jīng)過短期老化，長期老 化三種狀態(tài)的試樣進行測試，分析了各粘彈性參數(shù)隨橡膠瀝青類型變化的規(guī)律。同時也 對比分析了各種類型的膠粉改性瀝青的高溫抗車轍性能和抗疲勞性能。結(jié)果表明膠粉含 量在１５％到２１％之間時，橡膠瀝青的使用性能隨膠粉含量的增加而逐漸提高，并且這 一含量范圍可以被實際工程所接受。 為評價橡膠瀝青混合料的路用性能，選用４種類型的瀝青混合料進行測試，其中包 括采用不同基質(zhì)瀝青的２種間斷級配膠粉瀝青混合科，１種開級配膠粉瀝青混合料 （ＯＧＦＣ），１種普通瀝青馬蹄脂碎石（ＳＭＡ）。通過勁度模量試驗，輪轍試驗，凍融 劈裂試驗及長期老化試驗，評價和分析了不同類型混合料的高溫穩(wěn)定性，水穩(wěn)定性及抗 老化性能。試驗結(jié)果表明，橡膠瀝青混合料具有良好的高溫抗車轍性能和抗水損害性能， ＳＭＡ則表現(xiàn)出較好的抗老化性能。

關(guān)鍵詞：廢輪胎膠粉；粘度；動態(tài)剪切流變試驗；開級配混合科；勁度模量

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ

ｏｎ

Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｓｃｒａｐ Ｔｉｒｅ Ｒｕｂｂｅｒ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ａｓｐｈａｌｔ
Ｐａｖｉｎｇ

Ｍａｔｅｒｉａｌｓ

Ａｂｓｌ：ｒ ａｃｔ

Ｇｒｉｎｄｅｄ ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ｆｒｏｍ ｗａｓｔｅ ｔｉｒｅｓ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ

ｍｏｄｉ母ａｓｐｈａｌｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
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ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ．

Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｂｉｎｄｅｒｓ ａｎｄ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｆｒｏｍ ｌｏｃａＩ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ａｒｅ

ｔｅｓｔｅｄ ａｎｄ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐｕｒＤｏｓｅ ｉｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ

ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｍｎｅｎｔａＩ

ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｐａｖｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ． Ｂａｓｅｄ
ｏｎ

ｔｈｅ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，ｒｕｂｂｅｒ ｇｒａｄａｔｉｏｎ ｉ３
ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ

ｄｅｃｉｄｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｍｉｘｉｎｇ

ｉｎ

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ｃｅｒｔａｉｎ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ．

Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｇｒａｖｉｔｙ，ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ，ａｒｃ ｔｅｓｔｅｄ，

ａｎｄ ｅｓｓｅｎｔｉａＩ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｔａｋｅｎ ｔｏ ｍａｋｅ ｒｕｂｂｅｒ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．
Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｒｕｂｂｅｒ ａｓｐｈａｌｔ ｂｉｎｄｅｒ，ｆｉｖｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｒｕｂｂｅｒ ａｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ

ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ

ｏｆｂａｓｉｃ ａｓＤｈａｌｔ ｂｉｎｄｅｒ ａｎｄ ｆｏｕｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｕｂｂｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔｓ． ａｎｄ ｒｕｂｂｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ
ｏｎ

Ｅｆ詫ｃｔｓ ｏｆ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｎｄｅｒｓ ａ佗

ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｒａｔｉｏｎａｌ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｔｅｓｔ．Ｄｙｎａｍｉｃ ｓｈｅａｒ ｒｈｅｎｍｅｔｅｒ

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ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｈｉｎｄｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ，ｓａｍｐｌｅｓ ａｆｔｅｒ ｓｈｏｒｔ ｔｅｒｍ ａｇｅｉｎｇ ａｎｄ ｓａｍｐｌｅｓ ａｆｔｅｒ

ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ａｇｅｉｎｇ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｔｏ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ

ａｓｐｈａｌｔ．Ｉｔ ｊｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒｕｂｂｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ １ ５％ａｎｄ ２ Ｉ％ｂｙ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ

ｍｏｄｉｆｉｅｄ

ｂｉｎｄｅｒ，ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
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ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｆａｔｉｇｕｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆｔｈｅ ｂｉｎｄｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｉｓ ｒａｎｇｅ ｉｓ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｂｅ ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ ｆｏｒ
ａｒｃ

ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｆｏｕｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅｓ

ｓｅｋ．ｔｅｄ ｆ－ｏｒ ｔｌｌｅ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
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ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ。ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ

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ｇｒａｄｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｒｕｂｂｅｒ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｗｈｏｓｅ ｂｉｎｄｅ體ｗｃｆｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂａｓｉｃ
ｏｐｅｎ ｇｒａｄｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｒｕｂｂｅｒ ｍｉｘｔｕｒｅ（ＡＲ－ＯＧＦＣ）ａｎｄ
ｓｔｏｎｅ ｍａｓｔｉｃ

ａｓｐｈａｌｔ，ａｎ

ａｓｐｈａｌｔ（ＳＭＡ）
ａｒｃ

ｗｉｔｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ

ｂｉｎｄｅｒ．ｎｅ

ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｔｅｓｔ，ｗｈｅｅｌ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｔｅｓｔ，ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔ

ａｄｏｐｔｅｄ

ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ￥ｕｓｇｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ，ｗａｔｅｒ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ａｇｅｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｘｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ａｓｐｈａｌｔ ｒｕｂｂｅｒ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｈａｖｅ ｌｏｗｅｒ ｔｅｒｎｐｅｒａｔｕｒｅ

ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｇｒｅａｔｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｄａｍａｇｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ＳＭＡ，ｗｈｉｌｅ ＳＭＡ ｓｈｏｗｓ ａ ｂｅｔｉｅｒ ｄｕｍｂｉｌｉｔｙ ａｆｔｅｒ ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ａｇｅｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．

Ｋｅｙ

Ｗｏｒｄｓ：Ｓｃｒａｐ Ｔｉｒｅ Ｒｕｂｂｅｒ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ

Ａｓｐｈａｌｔ；Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ；Ｄｙｎａｍｉｃ

Ｓｈｅａｒ

Ｒｂｅｏｍｅｔｅｒ Ｔｅｓｔ；

Ｏｐｅｎ Ｇｒａｄｅｄ Ｍｉｘｔｕｒｅ；Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ｍｏｄｕｌｕｓ

獨創(chuàng)性說明

作者鄭重聲明：本碩士學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工 作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外， 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得大連理 工大學(xué)或者其他單位的學(xué)位或證書所使用過的材料．與我一同工作的同志

對本研究所做的貢獻均巳在論文中做了明確的說明并表示了謝意．
作者簽名：

摩明釔

日期：坐

大連理１人學(xué)偵十硎）ｔ生學(xué)似淪文

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可采用影Ｆｐ、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編學(xué)位論文。

作者簽名：

南國覷

導(dǎo)師簽名：

塹翟
型：】年衛(wèi)月墮日

大連理Ｔ大學(xué)顧十學(xué)位論文

１緒論
１．１問題的提出
廢舊輪胎被稱為“黑色污染”，隨著道路交通事業(yè)的發(fā)展，每年報廢的輪胎也越來 越多，據(jù)統(tǒng)計，全世界的廢舊輪胎積存量己達３０億條，并以每年約１０億條的數(shù)寧增長。 其中能夠得到翻新利用的只占１５％～２０％，為此許多國家都在千方百計為廢舊輪胎尋找

出路嘰我國是世界上最大的舊橡膠產(chǎn)生國，也是對廢橡膠亟待加強綜合利用的國家。
２００４年我國廢舊橡膠生產(chǎn)量約２７２萬噸，其中主要是廢舊輪胎，據(jù)測算約有一億條。另 據(jù)統(tǒng)計，美國現(xiàn)有廢舊輪胎２億條，日本１億條，臺灣１５００萬條，香港１８０萬條。廢 舊輪胎屬于工業(yè)有害固體廢棄物，它們的大分子分解到不影響土壤中植物生長的程度需 要百年的歲月。它惡化自然環(huán)境，破壞植被生長，且經(jīng)過日曬雨淋，極易滋生蚊蟲，傳 播疾病，影響人類健康、危及生態(tài)環(huán)境，此外還容易引發(fā)火災(zāi)。從再生資源的利用的角 度出發(fā)，將廢舊輪胎以機械方法粉碎制成膠粉，作為工業(yè)再生材料，已成為廢橡膠回收 利用的主要途徑。 我國的廢舊輪胎膠粉每年的生產(chǎn)量很大，并有逐年增長的趨勢，除橡膠工業(yè)和其他， 行業(yè)使用外，還有相當?shù)挠嗔浚瑩?jù)測算每年可生成多余的橡膠粉超過１０萬噸。將廢輪 胎衍生的資源再利用于公共工程上，一直是世界各國處理廢輪胎的方向之一。廢輪胎膠 粉作為瀝青改性劑使用，應(yīng)用于國外公路鋪筑已行之有年，據(jù)統(tǒng)計，每公里橡膠瀝青路 面消耗的廢舊輪胎可達４０００條之多。 隨著我國公路運輸事業(yè)的迅猛發(fā)展，對路面使用性能的要求也越來越高，為了防止 路面的早期破壞，提高路面的高低溫性能和耐久性，必須對道路工程建設(shè)材料及旖工工 藝加以改進，而瀝青的性能是決定路面質(zhì)量和使用壽命的關(guān)鍵因素。實踐證明，隨著交 通量和交通軸載的逐漸增加，大多數(shù)普通瀝青已經(jīng)不能滿足路面使用性能的需要，采用 外摻劑改善瀝青的路用性能勢在必行。近年來，我國道路建設(shè)中所使用的瀝青改性劑多 以苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物（ＳＢＳ）為主，價格較貴，而事實上，改性瀝青除了 聚合物改性瀝青外，橡膠粉改性瀝青也是一個大類。多方面的資料顯示，使用廢輪胎粉 改質(zhì)的瀝青混凝土，因感溫性較低，可能兼具有較佳的抗車轍變形與抗低溫龜裂能力， 進而可增加路面壽命、節(jié)省養(yǎng)路經(jīng)費，并且可以減少噪音、防濕滑、碎冰雪，提高了安 全系數(shù)，增加路面的服務(wù)品質(zhì)。廢舊橡膠粉的價格一也相對便宜．可以大大降低道路建 設(shè)的成本，是一種既經(jīng)濟實用又簡單有效的方法，比較適合于我國的國情。

廢輪ＪＩｆｉ膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

因此，把橡膠粉用于道路路面建設(shè)，如果既可以改善瀝青的性能，又能夠消耗掉廢 橡膠粉，這將是一舉兩得的事情，具有重要的社會效益與經(jīng)濟效益。

１．２基本概念及原理
按照美國材料與試驗協(xié)會標準（ＡＳＴＭ）的定義，膠粉改性瀝青，也稱為橡膠瀝青
（Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ，簡稱為ＡＲ），是１５％以上橡膠粉粒在高溫狀態(tài)下與瀝青發(fā)生充分溶脹

反應(yīng)兩形成的復(fù)合膠結(jié)材料１２】。橡膠瀝青中橡膠顆粒能夠吸收瀝青中的輕質(zhì)油分，使體 積增大，產(chǎn)生溶脹作用，溶脹后橡膠粉體積達到膠結(jié)料的３０％－４０％，從而導(dǎo)致瀝青中 輕質(zhì)油分減少，粘度增加，另一方面橡膠顆粒的骨架填充作用仍然存在，因此，橡膠瀝 青性質(zhì)的變化是基質(zhì)瀝青品質(zhì)變化和體系結(jié)構(gòu)變化雙重作用的結(jié)果。 目前，橡膠瀝青混合料的制備方法主要有２種．即干法和濕法【３
１。

干法是直接將膠粉充當一部分混合料噴灑到正在攪拌的熱瀝青攪拌器中，制成膠粉 改性瀝青混凝土（ＲＵＭＡＣ）。在干法中膠粉實際上不是瀝青改性劑，而是起填料的作 用。干法只限于熱拌瀝青混合料（ＨＭＡ）的應(yīng)用中。干法工藝存在的主要問題是橡膠 顆粒與集料或瀝青不能完全相容．混合料壓實困難或壓實后出現(xiàn)體積膨脹。有學(xué)者［４－５】 認為可以通過添加聚合物改性瀝青（如ＳＢＳ改性瀝青），以增強瀝青與橡膠顆粒、集料之 間的粘結(jié)力，提高ＲＵＭＡＣ的整體強度與耐久性。 濕法是將預(yù)先將橡膠粉與熱瀝青按比例充分混溶制成橡膠瀝青結(jié)合料（ＡＲ），再 將其加入熱礦料中拌和成橡膠瀝青混合料。改性瀝青的性能與膠粉的粒徑關(guān)系密切。粒 徑越小分布越均勻，其性能越優(yōu)良，而且不易離析，有利于泵送。從美國各州的研究和應(yīng) 用來看，采用濕法工藝鋪筑的大多數(shù)試驗路性能良好。 根據(jù)ＡＳＴＭ規(guī)范的定義可知，真正意義的橡膠粉改性瀝青即為由濕法生產(chǎn)的橡膠瀝 青結(jié)合料（ＡＲ），而干法只是一種路面建設(shè)中使用膠粉的方法，整個生產(chǎn)過程并沒有 涉及到對基質(zhì)瀝青的改性。因此，在本文中，除非特別強調(diào)，所提及的橡膠瀝青及其混 合料均指由濕法制備而成的橡膠粉改性瀝青及其混合料，干法不做深入討論。

１．３國內(nèi)外應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀
輪胎橡膠在路面工程中的應(yīng)用，最早始于２０世紀４０年代的美國。美國橡膠回收公
司（Ｒｕｂｂｅｒ Ｒｅｃｌａｉｍｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ）在上世紀４０年代首先采用干拌法的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)了
Ｒａｍｆｌｅｘ

ＴＭ橡膠粉瀝青混合料。美國工程師Ｃｈａｒｌｅｓ ＭｃＤｄｏｎａｌｄ則首先采用濕拌法的生

產(chǎn)工藝，在６０年代生產(chǎn)了Ｏｖｅｒｆｌｅｘ ＴＭ橡膠瀝青混合料。美國用廢輪胎膠粉作為瀝青 改性劑，制造改性瀝青用于修筑公路已有２０多年的歷史，１９８２—１９８６年問已試鋪了２１０ 多個路段，這種路面的熱穩(wěn)定性能和低溫性能都比較好，并可減少維修費用。１９９１年。

大連理丁大學(xué)頎十學(xué)位論文

美國國會通過了聯(lián)邦地表協(xié)調(diào)聯(lián)運效率法案（ＩＳＴＥＡ，又稱冰茶法），其中一條要求從 １９９４年起凡使用聯(lián)邦經(jīng)費的熱拌瀝青批合料都必須以５％的經(jīng)費用于廢橡膠瀝青洮合料

以后每年再增加跏，直至１９９７年達２０％ｆ６ｌ。據(jù)統(tǒng)計，到１９９７年廢膠粉改性瀝青己消
耗了８０００萬噸廢輪胎。目前，美國的亞利桑那、加利福尼亞、德克薩斯和佛羅里達已 成為廢膠粉瀝青使用最多的地區(qū)，并早已將廢輪胎橡膠瀝青視為常規(guī)的公路鋪筑材料， 且已有完整的品質(zhì)規(guī)范依據(jù)。最新的美國加州政府公共資源條例第３３８條規(guī)定：從２００７ 年起２０％的柔性路面必須采用橡膠瀝青，２０１３年起增加到３５％。 １９９０年，加拿大安大略省泰晤士維爾的道路工作者將廢舊輪胎橡膠加入熱拌瀝青中 鋪筑了一條試驗路，瀝青橡膠混合料路面和標準混合料路面各長６．５ｋｍ。通過比較，瀝 青橡膠熱拌路面（橡膠占混合料的２．０％）與標準路面性能相當，但旌工方便，安全， 目前安大略省每年用于公路建設(shè)所使用的廢舊輪胎數(shù)達上千萬個川。 在多孔隙路面的發(fā)源地法國，１９９５年時，橡膠瀝青多孔隙混凝土路面的累積攤鋪面 積就已經(jīng)超過了１００萬ｍ２，多年的多孔路面室內(nèi)研究和實際應(yīng)用效果表明：橡膠瀝青 多孔隙混凝土比普通多孔隙瀝青混凝土在保持持久捧本性能、抵抗重交通、抗剪切和抵 抗不良氣候影響等方面有明顯的優(yōu)勢。 俄羅斯伏爾加格勒公路交通部門廢輪胎膠粒用于鋪設(shè)路面，因此可有效地預(yù)防冬季 路面結(jié)冰而發(fā)生交通事故。 南非的廢舊輪胎橡膠粉在公路建設(shè)中的應(yīng)用十分成功，在工程實踐中已擁有歷時 ２０—２５年仍然完好的橡膠瀝青路面，應(yīng)用領(lǐng)域包括混合料、應(yīng)力吸收層、應(yīng)力吸收中間 層等；基本上已經(jīng)擁有了一整套橡膠瀝青相關(guān)的技術(shù)指標。據(jù)了解，目前南非６０％以上 的道路瀝青使用橡膠瀝青，而且經(jīng)驗表明對于超重軸載的使用環(huán)境，橡膠瀝青混凝土路 面尤為有利。 １９８１年，在比利時的布魯塞爾，橡膠瀝青首次被發(fā)現(xiàn)具有降低道路交通噪聲的功能， 它被稱作“Ｄｒａｉｎａｓｐｈａｌｔ’。隨后，許多國家開始研究和評估橡膠瀝青作為降噪措施的功 效。１９８４年，法國對采用沿塞納河采用Ｄｒａｉｎａｓｐｈａｌｔ鋪筑的城市道路進行研究，發(fā)現(xiàn)在沒 有載重車時路面噪聲降低３～５ｄＢ，有５％的重車時，噪聲可降低２～３ｄＢ。加拿大，荷蘭， 南非等國家也先后展開了橡膠瀝青對于路面減噪性能的研究，均得到了不同程度的減噪 效果。美國的加利福尼亞，亞利桑那，德克薩斯，俄勒岡州在１９８９至今對多條橡膠瀝 青混凝土路段進行了噪聲測試，研究表明，與傳統(tǒng)的瀝青路面相比，橡膠路面嗓音酌降 低在３ｄＢ以上，其中鳳凰城的降噪效果達到１０ｄＢ，即聲音強度降低了８８％ｔ８Ｉ。２００３年， 德克薩斯的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用橡膠瀝青的開級配抗滑層（０ＧＦＣ）平均降噪８ｄＢ，而且 路表磨擦提高了兩倍以上。

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

但從Ｆ１本的研究來看，橡膠瀝青路面的成功與失敗各占一半，主要原因是橡膠粉使 得路面具有較人的彈性，碾壓比較困難，由于壓實不足使空隙率增人，所產(chǎn)生的負面影 響抵消了橡膠粉改性瀝青的效果。但是對于這種問題只有通過改進路面的＿瞰壓工藝才可 以解決。 通過以上可以看到世界不同國家和地區(qū)都積極開展了橡膠瀝青和橡膠粉瀝青混凝 土的應(yīng)用研究，并通過立法和技術(shù)推廣，極大地促進了廢舊輪胎在道路工程中的利用。 經(jīng)過近半個世紀的應(yīng)用，廢舊橡膠粉在公路工程中的應(yīng)用大致經(jīng)過了５個發(fā)展階段：應(yīng) 力吸收層；應(yīng)力中間吸收層：開級配瀝青混凝土；連續(xù)級配瀝青混凝土：斷級配瀝青混 凝土。經(jīng)過實踐檢驗和經(jīng)驗總結(jié)，美國使用廢輪胎橡膠于路面上相當成功的亞利桑納州 主張不要將橡膠瀝青使用在密級配，應(yīng)將其用在問斷級配結(jié)構(gòu)層，或是開級配磨耗層． 當前大多數(shù)國家的技術(shù)指南中也都明確規(guī)定橡膠粉應(yīng)用于斷級配瀝青混凝土。 我國對廢橡膠改性瀝青用于公路的研究，始于２０世紀８０年代。并在四川、江西等省 進行鋪路試驗。但因當時膠粉生產(chǎn)行業(yè)尚未形成，生產(chǎn)的膠粉粒徑粗，加之相關(guān)技術(shù)不配 套，未達到實用化階段。后來。一些大專院校和科研機構(gòu)從橡膠粉改性瀝青的特性機理到 開發(fā)應(yīng)用均作了大量工作，高等級公路瀝青的開發(fā)生產(chǎn)已獲得重大突破。１９９５年沈陽市 在新開的五愛至渾河大壩間試鋪了３萬平方米的廢輪胎膠粉改性瀝青路面，經(jīng)過多年的 高負荷運行考驗，效果良好，后又在在沈陽至桃仙機場高速公路的路面維修中，采用橡 膠粉改性瀝青鋪筑了２ｋｍ試驗路，效果很好。 ２００１年底，由交通部設(shè)立，交通部公路科學(xué)研究所主持了交通部西部科研項目“廢 舊橡膠粉用于筑路的技術(shù)研究”．對橡膠瀝青及橡膠粉瀝青混合料的路用性能及力學(xué)特 性開展了全面、系統(tǒng)的試驗研究【６】。該項目對橡膠粉在瀝青混合料中的作用機理以及橡 膠瀝青、橡膠瀝青混合料的力學(xué)特性和路用性能進行了試驗研究，結(jié)合我國實際，提出 了路用橡膠粉、橡膠改性瀝青和橡膠粉瀝青混合料技術(shù)標準的建議稿。在廣東、山東、 河北、四川、貴州等地修筑總長近３０ｋｍ的試驗路和實體工程，到目前為止應(yīng)用效果良 好。涉及到華南地區(qū)、西南地區(qū)、輕冰凍地區(qū)，三個氣候片區(qū)，為我國今后在道路工程 中大規(guī)模推廣應(yīng)用橡膠粉技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)過多年研究，我國江蘇省交通研究院總結(jié) 出了相對完整的橡膠瀝青應(yīng)力吸收層以及間斷級配混合料的設(shè)計施工規(guī)范，為促進橡膠 瀝青在我國公路建設(shè)中的應(yīng)用提供了指導(dǎo)。 臺灣地區(qū)于２０００年起正式進行廢輪胎橡膠再利用于瀝青混凝土路面的相關(guān)研究， 選擇采用美國文獻的濕式制程，拌制出符合美國材料與試驗協(xié)會（ＡｓｌＭ）規(guī)范的橡膠 瀝青產(chǎn)品，并鋪筑完成２條長Ｉｋｍ的試驗路面；經(jīng)過長達四年的成效評估，顯示廢輪胎 橡膠路面優(yōu)于對照的傳統(tǒng)瀝青路面例。

大連理Ｔ大學(xué)碩十學(xué)位論文

２００７年初，香港在位于屯門的環(huán)保工業(yè)園內(nèi)鋪筑了首條橡膠瀝青試驗路，其生產(chǎn)施 工工藝完全借助于國內(nèi)的經(jīng)驗總結(jié)，采用的原料也均來自國內(nèi)，各項路用指標的測試工 作目前還在進行當中，從現(xiàn)階段得到的一些測試結(jié)果來看，橡膠瀝青路面表現(xiàn)出了良好 的平整度和抗滑性能。

１．４橡膠瀝青性能的試驗研究現(xiàn)狀
瀝青及瀝青混合料的性能要求包括高穩(wěn)定性、低溫性能、老化性能、疲勞性能和水 穩(wěn)定性等，研究表明，膠粉對改性瀝青性質(zhì)的影響，主要有膠粉來源、基質(zhì)瀝青、廢膠 粉形態(tài)、膠粉用量以及加工處理條件５個方面。各國研究人員通過大量室內(nèi)外試驗對橡 膠瀝青及其混合料的性能進行了的研究，下面結(jié)合不同影響因素，對橡膠瀝青各方面性 能的研究狀況作以簡述。 １．４．１高溫性能
耕’

粘度是瀝青材料重要的技術(shù)指標，在橡膠瀝青應(yīng)用較普遍的國家和地區(qū)，粘度都被 用作最重要的高溫控制指標，并設(shè)置一個粘度控制范圍。國外的很多研究都是采用布氏 （Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ）旋轉(zhuǎn)粘度計法測定膠粉改性后瀝青的粘度，Ｔｈｏｍａｓ【…，Ｌｏｕｇｈｅｅｄ［ｉｑ等人的 試驗結(jié)果均表明，橡膠粉的加入能夠增加瀝青的粘度，從而提高瀝青路面抗高溫變形的 能力。 另外，Ｇｏｐａｌ［１ ２１，張麗萍㈣，邱欣｛１４’等利用條件粘度測定測定方法的研究顯示，橡膠 瀝青的針入度下降，軟化點增加，表明經(jīng)膠粉改性后，瀝青的耐高溫性能得到了改善。

李美江等㈣采用毛細管法測得運動粘度，通過試驗發(fā)現(xiàn)橡膠粉的摻加能夠大大提高
瀝青的粘度，而且隨摻量的增加。橡膠瀝青的粘度表現(xiàn)出良好的規(guī)律性（指數(shù)規(guī)律）． Ｂａｈｉａ［１６】等研究發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)粘度隨橡膠含量的增加而連續(xù)升高，且在不同溫度下，膠 粉含量的影響規(guī)律是相似的，在高溫（１３５．１８５０ｃ）下粘度的增加與膠粉的含量呈對數(shù)

關(guān)系。Ｎａｖａｒｒｏ［”垮人的研究表明橡膠瀝青是典型的非牛頓流體，溫度越高，橡膠粉顆粒
越大，則非牛頓趨勢越顯著。 對混合料的高溫性能的研究，各國研究人員采用了多種試驗方法，這其中包括：馬 歇爾穩(wěn)定度試驗【限…，車轍試驗［２０ｌ，簡單剪切試驗（ＳＳＴ）【…，瀝青混凝土面層分析儀 試驗（ＡＰＡ）００］等，結(jié)果表明不同膠粉來源、摻量和粒徑的混合料均使混合料的抗車轍 性大有提高。ＡＰＡ試驗結(jié)果顯示，橡膠瀝青混合料與ＳＢＳ改性瀝青混合料的高溫車轍接

近【２ｌｌ。

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

１．４．２低溫性能 以低溫延度評價橡膠瀝青低溫性能時，交通部公路研究所的研究表明５。Ｃ延度顯著 大于基質(zhì)瀝青的ｏＣ粘度，且隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青的低溫延度明顯增加。對 于當量脆點試驗，隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青的當量脆點明顯降低Ｉｌ”。試驗結(jié)果 均表明橡膠粉的摻入對瀝青的低溫性能改善顯著。 根據(jù)ＳｕｐｅｒＰａｖｅ規(guī)程，彎曲流變儀（ＢＢＲ）和直接抗拉試驗（ＤＴ）被用來評價瀝青 混合料的低溫抗裂性【Ｉ”。問接拉伸試驗（劈裂試驗），無約束收縮試驗，低溫約束試驗， 也為一些研究者所采用【２２．捌。一般用勁度模量指標來表征混合料的低溫抗裂性能，其值 越小表示該瀝青混合料的低溫抗裂性越大。Ｇｏｐａｌ０２］等的研究表明膠粉的含量越大，瀝 青混合料的勁度模量越小，混合料低溫抗裂性越強，而膠粉粒徑大小的影響主要取決于 膠粉的來源。Ｂａｈｉａ［１６】等通過試驗總結(jié)出在低溫條件下（一２００Ｃ一０ ｏＣ）橡膠瀝青混合料 的勁度隨膠粉含量的增加（２－２０％）呈線性遞減趨勢，而不同來源的膠粉對混合料低溫 性能的影響基本相同。曾蔚等【２３】的研究也認為隨著膠粉摻量的增加，低溫性能改善明 顯。尤其是斜膠胎膠粉混合料，由于其本身組份中天然膠含量較高，表現(xiàn)出比子午線輪 胎更好的性能，對于膠粉粒徑的影響，研究認為粒徑大的相較粒徑小的膠粉混合料低溫 性能更為突出。 由于良好的低溫抗裂性，在某些地區(qū)，橡膠瀝青被用于自動除冰路面，哈爾濱工業(yè) 大學(xué)的周純秀【２４】等在這一方面做了較為深入的研究。 １．４．３老化性能 常用的評價瀝青短期老化的試驗方法有薄膜加熱試驗（ＩＴＯＴ）及旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試 驗（ＲＴＦＯＴ），它們的試驗條件比較苛刻，接近于強制式攪拌中的老化過程。長期老化 性能的試驗方法則一般采用美國ＳＨＲＰ計劃提出的壓力老化試驗（ＰＡＶ）．

Ｗｏｎｇ等㈣研究者的試驗結(jié)果表明，從薄膜烘箱前后的針入度、軟化點、延度和彈
性恢復(fù)看，經(jīng)過薄膜烘箱后橡膠瀝青的粘度提高。另一指標瀝青質(zhì)量損失也得到明顯改 善。從幾個指標的綜合可以看出薄膜烘箱后，橡膠瀝青比基質(zhì)瀝青的抗老化能力有所增
強。

目前我國尚沒有評價混合料老化的標準試驗方法，但國內(nèi)外許多學(xué)者根據(jù)瀝青混合 料生產(chǎn)和瀝青路面使用過程中的老化現(xiàn)象認為，在室內(nèi)研究和評價瀝青混合料的老化可 以分為短期老化試驗（ＳＴＯＡ）和長期老化試驗（ＬＴｃＩＡ）。并以老化后瀝青混合料的力 學(xué)性能試驗和回收瀝青的性能試驗作為評價老化效果的方法。其中力學(xué)性能試驗主要針

對老化后瀝青混合料的永久變形、低溫開裂、疲勞開裂掣”】。

大連理丁大學(xué)頎十學(xué)位論文

Ｇｏｐａｌ－等Ｉｌ ２】用瀝青混合料勁度模量（ＩＴＳＭ）的變化來評價其耐老化的性能，研究表明 橡膠瀝青’拋合料的老化使其勁度模量增加。且短期老化的影響要人于長期老化的影響。 這也說明了混合料生產(chǎn)階段的重要性。Ｓａｂｏｕｎｄｊｉａｎｌ２７１等通過約束試件的溫度應(yīng)力試驗 （ＴＳＲＳＴ）研究發(fā)現(xiàn)老化后橡膠瀝青抵抗溫度應(yīng)力的性能有所增強。邱欣”４１等的研究表 明的抗老化性強于硬質(zhì)瀝青改性瀝青（ＧＭＢ）和聚酯纖維改性瀝青（ＦＭＢ）。 Ｓａｂｏｕｎｄｊｉａｎ等【２８１通過現(xiàn)場老化測試得到的結(jié)論是，與基質(zhì)瀝青路面相比，橡膠瀝青 路面的疲勞壽命基本不受老化的影響，抵抗車轍的能力也幾乎相同，但其開裂溫度卻低 于基質(zhì)瀝青路面�？傮w來說，橡膠瀝青混合料具有更好的抗老化特性。 １．４．４疲勞性能 瀝青混合科的疲勞主要有兩種類型，～種是溫度循環(huán)或者荷載造成的材料的拉伸疲 勞破壞，一種是裂縫反射造成的純剪切疲勞破壞。 各國學(xué)者通過彎梁試驗，小粱疲勞試驗，間接拉伸試驗等充分的實踐驗證了橡膠瀝 青的抗疲勞性能。Ｐａｌｉｔ［２９１等的研究指出橡膠瀝青混合科在低溫時具有較好的柔性，而高 溫時表現(xiàn)出較高的勁度，因此膠粉改性劑提高了混合料低溫時的疲勞強度，并改善了高 溫抗車轍性能。Ｋｉｍｌ３０１等的研究表明混合料的疲勞特性對基質(zhì)瀝青種類，膠粉粒徑及含 量的依存性十分敏感，破壞應(yīng)力和應(yīng)變值隨膠粉粒徑和含量的增加而降低。 研究瀝青混合料的疲勞特性是一項耗資巨大的課題，廣泛而系統(tǒng)地進行大量試驗研 究實際上是很困難的，因此很多學(xué)者都采用數(shù)學(xué)模型預(yù)估混合料的疲勞壽命。諸多疲勞 特性研究都采用以下形式的疲勞方程１２９］，１３１－３２］：

Ⅳ，＝五皓廠（擊廣＝墨＠，啦ｃ。響
ｓ廣臨界位置的拉應(yīng)變
坼——達到破壞的重復(fù)加載次數(shù)

ｍ。，

卜材料的勁度模量

局，局，Ｋ廣——試驗校準參數(shù)

Ｒａａｄｌ２２１，Ｐａｌ儼１１等學(xué)者通過疲勞方程的分析認為橡膠瀝青混合料的抗疲勞性優(yōu)于傳
統(tǒng)瀝青混合料。 且前我國學(xué)者對橡膠瀝青混合料疲勞特性的探討尚且不多。 １．４．５水穩(wěn)定性 瀝青混合料水穩(wěn)定性的評價，通常分為評價瀝青與礦料的黏附性及評價瀝青混合料 的水穩(wěn)定性兩個階段進行。

廢輪胎膠粉改性瀝青材｝：｝的路用性能研究

對于瀝青與礦料的黏附性的評價，主要有水浸法和水煮法，通過這兩種試驗均發(fā)現(xiàn) 橡膠瀝青混合料瀝青膜的剝落程度小于基質(zhì)瀝青混合料【２”。

對泓合料水穩(wěn)定性的測試，主要有殘留穩(wěn)定度㈣，凍融劈裂∞】，凍融循環(huán)后的間接
拉伸試驗Ⅲ】等。通過試驗，除了證明橡膠瀝青混合料具較好的水穩(wěn)定性外，李美江等ｆ３】 通過凍融劈裂試驗的研究也發(fā)現(xiàn)，隨著橡膠粉摻加劑量的增加混合料的凍融劈裂強度比

嬲漸降低，說明這種試驗方法測定的混合料水穩(wěn)定性出現(xiàn)衰減。
１．４．６彈性恢復(fù)性能

彈性恢復(fù)指標作為評價改性瀝青性能的新指標已被廣泛使用，并已經(jīng)增補列入我國 的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（ＪＴＪ０５ Ｊ－２０００）中。橡膠粉是一種良好的彈 性材料，有助于瀝青彈性恢復(fù)能力的提高，從而可以減小荷載作用下路面的殘余變形， 減少路面的損壞。目前較為通用的彈性恢復(fù)試驗為拉伸彈性試驗。 從彈性恢復(fù)的試驗結(jié)果看，橡膠粉的摻入大大改善了瀝青的彈性恢復(fù)性能，膠粉用

量在２００以內(nèi)時，摻量的增加能顯著提高彈性恢復(fù)性能嗍。 Ｏｌｉｖｅｒ的研究表明嗍，橡膠表面越粗糙，表面積越大，改性瀝青的彈性恢復(fù)越高。

１．５本課題的意義和主要研究內(nèi)容
本課題主要針對我國南方及香港地區(qū)的氣候、環(huán)境特點以及當?shù)氐牟牧蠣顩r，對廢 輪胎膠粉改性瀝青及其混合料的路用性能進行綜合的測試及分析，主要目的是促進廢輪 胎膠粉改性瀝青材料在我國和香港地區(qū)道路建設(shè)中的應(yīng)用與發(fā)展，并為制訂有關(guān)廢輪胎 膠粉改性瀝青的規(guī)范提供依據(jù)。從目前國內(nèi)所完成的相關(guān)工作來看，還有以下問題值得 深入探討： （１）膠粉的選擇無法與實際應(yīng)用相結(jié)合。目前國內(nèi)試驗所用膠粉主要是粒徑６０－８０ 目的膠粉，這一細度膠粉的生產(chǎn)工藝要求很高，很難將其應(yīng)用在橡膠瀝青的實際生產(chǎn)過 程中。另外，國內(nèi)研究中膠粉摻量的選擇多集中在５％－１５％，而對于膠粉含量１５％以上 的橡膠瀝青的性能并沒有作細致分析； （２）橡膠瀝青材料屬于典型的粘彈性材料，目前國內(nèi)的研究主要集中在傳統(tǒng)三大指 標的測試，而并沒有對橡膠瀝青的流變學(xué)性能作以深入分析； （３）目前研究中大都采用同一種基質(zhì)瀝青用來制作橡膠瀝青，不同類型基質(zhì)瀝青對 廢膠粉改性瀝青材料的性能影響的研究并不多見； （４）將橡膠瀝青應(yīng)用于不同級配類型的混合料的研究很少，特別是對于國外的一種

典型的應(yīng)用橡膠瀝青的路面形式——開級配透水性路面（ＯＧＦＣ）的研究工作有待于開
展．

大連理Ｔ大學(xué)碩十學(xué)｛奇論文

此外，由于我國公路發(fā)展階段與國外不同，廢膠粉改性瀝青相關(guān)的理論、工藝研究 尚不多見，港臺地區(qū)也處于剛剛起步的階段。目前我國尚未制定關(guān)于廢膠粉改性瀝青的 標準及其混合料的設(shè)計規(guī)范，生產(chǎn)及試驗所使用的標準與設(shè)備基本與ＳＢＳ改性瀝青的相 同。因此在開展對橡膠瀝青及其混合料的研究中，借助國外現(xiàn)有的規(guī)范和試驗方法必不 可少，并應(yīng)適當?shù)亟Y(jié)合當?shù)氐臍夂蚪煌�狀況，對其進行系統(tǒng)縝密的測試分析。 結(jié)合以上問題的分析以及當?shù)氐臍夂蛱攸c，材料狀況，試驗條件等因素，擬定本文 的主要研究內(nèi)容如下： （１）文獻總結(jié) 對國內(nèi)外現(xiàn)有關(guān)于廢輪胎膠粉改性瀝青及其混合料的規(guī)范和試驗方法進行了歸納 總結(jié)，為試驗和膠粉瀝青及其混合料的設(shè)計和使用提供了指導(dǎo)和依據(jù)。本文所依據(jù)的試 驗與設(shè)計方法并不完全拘泥國內(nèi)現(xiàn)有的規(guī)范，而是更多的參考了美國各州的規(guī)范，美國

材料與試驗協(xié)會標準（ＡＳＴＭ），美國國家公路與運輸協(xié)會標準（從ｓＨｌ’０），英國標
準協(xié)會標準（ＢＳ）以及香港地區(qū)的相關(guān)規(guī)范。文中各試驗所依照的標準參見附錄Ａ。 （２）廢輪胎膠粉的選用和指標測試 根據(jù)總結(jié)得到的規(guī)范要求，對試驗所用膠粉的級配，比重，含水率，金屬含量，纖 維含量等指標進行檢驗，提出適于當?shù)厥褂玫哪z粉摻配比例及試樣準各方法。 （３）廢輪胎膠粉改性瀝青的性能測試 通過旋轉(zhuǎn)粘度測試分析制各條件及膠粉摻量對橡膠瀝青的粘性的影響，提出了適宜 的膠粉改性瀝青的實驗室制備方法。分別對原樣，經(jīng)過短期老化，經(jīng)過長期老化的橡膠 瀝青進行動態(tài)剪切流變（ＤＳＲ）試驗，分析了溫度，膠粉摻量，基質(zhì)瀝青類型等因素對 膠粉改性瀝青高溫抗車轍性鏡，疲勞性能的影響。并根據(jù)Ｓｕｐｃｒｐａｖｅ的分級要求，劃定了 橡膠瀝青的高溫ＰＧ等級。 （４）廢輪胎膠粉改性瀝青混合料的性能測試 根據(jù)當?shù)氐氖褂靡�求，選擇四種類型的瀝青混合料，包括采用不同基質(zhì)瀝青的兩種 間斷級配膠粉瀝青混合科，一種開級配膠粉瀝青混合料，一種普通瀝青ＳＭＡ，通過勁度 模量試驗，輪轍試驗，凍融劈裂試驗及長期老化試驗評價并分析了不同類型混合料的高 溫穩(wěn)定性，水穩(wěn)定性及抗老化性能。

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

２膠粉的選用和指標測試
２．１

膠粉對橡膠瀝青性能的影響
廢輪胎膠粉，作為橡膠瀝青的改性劑，是由廢舊輪胎經(jīng)過粉碎，打磨制得的粉狀膠

科。橡膠瀝青混合料的性能除取決于瀝青、石料的性質(zhì)和級配外，橡膠顆粒本身的技術(shù) 性質(zhì)也有重要影響，例如膠粉的摻量、來源、化學(xué)成分、生產(chǎn)工藝、粗細等。因膠粉摻 量的影響和基質(zhì)瀝青特性、拌合條件等有關(guān)，將在下一章內(nèi)通過試驗進行詳細探討，本 節(jié)主要將其它特性及其影響介紹如下。 ２．１．１膠粉的化學(xué)成分 輪胎膠粉中含有天然橡膠、合成橡膠、硫磺、碳黑、抗老化劑等組成成分，這些成 分對改善瀝青混凝土的品質(zhì)都十分有益。國內(nèi)外學(xué)者研究表明，橡膠的摻入能提高瀝青 的軟化點，改善低溫下的流動性， 降低針入度，提高延度（特別是低溫下的延度）。

硫磺能夠改善瀝青的溫度穩(wěn)定性，碳黑可以改善瀝青的粘附性、耐久性和抗磨性，提高 瀝青混合料的抗車轍性，但碳黑的增加也會導(dǎo)致延度的降低，抗老化劑可以提高瀝青的 抗老化性能。因此，由橡膠粉的成分可以看出，膠粉對瀝青的高低溫性能、抗老化性能 等都有不同程度的改善【４１１。 ２．１．２膠粉來源 對于制作廢輪胎膠粉，常用的輪胎品種有子午胎（乘用車輪胎）和斜交胎（輕型載 重車輪胎，載重車、大型乘用車輪胎）。這兩種輪胎的組成成分差別很大，乘用小汽車 輪胎（目前均為子午胎）中天然橡膠與合成橡膠的比例為２０：８０。大型載重車（主要為 斜交胎）的比例為７０：３０。交通部公路研究所Ｉ¨１的研究結(jié)果顯示斜交胎改性瀝青的針入 度小于子午線膠粉改性瀝青，軟化點、粘度、彈性恢復(fù)、針入度指數(shù)等指標大于子午胎 膠粉瀝青，當量脆點、５。ｃ延度及當量軟化點小于子午胎橡膠粉改性瀝青。因而，總體

來看。斜交胎膠粉的改性效果明顯好于子午胎膠粉。
２．１．３膠粉的生產(chǎn)工藝 橡膠顆粒的表面狀況、顆粒形狀直接影響橡膠顆粒與瀝青問的相互作用情況及混合 料的組成結(jié)構(gòu)狀態(tài)，進而影響混合料的性能，而橡膠顆粒的表面狀況和形狀特性取決于 其生產(chǎn)工藝。通常，橡膠顆粒的生產(chǎn)工藝也分為常溫粉碎和低溫粉碎兩種。

大連理Ｔ大學(xué)顧十學(xué)位論文

（１）

常溫粉碎

常溫粉碎是在略高于常溫的溫度下通過機械作用粉碎橡膠輪胎制成橡膠顆粒的一 種粉碎方法。其粉碎原理是通過機械剪切力的作用對橡膠進行擠壓，輾磨、剪切和撕拉 從而將其切斷和壓碎。 廢橡膠輪胎經(jīng)過預(yù)加工后進行常溫粉碎的工序主要為粗碎與細碎，一般經(jīng)過三個階 段：首先將大塊輪胎廢橡膠破碎成５０ｒａｍ大小的膠塊；然后在粗碎機上將上述膠塊再粉碎 成２０ｍ的膠粒，將粗粒送入金屬分離機中分離出鋼絲等金屬雜質(zhì)，再送入風(fēng)（水）選機 中除去纖維；第三是用粉碎機將上述膠粒進一步磨碎后，經(jīng)篩選分級，最后得到各種粒 級的橡膠顆粒。 這種生產(chǎn)方法的特點是投資小，工藝流程短，生產(chǎn)成本低，但粉碎過程中溫度升高， 尤其是細碎產(chǎn)熱很多，橡膠容易氧化。由于常溫粉碎法在技術(shù)經(jīng)濟指標上優(yōu)于低溫粉碎 方法，因此其在橡膠顆粒工業(yè)化生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位，是世界橡膠顆粒生產(chǎn)的主要方法． （２）低溫粉碎法 低溫粉碎法是通過制冷介質(zhì)使橡膠冷凍到玻璃化溫度以下，在低溫下采用機械進行 粉碎而制備橡膠顆粒的一種方法。具體過程為廢橡膠經(jīng)過預(yù)加工后，利用液氮為制冷介 質(zhì)，使廢橡膠冷凍至玻璃化溫度以下，然后用錘式粉碎機或輥筒粉碎機進行低溫粉碎。 低溫粉碎方法由于使用液態(tài)氮降溫，故成本較高，但產(chǎn)品粒度細，單體解離比較充 分。而且生產(chǎn)全過程均采用以壓縮空氣為動力的送科器和封閉式管道輸送，除廢舊輪胎 投入和產(chǎn)品包裝時與空氣接觸外．全線均為封閉狀態(tài)，可以避免生產(chǎn)過程中橡膠的氧化． 由于采用冷凍法生產(chǎn)，無高溫氣味，不產(chǎn)生二次污染，且能回收未經(jīng)硫化的橡膠【川。 因為低溫粉碎方法的生產(chǎn)較為復(fù)雜，對儀器的要求較高。投資成本較大，目前尚未 能夠廣泛應(yīng)用，例如香港地區(qū)的所有膠粉生產(chǎn)廠家均采用常溫粉碎法生產(chǎn)廢膠粉顆粒。 目前全國膠粉生產(chǎn)廠家已有５０余家，主要分布在北京、深圳、上海、江蘇、山東、河南、 四川等１４個省市，其中年產(chǎn)量在２０００噸以上的膠粉企業(yè)有２０余家。天津、新疆、陜西等 省、區(qū)、市也正在積極籌建規(guī)模在３０００噸到萬噸以上的膠粉生產(chǎn)線，這些生產(chǎn)企業(yè)為膠 粉的使用提供了重要的市場來源。 ２．１．４膠粉的粒徑和級配 膠粉的粒徑分布能夠影響橡膠瀝青的物理性質(zhì)，較細的膠粒，比表面積大，與瀝青 反應(yīng)時，溶脹過程將在短時間內(nèi)發(fā)生，所生產(chǎn)出的橡膠瀝青的粘度也比較高。而當膠粒 過細時，由于膠粉溶脹得快速并且完全以及后續(xù)的降解作用，生產(chǎn)出來的結(jié)合料在存儲 過程中更容易發(fā)生粘度降低的現(xiàn)象。

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

經(jīng)過多年的研究總結(jié)，在現(xiàn)有的有關(guān)橡膠瀝青的生產(chǎn)和試驗規(guī)范中，膠粉的粒徑和 級配都被作為一項必不可少的要求，須嚴格控制。表２．１列舉了美國的四個州和我國江 蘇省對于膠粉的篩分規(guī)格要求。

表２，ｌ不同地區(qū)的膠粉篩分規(guī)格
Ｔａｂ，２．１ Ｇｒａｄａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ＣＲＭ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ 佛羅里達 加利福尼亞

亞利桑那

德克薩斯

江蘇

廢輪胎膠 膠耪類型?
ＴＹｌｐｅ Ｂ Ｔｙｐｅ＾ Ｔｙｐｅ Ｂ

粉 ｆ７５±２吣

天然檬腔
（２５±２射

Ｇｒａｄｅ Ｂ

Ｇｒａｄｅ Ｃ

２．３６０＝＝
２．０００＝ｍ

１００

ｌ∞
６５—１００

９８－１００ ４５—７５

１００

ｌ∞
７０—１００ ２５－６０
１００

ｌ∞
６５＿１００

１．１８０ｍ
通過率
（％） ｏ．６００＝＝

９５－１００ ３５＿啦５

２Ｄ—ｌ∞
扣４５

ｌ∞

２—２０

９０—１００ ４５－１００

２０—ｌ∞

０．４２５Ⅲ

０．３岫
０．１５０ｍ
ｏ．０７Ｇｒａｍ

１００ ５０－８０

４０－６０

㈣
Ｏ一２

１０－３０ ０＂－４
Ｏ一１

０－４５ Ｏ一５ ｏ－５

ｏ－５

?因本文使用需要．此處所列出的膠粉類型均為適用于瀝青路面混合科的膠粉類型，適用于其它 路面結(jié)構(gòu)的膠粉類型并未提及，如亞利桑那州的Ｔｙｐｅ Ａ，佛羅里達的Ｔｙｐｅ Ｃ均適用于應(yīng)力吸收層
（ＳＡＭＩ）。

２．１。５雜質(zhì) 存在于膠粉中的雜質(zhì)主要有水分，輪胎簾布纖維，礦質(zhì)微粒以及細小的金屬顆粒。 水分的影響主要在于當潮濕的膠粉加入到熱瀝青中時容易導(dǎo)致瀝青的起泡和膨脹。起泡 引發(fā)結(jié)合料體積膨脹，會使其溢出生產(chǎn)或儲存容器。即使是很小的水分含量，也會引起 瀝青起泡的現(xiàn)象，經(jīng)驗表明超過１％的水分含量都會導(dǎo)致瀝青的過分起泡。在試驗中， 水分含量可以由稱量膠粉在１０５＋５。Ｃ加熱至恒重前后的質(zhì)量來確定。 由于在生產(chǎn)過程中處理不凈，輪胎簾布纖維會殘留在膠粉當中。纖維的存在使得橡 膠瀝青在某些工程應(yīng)用中會產(chǎn)生很大問題，例如對石屑封層（ｃｈｉｐ ｓｅａｌｓ），中間層 （ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｓ），以及防滲護面（ｍｅｍｂｒａｎｅｓ）等噴灑工程的均勻性會受到影響。而對于裂

縫處理以及熱拌瀝青混合料的應(yīng)月ｊ，可以允許較高的纖維含量。數(shù)據(jù)表明…隨著纖維的
加入，橡膠瀝青的粘度，軟化點以及彈性恢復(fù)都表現(xiàn)出增大的趨勢，而針入度和延度則 有所降低。

大連理Ｔ大學(xué)碩十學(xué)位論文

金屬雜質(zhì)可能來自于輪胎內(nèi)的金屬線圈或研磨設(shè)備，礦物雜質(zhì)則有可能來源于輪胎 表面或內(nèi)部附著的石子。過量的金屬和礦物雜志雖然對橡膠瀝青本身的性質(zhì)沒有很人的 影響，但是在使用橡膠瀝青的過程中會加速泵送等機具的磨損。 表２．２總結(jié)了不同規(guī)范關(guān)于膠粉物理、化學(xué)特性的指標要求，其中就包含了含水率， 金屬含量以及纖維含量的具體要求。

表２．２不同地區(qū)的膠粉特性指標

旦墜至：蘭旦翌苧墮￡堡ｇ墜ｉ��！蟲！翌壘魚！￡曼型魚壘ｉ堡墮墮墮墮ｉ里墅
試驗指標
ＡＳＴＭ Ｄ６１１４

加利福尼亞

佛羅里達

江蘇

２．２膠粉的物理指標測試
２．２．１膠粉的級配確定 根據(jù)表２．Ｉ中的數(shù)據(jù)，將各地區(qū)的膠粉級配要求繪制于圖２．Ｉ，其中我國江蘇省所 規(guī)定的級配范圍與美國亞利桑那州的相同，因此這里只將后者繪于圖中。如圖２．Ｉ所示， 佛羅里達州橡膠瀝青所用的膠粉顆粒較細，是根據(jù)當?shù)芈访娼Y(jié)構(gòu)的特殊要求而定的，在

本文中不予采用，亞利桑那州的膠粉級配范圍較大，包含了幾乎所有其它地區(qū)的級配范
圍，且亞利桑那州的級配中值可以看作是所有地區(qū)膠粉級配曲線的中值，因此，在本文 中，格亞利桑那州的膠粉級配中值擬訂為目標級配。

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

１∞ ∞ ∞
７０

妄∞ √
∞ ｊ｝ 捌∞ 霸 ∞ ∞
１０

，ｏ力ｆｌ■
。，＋ ， Ｌ， ，

，形
ｎ５

縫蘸
…◆…加利福尼亞 …◆加利福尼亞

—●Ｐ德克薩斯Ｇｒａ曲
－４ｋ－－德克薩斯Ｏｍｄｅ

一德克薩斯Ｇｒａ由 一德克薩斯Ｇ啊抽 －●－亞利桑邦中值
＇ １．５

篩孔孔徑

（ｍ巾）

圖２．１不同地區(qū)膠粉級配要求比較
Ｆｉｇ．２．１

Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｃｒｕｍｂｒｏｂｂｅｒｉｎｄｉｆｆｅｉｔｎｉｌｏｃａｔｉｏｎｓ

在本文中，使用的膠粉為本地廠家生產(chǎn)的１０目及２０目膠粉，兩種膠粉細度比較如 圖２．２與圖２．３所示。對兩種膠粉進行篩分試驗，所得級配如表２．３所示。

圖２．２試驗用１０目粒徑膠粉
Ｆｉｇ．２．２ １０ ｍｅｓｈ ｉｎ ｔｈｅ

圖２．３試驗用２０目粒徑膠粉
Ｆｉｇ．２．３ ２０ ｍｅｓｈ

ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ｕｓｅｄ
ｔｅｓｔ

ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ｕｓｅｄ

ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ

在實驗中，為使所用膠粉級配盡可能接近亞利桑那州要求的級配中值，將１０目膠 粉中經(jīng)過孔徑１．１８ｍ篩篩余的部分和２０目膠粉按１：１的比例混合使用，得到的膠粉 級配如表２．４所示。該膠粉級配滿足美國亞利桑那州的規(guī)范要求，基本接近其級配中值。 如圖２．４所示．

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表２．３ Ｔ曲．２．３

１０幾及２０幾膠粉的級配

Ｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ １０ ｍｅｓｈ ａｎｄ ２０ ｍｅｓｈ ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ

表２．４試驗?zāi)z粉級配
Ｔａｂ．２．４ Ｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ

篩孔孔徑（ｍｍ）

Ｆｉ９２．４

Ｃ＝圳Ｏｌｌ

圖２．４試驗用膠粉級配
ｏｆｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｔｔ

２．２．２膠粉的物理指標測試 在對膠粉的物理指標測試中，各項指標所需滿足的要求參照ＡＳ＇Ｉ＇Ｍ
“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｓｐｈａｌｔ－Ｒｕｂｂｅｒ Ｄ６１１４［４２１

Ｂｉｎｄｅｒ”。對試驗所用膠粉取兩份試樣進行

比重，含水率，金屬含量，

纖維含量測試，所得結(jié)果如表２．５所示

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

表２．５膠粉試驗結(jié)果
Ｔ曲．２．５
１＇ｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ

由表２．５可知，試驗?zāi)z粉的比重，含水率，纖維含量均滿足ＡＳＴＭ

Ｉ）６１

１４的要求，金

屬含量則超過規(guī)范要求的最大值，因此在每次使用之前，按照ＡＳＴＭ Ｄ６１１４中的方法進 行處理，即將膠粉攤平，用磁鐵掠過膠粉表面，以除去膠粉中的鐵屑，使其滿足規(guī)范要 求。此外，由于膠粉的含水量容易受到存放條件和環(huán)境濕度的影響，為確保膠粉含水率 能夠滿足規(guī)范要求，在使用之前．將其置于６００ｃ烘箱內(nèi)烘干１個小時以上。

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３廢膠粉改性瀝青的性Ｌ…，，州Ｉ試與分析
３．１

廢膠粉改性瀝青的生產(chǎn)和實驗室制備

３．１．１改性瀝青的關(guān)鍵問題 改性劑與瀝青的充分混溶是改善瀝青性能的基本前提。在此基礎(chǔ)上，改性劑吸附瀝 青中的輕質(zhì)組分而發(fā)生溶脹，已溶脹的改性劑又與瀝青的其余組分相互作用，從而形成 一種新的結(jié)構(gòu)體系。加之此種改性劑自身的固有特性而使瀝青性能得到相應(yīng)的改善。因 此相容性、溶脹和分散度即成為改性瀝青的關(guān)鍵問題。 對于廢輪胎橡膠而言，由于其是硫化膠，分子呈三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，沒有粘性和塑 性而富彈性。橡膠粉在加入熱瀝青中后吸收油分而產(chǎn)生溶脹，使其占據(jù)４０％甚至更大的 體積【４３】，橡膠粉顆粒相互接觸的機會大大增加，橡膠粉形成半固態(tài)的連續(xù)相。又由于膠 粉在熱作用下脫硫再生，部分恢復(fù)生膠性質(zhì)，橡膠顆粒重新具有一定粘性，并由原來的 緊密結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷珊托鯛罱Y(jié)構(gòu)。這種狀態(tài)的橡膠顆�？删鶆虻胤稚⒃跒r青中而形成一 種懸浮液，從而賦以瀝青新的性質(zhì)。在這一過程中，瀝青主要起軟化劑作用，Ｇｏｒｄｏｎ Ａｉｒｃｙｌ“１等人研究了橡膠瀝青加工前后基質(zhì)瀝青的組分變化，發(fā)現(xiàn)在檬膠瀝青的加工條 件下，基質(zhì)瀝青的瀝青質(zhì)含量顯著增加，越軟的瀝青，瀝青質(zhì)含量增加越明顯。 由以上的廢膠粉改性瀝青的機理不難看到膠粉與瀝青的相容性，膠粉在與熱瀝青混 合后的溶脹，以及膠粉顆粒在瀝青中的分散度，對改性效果的影響至關(guān)重要，而經(jīng)濟合 理的生產(chǎn)方式，又是保證相容性，溶脹以及分散度的重中之重。 ３．１．２改住瀝青的制備方法 除了少數(shù)改性劑（如乙烯一丁二烯膠乳，即ＳＢＲ）可以采用直接投入的方法制造改性 瀝青外，大部分改性劑與道路瀝青的相容性不好。必須采用特殊的加工方式。我國之所以 長期以來對改性瀝青的研究和推廣進展緩慢，也是由于在改性瀝青用設(shè)備上存有問題。 因此改性瀝青設(shè)備成了發(fā)展改性瀝青的關(guān)鍵所在。歸納起來，改性瀝青的加工制作方法， 可以分為直接投入法和預(yù)混法兩大類Ⅲ，而其中預(yù)混法又包括母體法，現(xiàn)場制作法和由 工廠制作改性瀝青成品三種工藝。下面對這幾種改性瀝青的制作方法加以簡單介紹： 直接投入法：直接投入法是直接將改性劑投入瀝青混合料攪拌機與礦料、瀝青經(jīng)攪 拌制作改性瀝青混合料的工藝，橡膠瀝青的干法工藝即屬于這一類型。而實際上，直接 投入法是制作瀝青混合料的工藝，并非名副其實的制作改性瀝青。 母體法：母體法是采用一種適當?shù)姆椒ㄖ苽浼庸こ筛邉┝烤酆衔锔男詾r青母體，再 在現(xiàn)場把改性瀝青母體與基質(zhì)瀝青調(diào)稀成要求改性劑含量的瀝青，所以義稱二次摻配

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

法。對于與瀝青相容性不好的ＳＢＲ、ＳＢＳ、ＰＥ橡膠粉等聚合物改性瀝青劑，都可以采 用高速剪切等１藝生產(chǎn)高濃度的改性瀝青母體。但由于工程應(yīng)用中人工粉碎母體特別麻 煩，與瀝青二次摻配的設(shè)備投資也比較高，且母體使用的瀝青品種與上程上的瀝青品種 不一致時，也存在瀝青的相容性問題。所以現(xiàn)在國外已經(jīng)很少采用這種方法生產(chǎn)改性瀝 青了。 機械攪拌法：從理論上說，聚合物改性劑與基質(zhì)瀝青都可以通過機械攪拌制得改性 瀝青。不過由于改性劑與基質(zhì)瀝青的相容性不同，采用機械攪拌法的難易程度有很大差 別。對乙烯一乙酸乙烯酯共聚物（ＥＶＡ）以及某些相容性較好的聚合物，可以采用這種 方法，而對ＳＢＳ、ＰＥ等相容性較差的改性劑，不適用于機械攪拌法。 膠體磨法和高速剪切法：對于目前工程上使用較多的ＳＢＳ、ＳＩＳ等熱塑性橡膠類和 ＥＶＡ、ＰＥ熱塑性樹脂類改性劑，由于它與瀝青相容性較差，僅僅采用簡單的機械攪拌勢 必需要很長時間，且效果不好。對于這些改性劑，必須通過膠體磨或高速剪切設(shè)備等專 用機械的研磨和剪切力強制將改性劑打碎，使改性劑充分分散到基質(zhì)瀝青中。這種生產(chǎn) 方法是目前國際上最先進的方法，除了可以在工廠生產(chǎn)專用的改性瀝青并運輸?shù)浆F(xiàn)場使 用外，也可將改性瀝青設(shè)備安裝在現(xiàn)場，邊制造邊使用，給生產(chǎn)帶來了很大的方便。且 改性瀝青的質(zhì)量良好�，F(xiàn)場使用的改性瀝青設(shè)備有膠體磨式與高速剪切式兩大類，這兩 類設(shè)備都是國外常用的專用改性瀝青制作設(shè)備。目前我國主要采用膠體磨法。對于廢膠 粉改性瀝青的制備，采用這兩種方法都可以得到高質(zhì)量的改性瀝青，制作工藝比較簡單， 其中的關(guān)鍵在于攪拌溫度的控制。 ３．１．３廢膠粉改性瀝青的實驗室制備 對于廢膠粉改性瀝青的實驗室制備，國內(nèi)外諸多學(xué)者【４孓忉都采用高速剪切乳化機進 行。儀器的剪切攪拌器由帶孔的定子和轉(zhuǎn)子組成，當電機開動后，在剪切頭的下方形成 一個真空區(qū)，改性劑和瀝青混合物被吸入，通過定子上的小孔將改性劑強迫剪碎并分散 在瀝青基質(zhì)中，同時使粉碎的流體介質(zhì)形成高速液流。通常高速剪切儀的轉(zhuǎn)速可以達 ７０００—８０００ｒｐｍ，而為防止啟動電流過大燒毀電機，開啟時宜用較慢的速度。在廢膠粉改 性瀝青的實驗室制備的過程中，各國學(xué)者選用的制備條件，包括反應(yīng)時間，溫度及高速 剪切儀轉(zhuǎn)速并不完全相同，表３．１總結(jié)了國外一些學(xué)者所使用的廢輪胎膠粉改性瀝青的 制備條件．

大連理Ｔ大學(xué)頎十學(xué)位論文

通過對國內(nèi)外大量文獻及經(jīng)驗的總結(jié)，初步擬定橡膠瀝青的實驗室制備過程如下： （１）將基質(zhì)瀝青加熱到１５０ ｏＣ，為防止基質(zhì)瀝青老化，將一定劑量（２０％－５０％）的 橡膠粉加入其中。在加入膠粉過程中，用攪拌棒不停攪拌，使膠粉能夠均勻的分散在 瀝青當中． （２）繼續(xù)將瀝青和膠粉的混合物加熱到１７５０Ｃ， 并將剩余的膠粉加入到瀝青中。在

初始階段．低速（５００ｒｐｍ）攪拌５分鐘，然后以２０００ｒｐｍ的轉(zhuǎn)速均勻的攪拌４５分鐘到 １小時，在這一過程中，混合物的溫度控制在１８０士５。Ｃ。攪拌結(jié)束所得的混合物即為 橡膠瀝青． （３）攪拌完成后，在橡膠瀝青溫度為１７５。Ｃ時提取少量樣品，對其進行１７５。Ｃ下的 粘度測試。在本試驗中，參考ＡＳＴＭ
１５００ｃｐ－５０００ｃｐ。 Ｄ６１

１４的要求，認為工程可接受的粘度范圍為

本實驗所用的橡膠瀝青的制備裝置如圖３．１所示。為高速乳化攪拌儀ＭＢＥ一１０型， 最大轉(zhuǎn)速９５００ｒｍｐ。按上述過程生產(chǎn)出的橡膠瀝青如圖３．２所示，觀察發(fā)現(xiàn)，橡膠瀝青 較基質(zhì)瀝青更為粘稠，且懸浮于瀝青中的膠粉顆粒明顯可見。

幽３．１坡膠粉改性瀝青的制各
Ｆｉｇ．３．１ ＡｓＤｈａｌｌ Ｒｕｂｂｅｒ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ

圖３．２商速翦切儀制備成的橡膠瀝青
Ｆｉｇ．３．２ Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ＨｉｇＩｌ?Ｓｐｅｅｄ Ｍｉｘｅｒ

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能石Ｊｆ究

３．２基質(zhì)瀝青類型和膠粉摻量的選用
在本研究巾主要探討基質(zhì)瀝青類型以及膠粉含量對橡膠性能的影響，采用兩種類型 的基質(zhì)瀝青，一種是在我國香港地區(qū)常用的Ｓｈｅｌｌ６０／７０瀝青，另一種是我國南方地區(qū)常 用的國產(chǎn)７０號瀝青。根據(jù)各自的規(guī)范要求，二者的技術(shù)指標分別列于表３．２及表３．３ 內(nèi)。 從現(xiàn)有的關(guān)于廢膠粉改性瀝青的規(guī)范來看，不同地區(qū)所規(guī)定的膠粉含量并不相同， 表３．４列舉了一些地區(qū)關(guān)于膠粉含量的要求，從表中可以得知，除佛羅里達的ＡＲＢ５和 ＡＲＢｌ２以外，其余各橡膠瀝青的膠粉含量均滿足ＡＳＴＭ定義中大于１５％的要求，美國 南內(nèi)華達州的規(guī)范【４Ｂｌ表明，橡膠粉的含量也不宜大于２３％。因此，在本實驗中，經(jīng)多種 考慮決定，對于Ｓｈｅｌｌ６０／７０瀝青，分別加入１５％，１８％，２１％和２４％四種不同含量的廢輪 胎膠粉，制各成四種橡膠瀝青，并將這一類型的橡膠瀝青統(tǒng)一歸為類型Ｉ。對于國產(chǎn)７０ 號瀝青，主要用作對比試驗研究，僅加入１８％的膠粉制成一種改性瀝青，稱為類型ＩＩ．
表３．２
Ｔａｂ．３．２

Ｓｈｅｌｌ６０／７０性能指標測試
Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆＳｈｅＵ ６０／７０ ｂｉｔｕｍｅｎ

表３．３ Ｔ曲．３．３

７０號瀝青性能指標測試
１ｌｅｓｔ ｒｅｓｕ｜ｔ ｏｆ７０噼ｂｉｔｕｍｅｎ

大連理Ｔ大學(xué)碩十學(xué)位論文

膠粉含量（占
總結(jié)合料的 百分比）
≥１６．７

≥４．８

≥１０．７≥１６．７

１４—２０

２０土２

≥１５

２０±３

膠粉含量（占 基質(zhì)瀝青的
百分比）

≥２０

≥５

≥１２

≥２０

‘１６．３－２５

２５±３．２

≥１７．７

２５±４．９

３．３廢膠粉改性瀝青的粘度試驗
３．３．１瀝青的粘度和測試儀器
粘度是瀝青的力學(xué)指標，粘度的大小反映瀝青抵抗流動的能力．瀝青粘度大，牯結(jié) 力強，所拌制的瀝青混合料強度高，穩(wěn)定性和耐久性好。 瀝青的粘性是瀝青在外力作用下抵抗剪切變形的能力。設(shè)在兩個平行的平面之問填 滿瀝青材料，如圖３．３所示。當平面Ｍ在外力作用下相對平面Ｎ產(chǎn)生速度為ｖ的平行 位移時，將會帶動瀝青一起運動，使瀝青受到剪切作用。但距離平面Ｍ近的瀝青移動 要比距離遠的快得多，于是在瀝青層內(nèi)形成不同的位移速度。在單位距離內(nèi)瀝青移動速 度的變化稱之速度梯度，也即剪變率ｄｖ／ｄｙ，或簡單以ｙ’表示。在試驗計算時，公式為
７＂＝ｖ／ｄ

（３．１）

式中，ｄ為平面Ｍ與平面Ｎ之間的距離。 瀝青受到的剪應(yīng)力為：
ｚ＝ＦＩＡ

（３．２）

Ｆ－－剪應(yīng)力，Ｎ； ．４－－面積。ｍ２。
剪應(yīng)力ｒ與剪變率ｒ：藝比定義為秸度，以符號盯表示，即 口＝的’ （３．３）

式中，

當剪應(yīng)力為ＩＰａ（Ｎ／ｌｎ２），剪變率為１ ｓ－ｌ時．粘度為１Ｐａ．ｓ。

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

由不同原油，不同１藝所煉制的瀝青，即使標號一樣，它們的粘度也往往有很人差 別，因此用釗‘入度表示瀝青的稠度（粘度）是不夠準確的，有些國家，如美國就改用絕 對粘度來劃分瀝青的標號。又因為不同瀝青達到相同粘度時的溫度也不相同，在加熱的 瀝青達到某一粘度范圍時既能保證泄合料具有一定的工作性，又不會使瀝青過熱老化。 因此，規(guī)定瀝青的施工加熱粘度比規(guī)定其施工加熱溫度更為合理。從目前采用的路面瀝 青規(guī)范來看，皆以６０ ｏＣ的粘度作為一個高溫控制指標，要求瀝青粘度不能小于一定值。 但為了保證瀝青混合料的正常生產(chǎn)，便于瀝青的泵送和瀝青混合科的拌和，瀝青在施工 溫度下（１３５ ｏＣ）的粘度也不能過大，須搭配以１３５ ｏＣ的動態(tài)粘度來控制感溫性。 對于橡膠瀝青而言，粘度是監(jiān)控品質(zhì)變化的最有效手段，粘度指標可用來判斷是否 添加了足夠的橡膠粉，以及是否添加了過多的橡膠粉而喪失工作性。在橡膠瀝青應(yīng)用較 普遍的國家和地區(qū)。粘度都被用作最重要的過程質(zhì)量監(jiān)控指標，并設(shè)置一個粘度控制 范圍。橡膠瀝青粘度較高，～般以１７５０Ｃ的粘度作為主要的質(zhì)量檢驗項目，因此在本研 究將使用適當?shù)臋z測方法來測試各種橡膠瀝青的粘度。 瀝青粘度的測定方法可分為兩類：一類為“絕對粘度法”，另一類為“條件秸度法”。 前者采用的儀器有毛細粘度計、同軸旋轉(zhuǎn)粘度計和滑板式微膜粘度計等。后者采用經(jīng)驗 單位粘度計，為各種流出型粘度計，如賽氏粘度計、恩氏粘度計和標準粘度計等。針入 度也是測定條件粘度的方法。 本文采用布洛克菲爾德（ＢｒｏｏｋｆｉｅＩｄ）粘度計（簡稱布氏粘度計）測試橡膠瀝青在
１７５

ａｃ時的粘度。布氏粘度計可以測量瀝青的高溫（４５０Ｃ以上）粘度。其工作原理如

圖３．４所示，即將少量瀝青樣品盛于恒溫控制的盛樣筒中，一個轉(zhuǎn)子在瀝青試樣中轉(zhuǎn)動， 測定相應(yīng)的轉(zhuǎn)動阻力所反映出來的扭矩。扭矩讀數(shù)乘以儀器參數(shù)即可得到以厘泊（ｃｐ） 表示的瀝青粘度，ｌｏｐ＝ｉｒａ Ｐａ?Ｓ＝Ｉ／１０００Ｐａ．Ｓｏ 美國在橡膠瀝青粘度測試中采用２７號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為２０ｒｐｍ。實踐證明，轉(zhuǎn)速過快和 轉(zhuǎn)子過小對橡膠瀝青測試是不利的。轉(zhuǎn)速過快會加速橡膠瀝青在測試過程中的離析，而 轉(zhuǎn)子過�。ㄅc膠粉顆粒粒徑太接近）也會使測試結(jié)果失去代表性，同時，測試還需要滿足 測試精度的要求�；�于這幾點，采用２７號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速２０ ｒｐｍ時的剪變率是基本合理的， 這也是本文所選用的轉(zhuǎn)子型號和轉(zhuǎn)速陽】。

大連理丁大學(xué)碩十學(xué)位論文

（面積＾）

圖３．３瀝青的剪切示意圖
Ｆｉｇ．３．３ Ｓｈｅａｒ ｏｆａｓｐｈａｌｔ ｂｉｎｄｅｒ

圖３．４旋轉(zhuǎn)粘度儀的工作原理
Ｆｉｇ．３．４ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ

３．３．２橡膠瀝青粘度的測試和分析 （１）相同反應(yīng)條件下橡膠瀝青粘度的測試 因為不同瀝青達到相同粘度時的溫度不同，首先按照３．１．３節(jié)中所提出的橡膠瀝青 實驗室制備的常用條件（１７５—１８５。ｃ攪拌４５ｍｉｎ），分別采用Ｓｈｅｌｌ６０／７０和國產(chǎn)７０號兩 種基質(zhì)瀝青，加入１８％盼橡膠粉制備出兩種橡膠瀝青（分別記為類型Ｉ和類型ｌＩ），用 布氏粘度計測得每種橡膠瀝青兩組試樣的表觀粘度如表３．５所示．

表３．５以相同條件生產(chǎn)的兩種橡膠瀝青１７５。ｃ粘度比較
Ｔａｂ．３．５

Ｖｉ∞∞略ｏｆｔｗｏｔｙｐｅｓ ｏｆＡＲｂ缸ｄ口—ｏｄｕｃｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｇｍｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

由表３．５可見，兩種橡膠瀝青雖然使用相同的設(shè)備，在相同的條件下（１７５－－１８５。Ｃ 攪拌４５ｍｉｎ）制備而成，且膠粉的摻量也相同，但由于所用基質(zhì)瀝青的類型不同，導(dǎo)致 二者的粘度差異達到３０．８％。從中也可以看到基質(zhì)瀝青為Ｓｈｅｌｌ６０／７０的橡膠瀝青類型Ｉ 的１７５。Ｃ要低于基質(zhì)瀝青為７０號的橡膠瀝青類型ｌＩ，為使二者能夠達到接近的粘度， 需對某一種橡膠瀝青的制備條件進行調(diào)整，因類型ＩＩ為江蘇省交科院推薦的一種橡膠瀝

廢輪】｜ｆ｝膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

青形式，技術(shù)較為成熟，生產(chǎn)山的橡膠瀝青粘度也接近ＡＳＴＭ Ｄ６１１４要求的中值 （１５００—５０００ｃｐ），而Ｓｈｅｌｌ６０／７０生產(chǎn)橡膠瀝青則沒有相關(guān)規(guī)范和具體的研究成果，需 做進～步探究。 （２）不同反應(yīng)條件下橡膠瀝青粘度的測試和分析 為研究橡膠瀝青類型Ｉ粘度隨不同生產(chǎn)條件的變化規(guī)律，需對不同攪拌溫度，不同 反應(yīng)時間下的橡膠瀝青粘度進行測試。在這里。膠粉摻量仍然取１８％，與基質(zhì)瀝青的攪

拌溫度分別控制在四個范圍內(nèi)：①１６５－１７５。Ｃ。②１７５－１８５０Ｃ，③１８５—１９５０Ｃ。④１９５—２０５。Ｃ。
并分別在開始反應(yīng)后的第１５，３０，４５，６０分鐘時分別提取橡膠瀝青樣品進行１７５０Ｃ的 粘度測試，經(jīng)過多次抽樣和測試，總結(jié)出不同反應(yīng)條件下１８％橡膠瀝青類型１的１７５ 粘度如表３．６所示。
表３．６不同反應(yīng)條件下橡膠瀝青１７５ ｏｃ粘度測試結(jié)果
Ｔａｂ．３．６

ｏＣ

Ｖｈｃ，ｏｓ時ｏｆＡＲｂｉｎｄｅｒ ｕｎｄｅｒ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅａｃｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ

根據(jù)表３．６中的數(shù)據(jù)結(jié)果，對不同攪拌溫度下橡膠瀝青隨時間變化的粘度進行擬合， 得到不同反應(yīng)條件下，１８％橡膠瀝青類型ｌ的１７５ ｏＣ粘度的變化規(guī)律，如圖３．５所示。 由圖３．５可見。攪拌溫度控制在１６５－１９５０Ｃ時，橡膠瀝青秸度隨反應(yīng)時間的增加而 呈增長趨勢，變化曲線幾乎為直線，且攪拌溫度越高，在相同時刻對應(yīng)的枯度值越大。 而當攪拌溫度大于某一溫度（１９５０ｃ）時，反應(yīng)時間在４５ｍｉｎ之前時，粘度隨時間而增長。 逐漸接近（達到）粘度最大值，當反應(yīng)時間繼續(xù)延長時，粘度達到最大值之后則呈遞減趨 勢。從橡膠瀝青的反應(yīng)機理可以得知，在最初階段，橡膠粉熔脹占據(jù)主導(dǎo)地位， 橡膠

顆粒體積迅速膨脹，橡膠粉顆粒相互接觸的機會大大增加，此外，輕質(zhì)組分被吸收后， 自由瀝青的粘度也相應(yīng)升高。兩者共同導(dǎo)致在瀝青與橡膠作用的最初階段，粘度快速增 加。而當溶脹達到一定程度后，脫硫和降解過程加速發(fā)展。脫硫造成維持不同橡膠分子 共同作用的交聯(lián)斷裂，最終導(dǎo)致橡膠顆粒崩解，降解導(dǎo)致橡膠分了鏈斷裂。橡膠分子 量下降，這兩個過程都將導(dǎo)致粘度下降。輪胎橡膠脫硫后，力學(xué)性能下降，彈性工作溫 度區(qū)間變窄，降解則意味著橡膠性質(zhì)的徹底失去，對橡膠瀝青路面的使用性能都是不

大連理Ｔ大學(xué)碩十學(xué)位論文

利的。因此，在橡膠瀝青的制備過程中，應(yīng)注意控制使攪拌在粘度－卜Ｉ降之前結(jié)束。此外， 通過圖３．５還可以看到，在粘度上升階段，控制溫度在１８５－１９５。Ｃ和１９５－２０５０ＩＺ卜．的橡 膠瀝青的粘度在各時間點都比較接近，控制溫度主要影響反應(yīng)進程的快慢，而對某時刻 粘度值的影響較小。

時問（ｒａｉｎ）

國３．５不同反應(yīng)條件下橡膠瀝青１７５口ｃ粘度 Ｆ嘻３．５
１７５ ６Ｃ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆＡＲ

ｂｉｎｄ盯啪ｄ盯ｄｉ療嘣Ｉ豫ｌｃｌｉ岵ｃ∞ｄ砸咄

（３）不同膠粉含量的橡膠瀝青的粘度測試 為使以Ｓｈｅｌｌ６０／７０為基質(zhì)瀝青的橡膠瀝青能夠達到較高的粘度，這里將反應(yīng)溫度控 制在１８５—１９５０Ｃ，反應(yīng)時間控制為４５ｍｉｎ，膠粉摻量如前所述，分別為１５％，１８％．２１％ 和２４％，并將這一類型的橡膠瀝青統(tǒng)一稱為類型Ｉ。對于國產(chǎn)７０號瀝青，主要用作對 比試驗研究，加入１８％的廢輪胎膠粉，記為類型ＩＩ。不同膠粉含量的橡膠瀝青１７５ 粘度測試結(jié)果歸納于表３．７中，并將粘度隨膠粉含量的變化規(guī)律曲線繪于圖３．６。
ｑｃ

表３．７不同膠粉含量的橡膠瀝青１７５．ｃ粘度測試結(jié)果
Ｔａｂ．３．７
Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ

ＡＲ ｂｉｎｄｅｒ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｕｂｂｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ

廢輪胎股粉改性瀝青材料的路用性能研究

在 趟 算

３

膠粉含量（％） 圖３．６不同膠粉含量的橡膠瀝青粘度曲線
Ｆｉｇ．３．６ Ｒｅｌａｉｔｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｕｂｂｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ

據(jù)圖３．６，從總體上看，在同樣條件下制備出的橡膠瀝青，其１７５ ｏｃ秸度值隨膠粉
含量的增加而增大，特別是從２１％到２４％，粘度增長了２倍以上，由此可見，當膠粉含 量超過某一值時，其粘度增加較大，遠遠超出可以使用的范圍（１５００ｃｐ－５０００ｃｐ），因 此本文建議，當使用Ｓｈｃｌｌ６０／７０作為基質(zhì)瀝青生產(chǎn)橡膠瀝青時，膠粉的含量晟好不要超 過２１％。膠粉摻量在１５％到２１％的橡膠瀝青，其粘度均可滿足１５００ｃｐ－５０００ｃｐ的規(guī)范要 求，能夠在實際工程中使用。

３．４廢膠粉改性瀝青的動態(tài)剪切流變試驗
３．４．１

瀝青結(jié)合料的流變性及測試方法

我們知道，作用在路面上的行車荷載并非一般的靜止荷載，而是連續(xù)不斷的動力荷 載。路面層內(nèi)某一點的上方有車輛通過時，經(jīng)歷一個從受壓變成受拉、又變成受壓的循 環(huán)過程。因此，要研究瀝青材料真正的力學(xué)響應(yīng)，應(yīng)該先研究它在動載作用下的變形特 征，即它的動粘彈性。前面所述的測試方法都是采用靜載方法測定瀝青的動力粘度，即 瀝青承受恒定的剪應(yīng)力產(chǎn)生相應(yīng)的剪應(yīng)變，求得瀝青的絕對粘度．在振動荷載下ｒ瀝青 的流交特性受到粘彈性的影響，與靜載時有很大的不同，瀝青的粘度通常小于靜載時的 粘度。因此，測定振動荷載下的粘度受到越來越大的重視。

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瀝青材料的流變學(xué)是研究瀝青流動與變形的一門學(xué)科，它實際上是研究瀝青材料的 彈性、粘性以及流動變形的科學(xué)，也是對瀝青進行深入研究的理論工具。瀝青的流變性 質(zhì)直接影響瀝青路Ｊ面的使用性能，無論是高溫性能、低溫性能、疲勞性能都可以借助于 流變學(xué)理論得到更完善的解釋。常規(guī)的針。入度、軟化點、延度等經(jīng)驗指標不能提供荷載、 時間和溫度變化時瀝青流變性質(zhì)的資料，也就是說，這些指標與路面使用性能沒有直接 聯(lián)系哪Ｊ。美國在１９８７—１９９３年完成的公路戰(zhàn)略研究計劃（ＳＨＲＰ）中對瀝青結(jié)合料高溫 和低溫性能的研究就是基于流變學(xué)思想進行的，并且提出了新的瀝青結(jié)合料流變性質(zhì)測 試方法。 瀝青的流變性質(zhì)取決于溫度和時間。當溫度很低時，瀝青性狀如同變形能夠完全恢 復(fù)的固體，在荷載作用下表現(xiàn)為彈性體．在周期性交變變形作用下，彈性體的應(yīng)力與應(yīng) 變是完全同步的，即相位差為０，剪應(yīng)力與剪應(yīng)變之比即為剪切彈性模量。在高溫狀態(tài) 下，瀝青如同粘性液體，幾乎沒有恢復(fù)變形或回彈的能力，對這種粘性體來說，在周期 性的應(yīng)變作用下，雖然也產(chǎn)生相同周期的應(yīng)力響應(yīng)，但二者在時問上明顯不同步，峰值 的出現(xiàn)整好遲后１／４個周期，即相位差為ｘ／２。但這只是兩種極端情況。實際上瀝青在 通常的路面溫度及交通荷載下，無論是冬天或夏天，都不是完全的彈性體或粘性體，而 表現(xiàn)為彈性固體和粘性流體同存的粘彈性體。 美國戰(zhàn)略公路研究計劃（ｓ｝Ⅱ沖）在瀝青結(jié)合料路用性能規(guī)范中提出評價瀝青結(jié)合 料高溫穩(wěn)定性和中等溫度條件下疲勞特性的指標是采用動態(tài)剪切流變儀（Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｓｈｅａｒ

Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ，簡稱ＤＳＲ）。通過測量瀝青膠結(jié)料的復(fù)數(shù)剪切模量Ｇ’和相位角６來表征瀝 青膠結(jié)料的粘性和彈性性質(zhì)，以提供它在路面使用期的詳細性質(zhì)。復(fù)數(shù)模量Ｇ‘是材料 重復(fù)剪切變形時總阻力的度量，是實數(shù)軸分量Ｇ’及虛數(shù)軸分量Ｇ”的復(fù)數(shù)和，它包括兩 部分：其中實數(shù)部分儲存彈性模量Ｇ’，即彈性（可恢復(fù)）部分，反映瀝青變形過程中能量 的儲存與釋放：而虛數(shù)部分為損失彈性模量Ｇ”，即粘性（不可恢復(fù)）部分，反映瀝青在變 形過程中由于內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的以熱的形式散失的能量。相位角６是由于材料粘性成分的 影響．對材料輸入正弦應(yīng)力與產(chǎn)生的正弦應(yīng)變響應(yīng)不同步，滯后一個角度而產(chǎn)生的，是 可瀝青結(jié)合料的彈性（可恢復(fù)部分）與粘性（不可恢復(fù)部分）的成分比例指標。Ｇ?、Ｇ’、 Ｇ”和６的關(guān)系如圖３．７所示。在圖中：
Ｇ，＝Ｇ’ｃｏｓ６

（３．４） （３．５）
（３．６）

Ｇ，，＝Ｇ．ｓｉｎｓ
ｔａｎ６＝Ｇ’／Ｇ”

ＳＨＲＰ采用的動態(tài)剪切流變儀（ＤＳＲ）的工作原理如圖３．８所示，它屬于平板式流 變儀，另外國際上常用的還有雙筒旋轉(zhuǎn)式剪切流變儀，它們的工作原理大致相同。在圖

廢輪胎膠粉改性瀝青材｝：｝的路用性能研究

３．８中，兩塊ｍ２５ｍｍ或０８ｍｍ的平行板的間距１．卜２．２ｍｍ或０．９－１．８ｍｍ，將瀝青試樣央 在平板之間，一塊板固定，另一塊圍繞著中心軸來回振蕩，振蕩板從Ａ點開始移動到Ｂ 點，又從Ｂ點返回經(jīng)Ａ點到Ｃ點，然后再從ｃ點回到Ａ點，形成一個循環(huán)周期。試驗角 速度為１０ｒａｄ／ｓ，約相當于１．５９Ｈｚ。所施加的荷載為正弦荷載，其應(yīng)力應(yīng)變波形如圖３．９ 所示。

暴 蛆

Ｔ—上 卜—可—一實軸
圖３．７復(fù)數(shù)模量的極坐標表達式
Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆｃｏｍｐｌｅｘ ｍｏｄｕｌｏｕｓ ｉｎ ｐｏｌ口ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ

飚３．７

圖３．８動態(tài)剪切流變儀工作原理
Ｆｉｇ．３．８ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆＤＳＫ

剪應(yīng)力（剪應(yīng)壹）

儷≯觸
●一，

，收
Ｆｉｇ．３．９

加載時問．ｔ

圈３．９粘彈性材料應(yīng)力一應(yīng)變圖
Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒａｉｎ ｏｆｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ ｍｆｌｔｅｒｉａｈ

瀝青式樣的剪應(yīng)力ｆ、剪應(yīng)變，，、復(fù)數(shù)模量Ｇ‘及相位角萬由以下公式計算得出： ｆ：＝＝『２７ （３．７） （３．８） （３．９）

刀ｒ。

，：＿８．ｒ ，２Ｔ

Ｇ．＝粵
托。一‰

大連理－Ｔ大學(xué)順十學(xué)位論文

式中：Ｔ－－最大扭矩：
口——－振蕩板的旋轉(zhuǎn)角：

巧＝２石／?△ｆ

（３．１０）

ｒ＿——振蕩板半徑（１２．５珊或４ｍｍ）；

廳—叫式樣高度（Ｉｍｍ或２衄）：
‘。、ｆｍ、ｙ。�！霑纭�■式樣承受的最大或最小剪應(yīng)力、剪應(yīng)交；

４卜滯后時間。

ＤＳＲ試驗有應(yīng)力和應(yīng)變兩種控制模式，應(yīng)力控制的ＤＳＲ施加固定的扭矩，使板產(chǎn) 生振蕩；應(yīng)變控制的ＤＳＲ是以固定的頻率使振蕩板產(chǎn)生固定振蕩，量澳９所需的扭矩。 ＳＨＲＰ在瀝青結(jié)合料路用性能規(guī)范中，考慮到瀝青路面的車轍等永久變形主要發(fā)生 在瀝青路面鋪筑的初期，所以采用對原樣瀝青及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化（ＲＴＦＯＴ）后殘留瀝 青分別進行動態(tài)剪切試驗來評價瀝青的抗永久變形能力。ＳＨＲＰ規(guī)范定義Ｇ’／ｓｉｎ８為車 轍因子，其值大。表明瀝青的彈性性質(zhì)顯著，即瀝青的抗永久變形能力較強。因此以最 高路面設(shè)計溫度下瀝青結(jié)合料的ＤＳＲ試驗指標Ｇ’／ｓｉｎ５作為瀝青結(jié)合料的高溫評價指 標，瀝青材料的車轍因子指標應(yīng)滿足以下要求： （Ｉ）原樣瀝青的Ｇ’／ｓｉｎｓ不得小于１．０ｋＰａ； （２）ＲＴＦＯＴ后殘留瀝青的Ｇ’／ｓｉｎ５不得小于２．２ｋＰａ。 這一試驗適用的溫度范圍為５—８５℃，Ｇ’在０．１－１００００ｋＰａ范圍內(nèi)。 同時，瀝青路面的低溫開裂和疲勞開裂主要發(fā)生在瀝青路面已經(jīng)老化的后期，ＳＨＲＰ 采用經(jīng)過旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗（ＲＴＦＯＴ）及壓力老化（ＰＡＶ）后瀝青的在中等路面設(shè)計溫 度下瀝青結(jié)合科的ＤＳＲ試驗指標Ｇ’＊ｓｉｎ５作為瀝青結(jié)合料疲勞耐久性指標，Ｇ’＊ｓｉｎ６

越大表明重復(fù)荷載作用下的能量損失速度越快。有研究證吲”，瀝青混合料的疲勞損
傷、疲勞壽命與循環(huán)加載過程中的能量損失具有比例關(guān)系，因此，較小的Ｇ’＊ｓｉｎ６數(shù)值 代表較好的疲勞抵抗能力。ＳＨＲＰ規(guī)定，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗（ＲＴＦＯＴ）及壓力老化 （ＰＡＶ）試驗后瀝青的Ｇ’＊ｓｉｎ ６不得大于５０００ｋＰａ。 近年來，我國學(xué)者利用ＤＳＲ對瀝青材料的流變性已經(jīng)作了很多方面研究，如陳華

鑫等酬對ＳＢＳ改性瀝青進行了ＤＳＲ測試，分析了ＳＢＳ改性瀝青動態(tài)力學(xué)性能的變化機 理，并得到了改性劑的種類和劑量對其動態(tài)力學(xué)性能的影響；馮師蓉刪分析了瀝青瑪蹄 脂的流變特性與溫度、填料粒徑、填料含量之間的關(guān)系：劉勇吲等通過對各流變參數(shù)的
分析探討了低標號硬質(zhì)瀝青的高溫性能。

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

３．４．２瀝青結(jié)合料的老化試驗介紹 瀝青的老化過程一般分為兩個階段，即混合料拌和與鋪筑過程巾的短期老化和路面 在長期使用過程中的長期老化。在前而的內(nèi)容中提到，在進行瀝青的ＤＳＲ試驗時，需 對經(jīng)過旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗（ＲＴＦＯＴ）及壓力老化（ＰＡＶ）試驗后的試驗進行測試，下面 對這兩種老化試驗作以簡單介紹： 旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗（Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ
Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｏｖｅｎ

Ｔｅｓｔ，簡稱ＲＴＦＯＴ）：該法主要模擬

瀝青混合料在加熱拌和等施工過程中的熱老化現(xiàn)象，老化程度與強制式攪拌機的拌和過 程較為接近。試驗時將３５９＿＿＋０．５９的瀝青式樣放入規(guī)定尺寸的盛樣瓶中，瀝青加熱時將 均勻地在盛樣瓶內(nèi)側(cè)壁上形成５—１０
ｕ

ｍ厚的薄膜。盛有瀝青試樣的盛樣瓶插入旋轉(zhuǎn)薄膜

烘箱中的插孔內(nèi)，加熱過程中放置盛樣瓶的環(huán)形架以１５ｒｐｍ±Ｏ．２ｒｐｍ的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，盛樣 瓶每轉(zhuǎn)到底部均會有噴氣嘴向瓶內(nèi)吹氣。烘箱溫度維持在１６３ ｏｃ±５ ｏＣ，持續(xù)加熱７５ｍｉｎ。 這種試驗條件較其它老化試驗方法（如瀝青蒸發(fā)損失試驗，薄膜加熱試驗）更為強化， 試驗結(jié)果精度較高。 壓力老化試驗（Ｐｒ鶴ｓｕ陀Ａｇｅｉｎｇ Ｖｅｓｓｅｌ，簡稱ＰＡＶ）：ＰＡＶ是美國ＳＨＲＰ成果 Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ所提出的長期老化試驗的試驗方法，正是它的出現(xiàn)．長期老化試驗方法才成 為為公眾所接受的標準試驗方法。ＳＨＲＰ研究認為，瀝青結(jié)合料老化主要是基于兩種不 同機理：瀝青中輕質(zhì)油分的揮發(fā)和與環(huán)境中的氧起反應(yīng)。在熱拌和鋪筑過程中，由于有 高溫?zé)釟饬鞯拇嬖冢�結(jié)合料的老化按這兩種機理發(fā)生老化，采用ＲＴＦＯＴ試驗是適宜的。 在路面竣工后，雖然老化仍然繼續(xù)進行，但使用溫度較低，揮發(fā)已經(jīng)不再是主要的了， 氧化機理將占主要的地位。大量試驗研究表明改變不同的老化方法及老化時間，瀝青性 質(zhì)的變化大體上遵循一定的規(guī)律，在試驗室老化條件下，只要使瀝青性質(zhì)的變化能與現(xiàn) 場老化條件相對應(yīng)，便能確定模擬現(xiàn)場老化的條件來，ＰＡＶ的試驗條件便是這樣確定的。 標準的老化溫度視瀝青標號的不同規(guī)定為９０—１１００Ｃ，老化時間為２０ｈ，容器內(nèi)的充氣壓 力為２．ＩＭＰａ。試驗致?lián)�表明，ＰＡＶ試驗對瀝青老化的影響相當于使用期路面表層瀝青 老化５年的情況。 ３．４．３瀝青結(jié)合料的剪切流變試驗研究 在本文中，分別對類型Ｉ的四種橡膠瀝青以及橡膠瀝青類型ＩＩ進行老化之前，ＲＴＦＯＴ 老化后以及ＲＴＦＯＴ＋ＰＡＶ老化后的ＤＳＲ試驗，對每種橡膠瀝青取進行二組平行試驗。 其中原樣瀝青及ＲＴＦＯＴ后殘留瀝青從較低的５２０Ｃ開始試驗，如合格則提高一級（６０ｃ）， 直到８８０Ｃ或某一試驗溫度下不合格為止。經(jīng)過ＲＴＦＯＴ及ＰＡＶ老化后的橡膠瀝青試驗 從３１０Ｃ開始，如合格則降低３。Ｃ，直至某一試驗溫度下不合格為止。ＤＳＲ試驗采用應(yīng)

大連理Ｔ大學(xué)碩＋學(xué)位論文

變式控制模式，對原樣瀝青采用應(yīng)變值７＝１２％，試驗頻率∞＝ｌＯｒａｄ／ｓ：對ＲＴＦＯＴ后的 試樣應(yīng)變值ｙ＝ｌＯ％，試驗頻率∞＝１０ｒａｄ／ｓ，原樣和ＲＴＦＯＴ后的試樣直徑為２５ｍ，厚

ｌｍ，ＰＡＶ后的試樣ｒ＝１％，試驗頻率【Ｄ＝１０ｒａｄ／ｓ，試樣直徑為８ｍｌ，厚２ｍ。原樣橡
膠瀝青，ＲＴＦＯＴ老化后以及ＲＴＦＯＴ＋ＰＡＶ老化后橡膠瀝青的ＤＳＲ試驗結(jié)果分別列于表 ３．８，表３．９及表３．１０中。為了對比分析，這里把類型Ｉ的基質(zhì)瀝青Ｓｈｅｌｌ６０／７０的ＤＳＲ 測試結(jié)果列在表３．１１與表３．１２中。

表３．８原樣橡膠瀝青ＤｓＲ測試結(jié)果
Ｔａｂ．３．８ ＤＳＲ ｔｅｓＩ ｍｓｕｌｔ ｏｆｏｒｉｇｉｎａｌ Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

表３．９
Ｔａｂ．３．９

ＲＴＦＯＴ短期老化后橡膠瀝青ＤＳＲ測試結(jié)果

ＤＳＲ ｔｅｓｔ ｒｅｂａｉｔ ｏｆＡｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ ａｆｔｅｒ ＲＴＦＯＴ

１８％

５２ ５７．９ ６３．９ ６９．９

５２ ５３．５ ５５．８ ５８．５

７５．０３８９ ４７．１３８２ ２９．６９５５ １８，７１１６

１０４．１６９ ６６．０４９６ ４１．４５８ｌ Ｚ５．８１４ｌ

５２．１ ５７．９ ６３．９ ７０

４８．２ ４８ ４８．３ ４９．１

７７．３１９８ ４６．５６５６ ２８．４０１６ １７．８２７２

１０３．６７６ ６２．６７２３ ３８．０３５４ ２３，５７３６

一３２—

大連理Ｔ大學(xué)碩十學(xué)位論文

一３３—

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性腳ｆ究

３１ ２８．４ ２５．４ ２２．４ １９．５ １６．５

５３．６ ５３．８ ５３．６ ５２．８ ５２．５ ４９．６

３０７．３８ ４３１．８３ ６４６．６２ ９８６．９６ １４１５．７ ２３５２．２

２４７．４０８ ３４８．４７ ５２０．４６ ７８６．１４３ １１２３．１５ １７９１．２９

３ｌ ２８．１ ２５．２ ２２．２ １９．２ １６．３

５３．２ ５２．６ ５３．１ ５２．５ ５２．５ ４９．９

２７０．７ ４１８．２２ ７３４．３４ １０４６．３ １２３７．３ ２４９１．７

２１６．７５４ ３３２．２４７ ５８７．２４５ ８３０．０８１ ９８１．６５７ １９０５．９３３

—３４—

大連理＿Ｔ大學(xué)碩十學(xué)位論文

表３．１ｌ未經(jīng)老化及ＲＴＦＯＴ老化后ｓｈｅｌｌ６０／７０ ＤＳＲ測試結(jié)果
Ｔａｂ．３．１ｌ ＤＳＲｔｅｓｔｒｅｓｕ｜ｔｏｆＳｈｅｌｌ６０／７０ｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒＲＴＦＯＴ

一３５—

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

表３．１２
Ｔａｂ．３ １２

ＲＴＦＯＴ和ＰＡＶ老化后Ｓｈｅｌｌ６０／７０ ＤＳＲ測試結(jié)果
ＤＳＲ ｔＣｇＩ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ Ｓｈｅｌｌ６０／７０

ａ缸ｒ

ＲＴＦＯＴ ａｎｄ ＰＶＡ

根據(jù)表３．８．表３．１２的數(shù)據(jù)結(jié)果，對橡膠瀝青的性能及指標進行以幾下方面的分析： （１）儲能模量Ｇ’的變化規(guī)律 根據(jù)以上試驗結(jié)果及式３．４，分別求得各種橡膠瀝青及Ｓｈｅｌｌ６０／７０在原樣狀態(tài)及經(jīng) ＲＴＦＯＴ老化后的儲能模量Ｇ’。并將其隨溫度變化的曲線分別繪于圖３．１０和圖３．１ｌ中．

溫度（ｏｃｌ 圖３．１０原樣瀝青的儲能模量Ｇ’隨溫度變化的曲線 Ｆ唔３．１０
Ｇ’ｖｏｒｇｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ｏｆＯｒｉｇ／ｎａｌ Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ

大連理丁大學(xué)頎士學(xué)位論文

母

正

一
。

溫度（。Ｃ） 圖３．１ｌ

ＲＴＦＯＴ老化后瀝青的儲能模量Ｇ’隨溫度變化的曲線 ｏｆＯｒｉ＃ｍｌ
ＡｓｐｈａＢ Ｒｕｂｂｅｒ

Ｆｉｇ．３．“Ｇ’Ｖｅｌ＇Ｓｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ

儲能模量Ｇ’是反應(yīng)材科的彈性性能的參數(shù)，該值越大表明材料的彈性性能越好，對 于瀝青路面，在高溫條件下，希望瀝青具有足夠的彈性，以利于形變恢復(fù)。如圖３．１０ 及圖３．１１所示。無論是未經(jīng)老化還是ＲＴＦＯＴ之后，各種瀝青的儲能模量Ｇ’均隨著溫度 升高而下降。這主要是由于溫度升高，分子鏈段運動加劇，分子問的交聯(lián)作用和分子力 減弱，分子運動所受的約束削弱，表現(xiàn)為瀝青材料的勁度降低，即復(fù)數(shù)模量Ｇ?隨溫度減 小，從而Ｇ’也隨溫度升高而降低。但基質(zhì)瀝青儲能模量要比橡膠瀝青低得多，說明橡 膠粉的加入使基質(zhì)瀝青的彈性得到明顯提高，而且對于膠粉含量較大的橡膠瀝青，在同 一溫度下，其儲能模量也相對較高，即橡膠瀝青的彈性基本隨膠粉摻量的增加而上升， （２１％摻量的原樣橡膠瀝青，在６４０Ｃ以上時具有略高于２４％橡膠瀝青的Ｇ’值，但可以 認為基本相當）另外也可以看到，１８０／ｄａｔ膠瀝青類型ＩＩ的儲能模量介于類型Ｉ的１５％和 １８％兩種含量之間，說明在同等膠粉摻量下，由國產(chǎn)７０號生產(chǎn)的橡膠瀝青其彈性性能 略低于以基質(zhì)瀝青為Ｓｈｅｌ］６０／７０的橡膠瀝青． （２）相位角６的變化規(guī)律 為分析不同在種類橡膠瀝青復(fù)數(shù)剪切模量中粘性成分與彈性成分的比例，這里將各 種橡膠瀝青及類型Ｉ的基質(zhì)瀝青Ｓｈｅｌ｜６０／７０在原樣狀態(tài)及經(jīng)ＲＴＦＯＴ老化后的相位角８ 隨溫度變化的關(guān)系曲線分別繪于圖３．１２和圖３．１３中。在高溫條件下，６越小，表明該 材料彈性成分所占比例較大，即有好的抵抗高溫變形的能力。由圖中所示，各種結(jié)合料 的６均隨溫度的升高而增大，即溫度的升高使瀝青逐漸由彈性向粘性轉(zhuǎn)化。而且各種橡

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

膠瀝青的相位角６均遠小于Ｓｈｅｌｌ６０／７０的，這也從另一個方面也說明了膠粉的加入有效 的改善了瀝青的彈性性能。 從圖３．１２中還可以看到，對于原樣橡膠瀝青類型Ｉ，當膠粉摻量在２１％以ｒ卜Ｊ時， 相位角６隨膠粉摻量的增加而減小，膠粉摻量為２Ｈ６的橡膠瀝青在各個溫度’卜Ｉ的相位角 ６均為最小，而隨膠粉含量繼續(xù)增加（２４％），橡膠瀝青的相位角又呈現(xiàn)增大趨勢。這 說明，為使橡膠瀝青擁有最小的相位角６，應(yīng)當按一個最佳的膠粉比例進行摻配。對于 經(jīng)ＲＴＦＯＴ老化后的瀝青，如圖３．１３，相位角６隨膠粉摻量的增加而減小，但摻量為２１％ 和２４％的兩種類型的相位角在各個試驗溫度下都比較接近，可以認為相當，因此，經(jīng)綜 合比較，本文認為，對于基質(zhì)瀝青為Ｓｈｅｌｌ６０／７０的橡膠瀝青，當膠粉摻量為２１％時，彈 性成分所占的比例最大． 對于橡膠瀝青類型ＩＩ，其原樣狀態(tài)時的相位角５與膠粉含量同為１８％的類型Ｉ比較 接近，只是當溫度較高時（＞８２０ｃ）６增大較快。對于經(jīng)ＲＴＦＯＴ老化后的試樣，其相位 角６要大于所有類型Ｉ的相位角，說明其老化之后的彈性成分所占比例減小，抗高溫能 力下降幅度較大．

溫度（。Ｃ） 圖３．１２未老化瀝青的相位角６隨溫度變化的曲線 Ｆ嘻３．１２
Ｐｈａｓｅ Ａｎｇｌｅ ５ Ｖｅｆ％ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ｏｆｏｄｇｉｎａｌ Ａｓｐｈａｌｔ

ＲｕｂｌＭ

大連理Ｔ大學(xué)碩十學(xué)位論文

溫度（。Ｃ）
圖３，１３
Ｆｉ９３．１３

ＲＴＦＯＴ老化后瀝青相位角５隨溫度變化的曲線
Ｐｈａｓｅ Ａａｇｌｃ ６

Ｖｅｒ辨ｔｅＩｎｐｃ�。钭嚕幔妫簦澹�

ＲＴＦＯＴ

（３）車轍因子Ｇ’／ｓｉｎ６的變化規(guī)律 前面分析了各種試驗所用瀝青的儲能模量Ｇ’及相位角６受溫度變化，膠粉含量，老 化條件，基質(zhì)瀝青種類等因素影響的規(guī)律。為綜合分析復(fù)數(shù)剪切模量Ｇ’和相位角的影 響，對瀝青的高溫抗變形能力做出總體評價。這里將主要根據(jù)車轍因子Ｇ‘／ｓｉｎ６進行分 析。圖３．１４和圖３．１５分別描述了各種橡膠瀝青及Ｓｈｅｌｌ６０／７０在原樣狀態(tài)及經(jīng)ＲＴＦＯＴ 老化后的車轍因子Ｇ．／ｓｉｎ５髓溫度變化的規(guī)律曲線。從圖中得知，對于各類試樣，老化 前和ＲＴＦＯＴ老化后的車轍因子均隨試驗溫度的升高而下降，即抗車轍能力降低。隨著 膠粉含量的增加，Ｇ’／ｓｉｎ８大體上呈下降趨勢，只是２１％原樣橡膠瀝青在６４０Ｃ以上時的 Ｇ’／ｓｉｎ５高于其它種類的瀝青．由前面的分析可以知道，這是２１％原樣橡膠瀝青在這一 溫度區(qū)間內(nèi)儲能模量Ｇ’較大且相位角６較小的結(jié)果。 到目前為止，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)結(jié)果和圖３．１４，圖３．１５，可以對六種試驗瀝青的抗高溫 車轍性能作出以下捧序： 原樣瀝青：２１％類型Ｉ＞２４％類型Ｉ＞１８％類型Ｉ＞１８％類型ＩＩ＞１５％類型Ｉ＞Ｓｈｅｌｌ６０／７０ ＲＴＦＯＴ殘留瀝青：２４％類型Ｉ＞２１％類型ｌ＞１８％類型Ｉ＞１８％類型１１＞１５％類型Ｉ
＞Ｓｈｅｌｌ６０／７０

由此也可以看到，在膠粉摻量一定（１８％）的情況下，以ｓｈｅ¨６０／７０為基質(zhì)瀝青的 橡膠瀝青的高溫抗永久變形能力要好于由國產(chǎn)７０號瀝青生產(chǎn)的類型。

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

＇∞

∞
皇

。晶
量

ｏ

溫度（。Ｃ）
圖３，１４未老化瀝青的車轍因子Ｇ＊／ｓｉｎ ６隨溫度變化的曲線 Ｆｉｇ．３．１４
Ｇ＋／ｓｔａｒＶｅｒｓｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔｏｆｏｒｉｇｉｎａｌ ｓａｍｐｌｅｓ

∞
．ｇ

迎
●

ｏ

溫度（。Ｃ）
圖３，１５

ＲＴＦＯＴ老化后瀝青Ｇ‘／ｓｉｎ ６隨溫度變化的曲線
Ｇ＊／ｓｉｎ６ ｖｅｒ＂∞ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｆｔｅｆ ＲＴＦＯＴ

Ｆｉｇ．３．１５

—－４０—?

大連埋Ｔ大學(xué)碩十學(xué)位論文

（４）橡膠瀝青的性能分級 從前面的分析可以看到，廢輪胎膠粉的加入使得瀝青的彈性性能，高溫抗車轍能力 都得到了很大程度的改善，為了定性地描述橡膠瀝青高溫性能的改善程度，本文引入性 能分級用以表達瀝青材料的在高溫條件－卜－的使用性能。 長期以來，瀝青針入度分級標準和粘度分級標準在生產(chǎn)實踐中，己逐漸暴露出缺陷 與不足。首先．這兩種分級體系均屬于經(jīng)驗性標準，各關(guān)鍵指標與瀝青的實際使用性能 有一定的相關(guān)性，但并不能真正反映瀝青的路用性能，第二是瀝青標準指標的試驗方法 中，沒有真正反映低溫性能的指標，不能評價瀝青抵抗低溫開裂的性能，也沒能反映瀝 青在路面使用過程中的長期老化等情況。第三是無法評價改性瀝青。 ＳＨＲＰ的研究成果Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ提出了按照路用性能分級（ＰＧ分級）的瀝青結(jié)合科規(guī) 范。ＰＧ分級直接采用設(shè)計使用溫度表示瀝青的使用范圍，設(shè)計最高溫度為７天最高平均

路面溫度，設(shè)計最低溫度為年極端最低溫度。它采用３種樣品：①原樣瀝青；②ＲＴＦＯＴ
后的殘留瀝青：③ＲＴＦＯＴ后又經(jīng)ＰＡＶ老化的殘留瀝青。評價各種路用性能指標，包括 高溫時抗永久變形的能力、低溫時抵抗路面開裂的能力、抗疲勞破壞的能力、抗老化能 力、施工安全性等。在ＡＡＳＨＴＯＲ２９１５６］中，按照瀝青的路用性能，共劃分了七個等級， 即ＰＧ４６－ＰＧ８２，每一等級又分為幾個亞級，亞級為２到一４６。Ｃ，每６０ｃ一檔。因此實際 上在ＳＨＲＰ中。１１３等級規(guī)范為３７種等級。以ＰＧＸＸ．ＹＹ表示，如ＰＧ７６．２２表示該等級 的瀝青適用于最高路面設(shè)計溫度不超過７６。Ｃ，最低路面設(shè)計溫度不低于－２２０Ｃ的地區(qū)。 根據(jù)已經(jīng)測得的ＤＳＲ試驗結(jié)果，可以對基質(zhì)瀝青Ｓｈｅｌｌ６０／７０及試驗的各種橡膠瀝青 進行／（３高溫等級劃分，其結(jié)果如表所示。由表３．１３可知，Ｓｈｅｌｌ６０／７０的高溫ＰＧ等級 為７０，而加入膠粉之后，瀝青的高溫ＰＧ等級達到８８，即提高了３個等級，并且已經(jīng)超 出了ＳＦＩＡＲ規(guī)定的ＰＧ等級的上限（９２）。由此也可以看到，橡膠瀝青的適用范圍要遠 大于基質(zhì)瀝青．同時，橡膠瀝青類型ＩＩ的高溫ＰＧ等級也達到了８８。

表３．１３不同膠粉含量橡膠瀝青ＰＧ等級劃分
Ｔａｂ３．１３ Ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｘａｔｕｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｇｒａｄｅ ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆＡｓｐｈａＪｔ Ｒｕｂｂｅｒ

廢輪ＪＩｆｉ膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

（５）橡膠瀝青的抗疲勞性能分析 根據(jù)表３．１０和表３．１２中的數(shù)據(jù)，將各種橡膠瀝青及Ｓｈｅｌｌ６０／７０經(jīng)ＲＴＦＯＴ和ＰＡＶ 老化之后試樣的Ｇ’＊ｓｉｎ６隨溫度變化的曲線繪制于圖３．１６。 由圖可見，對于各種試驗瀝青試樣Ｇ’＊ｓｉｎ８隨著溫度的升高而逐漸降低，說明溫度 越高，材料的抗疲勞性能越好，符合瀝青材料抗疲勞特性的基本規(guī)律。膠粉改性瀝青的 Ｇ、ｓｉｎ５值遠低于基質(zhì)瀝青，即膠粉的加入使瀝青的抗疲勞性得到很大改善，對于類型Ｉ 橡膠瀝青，膠耢含量越高，Ｇ’＊ｓｉｎ５越小，即抗疲勞性越好。其中２１％和２４％橡膠瀝青 的Ｇ、ｓｉｎ６值相差很小，即膠粉含量為２１％或２４％時，材料的抗疲勞性能比較接近。 此外可以看到，經(jīng)ＲＴＦＯＴ和ＰＡＶ老化之后的橡膠瀝青類型ＩＩ在的Ｇ’＊ｓｉｎ５值要高 于所有類型Ｉ橡膠瀝青，這說明長期老化后。由Ｓｈｅｌｌ６０／７０制備的橡膠瀝青類型ｌ比由 國產(chǎn)７０號制備的類型ＩＩ具有更好的抗疲勞性能。

ｔ，Ｏ

。鳥
∞

‘’

溫度（ｏｃ）
圖３．１６ ＲＴＦＯＴ與ＰＡＶ老化后瀝青Ｇ＊＊ｓｍ ６隨溫度變化的曲線
Ｇ。／ｓｉｎ６

Ｆ嘻３．１６

ｖａ∞ｔｅＩｎｐｅｒ姐啪柵ＲＴＦＯＴ

ａｎｄ ＰＡＶ

大連理Ｔ大學(xué)頌＋學(xué)位論文

４橡膠瀝青混合料的性能測試和分析
４．１
４．１．１

混合料的設(shè)計和試驗室制備
混合料類型和原料選擇

為了探討廢膠粉改性瀝青對路面混合料使用性能的改善，以及不同類型混合料對各 使用性能的影響，本章針對瀝青混合料的性能加以試驗研究。本文采用四種瀝青混合料 進行平行對比試驗，這四種混合料類型分別為兩種間斷級配橡膠瀝青混合料，分別記為
Ｇａｐ Ｉ，Ｇａｐ

ＩＩ，一種開級配橡膠瀝青混合料，記為ＯＧＦＣ，一種瀝青馬蹄脂碎石混合料。記

為ＳＭＡ，這四種類型的混合料采用的級配，膠結(jié)料種類及其它設(shè)計指標如表４．１所示。 四種瀝青混合料的級配曲線如圖４．１所示。篩孔標準滿足英國規(guī)范ＢＳ ８１２—１０３的要求。

混合料所用粗集料（粒徑≥Ｇｒａｍ）為香港產(chǎn)火山凝灰?guī)r。細集料（粒徑＜５ｍ）為５０％的
火山凝灰?guī)r與５０％花崗巖的混合礦料，試驗所用礦料各粒徑視密度試驗結(jié)果如表４．２所 示。ＳＭＡ所用的纖維是由德國ＪＲＳ公司生產(chǎn)的ＡＲＢＯＣＥＬ天然木質(zhì)素纖維。 橡膠顆粒瀝青混合料的物理力學(xué)性能對于混合料級配具有明顯的選擇性，本試驗中 并沒有選用密級配類型混合料，主要就是因為對于橡膠瀝青混合料，結(jié)合料彈性較大， 密級配混合料不易壓密，可能導(dǎo)致體積不穩(wěn)定并發(fā)生松散剝脫、同時容易產(chǎn)生永久變形。 而間斷級配的混合料由于去除了連續(xù)級配中某一級或某幾級的粒料，可以使租集料緊密 地嵌擠，而根據(jù)細集料的填充情況，可以形成骨架空隙結(jié)構(gòu)或骨架密實結(jié)構(gòu)，為橡膠顆 粒提供了足夠的變形空間，促進了混合料穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形成。從國外一些室內(nèi)外試驗結(jié)果 來看［５７－５８】，間斷級配的使用效果相對較好。美國亞利桑那，加利福尼亞。德克薩斯等州 關(guān)于橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)規(guī)范中，明確規(guī)定了橡膠瀝青僅限于使用在間斷級配和開級 配混合料中． 在本文中，間斷級配混合料及ＳＭＡ的設(shè)計由專門人士完成。其中橡膠瀝青混合料 Ｇａｐｌ的級配設(shè)計主要參考香港ＳＭＡ設(shè)計規(guī)范ＧＮ０３０ｔ”ｌ和美國加剝福尼亞州橡膠瀝青使 用指南”Ｊ；Ｇａｐ ＩＩ的設(shè)計參照美國亞利桑那州的橡膠瀝青間斷級配混合料設(shè)計規(guī)范以及 江蘇省交科院的設(shè)計施工指南；ＳＭＡ依照香港ＳＭＡ設(shè)計規(guī)范ＧＮ０３０中最大公稱直徑 為２０ｍ的ＳＭＡ設(shè)計方法完成。混合料的最佳油石比均采用馬歇爾試驗確定。在本文中 主要對ＯＧＦＣ的設(shè)計加以詳細闡述。

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

表４．１
Ｔａｂ．４．１

四種混合料設(shè)計

Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｆｏｕｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆｍｉｘｔｕｒｅｓ

窖 Ｖ

＊ 捌 贈

圖４．１
Ｆｉｇ．４．Ｉ

四種混合料的級配曲線
ｃｕｒｖｅｓ

Ｇｒａｄａｔｉｏｎ

ｏｆｆｏｕｒｔｙｐｅｓ ｏｆｍｉｘｔｕｒｅｓ

—－４４—－

大連理Ｔ大學(xué)頌＋學(xué)位論文

表４．２集料與礦粉密度試驗結(jié)果
Ｔａｂ．４．２ Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｇｒａｖｉｔｙ ｏｆ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ

４．１．２開級配橡膠瀝青混合料的介紹和設(shè)計 為了保證車輛在高速行駛時路面具有良好的抗滑性能，特別是在雨天路面摩阻力不 致過分降低，確保行車安全，美國研究開發(fā)了開級配抗滑磨耗層（Ｏｐｅｎ－Ｇｒａｄｅｄ
Ｆｒｉｃｔｉｏｎ．

Ｃｏｕｒｓｅ，簡稱ＯＧＦＣ），也稱多孔瀝性青路面或排水型瀝青路面。ＯＧＦＣ空隙率通常大 于１８％左右，具有良好的排水、抗滑和降噪的性能，具有較高的高溫穩(wěn)定性。 國內(nèi)近幾年對多孔性瀝青路面進行了一些研究，也鋪筑了試驗路段，但基本上尚處 于初始階段，主要是人們對于這種路面的設(shè)計方法和特性人們尚不甚了解，且對這種路 面的耐久性持懷疑態(tài)度，因而至今未能在高等級道路中實際應(yīng)用，與世界許多發(fā)達國家 相比有一定的差距。 由于各國道路條件和環(huán)境條件的不同，所以在制備多孔性瀝青混合料時采用的具體 方法都有很多差別。同時由于多孔性瀝青路面與普通瀝青路面相比較，在技術(shù)上有其難 點和復(fù)雜性，因此在關(guān)鍵技術(shù)上有些國家也是秘而不宣�？v觀世界各國對研究和實際應(yīng) 用的經(jīng)驗，ＯＧＦＣ設(shè)計的技術(shù)關(guān)鍵在于以下三個方面： （１）保證混合料的高空隙率 路面的卒隙率越大，捧水性能越好，抗滑、降噪的效果也隨之提高，因此保證混合 料的高孔隙性是必要的。根據(jù)理論研究和實際使用經(jīng)驗，這種路面的使用過程中的空隙

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

率必須人于１５％，而考慮到空隙可能被塵埃所堵塞，混合料的初始空隙率應(yīng)達到２０％， 甚至更人。 （２）保證混合料足夠的抗松散能力 ＯＧＦＣ為透水而要求路面空隙率較人，這與普通瀝青路面要求防止?jié)B水以求得持久 的使用壽命正好相反。路面的透水和水長期滯留在路面內(nèi)部．都會造成對路面的嚴重侵 蝕，這就容易導(dǎo)致路面剝落，進而使路面出現(xiàn)松散。因此，多孔性瀝青混合料必須具備 足夠的水穩(wěn)性，這在混合料設(shè)計時應(yīng)予足夠的重視。美國，德國等一些國家的研究表明， 為提高混合料的水穩(wěn)定性，采用石灰粉替代部分礦粉是一種很好的措施，此外還可以考 慮添加抗剝落劑等方法。 （３）保證混合料具有一定的力學(xué)強度 多孔性瀝青混合料主要由粗集料組成，細集料少，粗顆粒之間是點接觸，不能形成 緊密的嵌鎖，混合料的強度主要依靠結(jié)合料的粘結(jié)形成，因而大為降低。且空隙率越大， 強度越低。然而。多孔性路面只有具備一定強度才能承受高速行車的作用。因此在ＯＧＦＣ 的設(shè)計中，應(yīng)采用性能突出的瀝青結(jié)合料，如按Ｉ＇Ｇ分級的瀝青，使用在ＯＧＦＣ中宜采 用比常規(guī)瀝青混凝土提高出２個等級的型號【…。 由上一章的研究可以知道，廢輪胎膠粉改性瀝青的粘度較大，其高溫性能較好，可確 保開級配混合料的耐久性，而且有研究表明，應(yīng)用廢輪胎膠粉改性瀝青，能有效提高混合 料的抗松散性【２６ｌ。橡膠瀝青應(yīng)用于開級配混合料（ＯＧＦＣ）已經(jīng)在很多國家和地區(qū)取得 了成功，表現(xiàn)出了良好的路用性能，并在某些地區(qū)已投入生產(chǎn)和使用。美國亞利桑那州 交通局于１９８８年即開始了橡膠瀝青用于多孔瀝青路面的研究，稱這種新型路用混合料 為ＡＲ－ＡＣＦＣ，并在當年將其用于鋪筑南Ｔｕｃｓｏｎ處Ｉｎｔｅｒｓｔａｔｅ １９號公路段的抗磨耗層， 層厚２５ｒａｍ，鋪于普通水泥路面之上，橡膠瀝青用量為１０％。白鋪成之日起，抗磨耗層 都未曾有裂縫出現(xiàn)，直到１９９６年，才在路面接縫處觀察到少許橫向裂縫。到１９９９年， 經(jīng)過了１２年的連續(xù)使用，該路段從未接受過任何維修和養(yǎng)護措施，使用性能依然良好。 這使得ＡＲ－ＡＣＦＣ廣受研究人員關(guān)注，也促進了橡膠瀝青在開級配混合料中的應(yīng)用，為 后來更多的典范工程奠定了理論和實踐的基礎(chǔ)［６２Ｊ。如今，在亞利桑那，ＡＲ－ＡＣＦＣ已經(jīng) 廣泛用于鋪筑各種剛性及柔性路面的抗磨耗層，并有相應(yīng)的規(guī)范對ＡＲ．ＡＣＦＣ的設(shè)計、 生產(chǎn)、施工進行指導(dǎo)，而從中發(fā)展出來設(shè)計理念和方法也正在指導(dǎo)其它國家和地區(qū)關(guān)于 橡膠瀝青混合料的研究，成為世界上將橡膠瀝青用于開級配混合料最為成功的地區(qū)之

一。此外，美國的加利福尼亞㈣，得克薩斯１６剮等州也相繼取得了橡膠瀝青用于開級配磨
耗層的成功，并制定了設(shè)計規(guī)范。表４．３列舉了美國一些地區(qū)關(guān)于廢膠粉改性瀝青用于 ＯＧＦＣ的設(shè)計要求，其中包括集料級配，橡膠瀝青含量以及填料的要求。從表中可以發(fā)

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現(xiàn)，橡膠瀝青的粘度較人，要求的含量普遍較高。亞利桑那州還有關(guān)于石灰粉摻入量的 要求，主要是為提高混合料的抗松散能力。香港地區(qū)也有關(guān)于開級配磨耗層的設(shè)計規(guī)范， 如表４．４所示。
表４．３一些地區(qū)橡膠瀝青ＯＧＦＣ的設(shè)計要求
Ｔａｂ．４．３ Ｇｒａｄａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ＯＧＦＣ ｉｎ ｓｏｍｅ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ

表４．４香港地區(qū)ＯＧＦＣ的規(guī)范設(shè)計要求
Ｔａｂ．４．４ Ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ＯＧＦＣ ｉｎ Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ

篩孔尺寸ｃ舳，』型筆蠢＃竺

石灰粉用量
蘭ｌ?５ ２ｌ?５

（占集料質(zhì)量的百分比）

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續(xù)表４．４

因我國國內(nèi)和香港地區(qū)都沒有關(guān)于廢膠粉改性瀝青開級配混合料的規(guī)范，因而本文 在ＯＧＦＣ的設(shè)計中，主要參考了香港普通瀝青ＯＧＦＣ的設(shè)計要求，并結(jié)合亞利桑那 ＡＲ－ＡＣＦＣ設(shè)計規(guī)范，加州橡膠瀝青應(yīng)用指南以及ＡＳＴＭ中關(guān)于ＯＧＦＣ的設(shè)計方法。選 擇的級配曲線如圖４．２所示，其中級配上下限為香港的規(guī)范要求，另外也能夠滿足加州 橡膠瀝青ＯＧＦＣ的集料級配要求。另外，為提高混合料的水穩(wěn)定性，加入占總集料質(zhì)量 １％的消石灰粉。

術(shù)
Ｖ

靜
魍

贈

篩孔尺寸（ｍｍ）
圖４．２

ＯＧＦＣ的集料級配曲線

根據(jù)表４．３所列舉的規(guī)范要求以及其它文獻資料１６４－６５１，可以看到最典型的橡膠瀝青 含量被認為是占混合料總質(zhì)量的９％。因此本擬采用９０４的橡膠瀝青含量，并以析漏試驗 確定瀝青的最大使用量以檢驗混合料有無多余的瀝青，析出瀝青的質(zhì)量不應(yīng)超過混合料 總質(zhì)量的０．３％。 析漏試驗選擇橡膠瀝青含量范圍為從８．ｏ％到１０．５％，每隔Ｏ．５％取一試樣，共六種 含量。試驗方法采用英國規(guī)范ＢＳｌ２６９７．１８腳】中的籃網(wǎng)法，即將剛剛拌好的混合料盛于 規(guī)定尺寸（１００Ｘ
１００Ｘ

１００ｒａｍ）的方形圓孔網(wǎng)籃內(nèi)，再把籃網(wǎng)放到以鋁箔包裹的托盤中

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（托盤的初重已稱量），并一同放入烘箱，在混合料拌制溫度以上１５。ｃ的溫度（本文 中為１８５。Ｃ）Ｉ－持續(xù)加熱３小時，取山稱量托盤質(zhì)量，托盤加熱前后的質(zhì)量差即為結(jié)合 料析出的質(zhì)量。試驗的數(shù)據(jù)結(jié)果如表４，５所示，瀝青含量與析漏損失所對應(yīng)的曲線關(guān)系 如圖４．３所示。從圖中可以看到，在所選取的含量范圍內(nèi)，瀝青的析漏損失均低于０．３％， 即沒有多余瀝青析出，因此可以認為本文所擬定的橡膠瀝青含量９％屬于合理區(qū)間之內(nèi)， 能夠采用。
表４，５ ０６ＦＣ析漏試驗測試結(jié)果

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瀝青含量（％）

圖４．３
Ｆｉｇ，４．３

ＯＧＦＣ析漏試驗測試曲線
ｃｕｒｖｅ

Ｄｒａｉｎｄｏｗｎ ｔｅｓｔｉｎｇ

ｏｆＯＧＦＣ

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４．１．３混合料的試驗室拌制 橡膠瀝青混合料的拌和方法與設(shè)備同普通瀝青混合料相同，可參見ＭＳ一２［６７］中規(guī)定 的做法，本節(jié)主要針對混合料的拌和發(fā)成型溫度加以探討。 對于普通瀝青混合料，其壓實溫度可由瀝青的粘溫曲線來確定，即相應(yīng)于瀝青粘度 為Ｏ．１７士Ｏ．０２Ｐａ－ｓ及Ｏ．２８－＋０．０３Ｐａ?ｓ時的溫度分別為適宜的拌和與壓實溫度。Ｐａｌｉｔｌ２９１通過 這種方法確定橡膠瀝青混合料的拌和與成型溫度發(fā)現(xiàn)得到的溫度值已經(jīng)超過了２１００Ｃ， 在此溫度下，橡膠瀝青材料會產(chǎn)生嚴重的熱分離與氧化，因而不可采用。本文參考江蘇 交科院【刪的做法以及國外的一些技術(shù)標準，擬定橡膠瀝青混合料的成型溫度如表４．６所 示。
表４．６橡膠瀝青混合科室內(nèi)拌和與壓實溫度
Ｔａｂ．４．６ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆｌａｂｏｍｔｏｒｙ ｍｉｘｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｏｆＡｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ

ｍｉｘＩｕｍ

項目 礦料加熱溫度 瀝青加熱溫度 混合科拌和溫度 試模預(yù)熱溫度 試件壓實溫度 試件成型終了溫度

溫度要求
１８００Ｃ＝ｌ＝３０ｃ １７００ｃ±３０Ｃ １７０。Ｃ±３０ｃ １７００Ｃ±３０ｃ
１６００Ｃ±３。Ｃ

不低于１４５℃

對于ＳＭＡ，采用的膠結(jié)料為基質(zhì)瀝青Ｓｈｅｌｌ６０／７０，攪拌溫度及壓實溫度并沒有特殊 要求，因此各階段采用的溫度與普通瀝青混合料相同，如表４．７所示．
襲４．７ ＳＩＩＡ室內(nèi)拌和與壓實溫度
Ｔａｂ．４．７ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｌａｂｏｒａｔｏｒｙｍｉｘｉｎｇ ａｎｄｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｏｆＳＭＡ

項目

溫度要求 １７３℃
１６３。Ｃ １６３０Ｃ

礦料加熱溫度 瀝青加熱溫度 混合料拌和溫度 試模預(yù)熱溫度 試件壓實溫度 試件成型終了溫度

１６３０ｃ １５３０ｃ 不低于１３５０ｃ

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４．２混合料的性能測試和分析
４．２．１

混合料的勁度模量測試和分析

由于本節(jié)和４．２．４中混合料長期老化試驗中均涉及到混合料的勁度模量測試，因此 首先對瀝青混合料的勁度模量加以介紹。瀝青結(jié)合料是典型的粘彈性材料，由一定級配 和適量瀝青拌和而成的瀝青混合料，雖然所含的瀝青僅占百分之幾，但是瀝青混合料的 粘彈性性質(zhì)受瀝青的影響。它與瀝青材料的變形特性一樣，瀝青混合料在外力作用下的 變形不僅與荷載的大小、荷載的作用有關(guān)。而且受溫度的影響極大，表現(xiàn)為粘彈性性質(zhì)。 范?德?波爾引入勁度的概念來描述瀝青混合料的力學(xué)性質(zhì)：

刪２南
簡稱為勁度；

“。）

式中雙‘ｎ一荷載作用時間ｔ和溫度ｒ條件下瀝青混合料的模量，稱之為勁度模量，
曠—前載應(yīng)力；
“‘ｎ——瀝青混合料在荷載作用時間ｔ，溫度ｒ時的應(yīng)變。 勁度的表達式在形式上與彈性虎克定律一樣，即應(yīng)力與應(yīng)變的比值，但它表示的是 在特定的溫度和時間條件的應(yīng)力與應(yīng)交的關(guān)系，它說明了材料彈性形變對永久形變的比 例，是表現(xiàn)粘性和彈性聯(lián)合效應(yīng)的指標，因而勁度模量的概念得到了普遍的認可。研究 表明瀝青混合料勁度模量的大小主要受到溫度，荷載作用時間，荷載大小與方向，荷載一 狀態(tài)以及瀝青混合料的組成的影響。瀝青混合料的勁度模量可以采用不同的方法進行測 試，測試時所施加的荷載可以是靜態(tài)荷載也可以是動態(tài)荷載，這主要取決于研究對象所 處的狀態(tài)以及所具備的測試條件。由不同的實驗方法所測得的勁度模量也有所不同。在 實際工程中，常用的勁度模量有：蠕變模量、抗壓回彈模量、拉伸模量、彎拉模量等； 而在瀝青混合料研究中，除上述幾種模量外，還有如松弛模量、有效模量、復(fù)數(shù)模量等。 在本文中，采用間接拉伸儀測試混合料的勁度模量，這種方法測得的模量只反映材 料的彈性變形和彈性滯后變形，而排除了材料的塑性和粘性變形，這樣在某種程度上可 以認為路面材料是一種彈性體，也就可以用彈性理論求解路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與應(yīng)變，現(xiàn)行 的瀝青路面設(shè)計即是以彈性層狀體系為基礎(chǔ)的。 根據(jù)規(guī)范ＢＳｌ２６９７１６ｓｌ，試驗的試件為０１５ｃｍＸ ６ｃｍ圓柱體試件，由ＳｕｐｅｒＰａｖｅ中所 提出的旋轉(zhuǎn)壓實儀（Ｇ１Ｍ）通過控制試件的高度（６ｃｍ）制作而成，壓實筒的直徑選擇 為１５ｃｍ。為了有效地模擬場地瀝青混合料的壓實過程，使室內(nèi)試件的力學(xué)性能和耐久性 能評價結(jié)果能夠較為準確地表示實際材料的路用性能，把４種瀝青混合科經(jīng)短期老化后

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（在的１３５０Ｃ烘箱連續(xù)放置４ ｈ）后再壓實成型。對于橡膠瀝青試件，試件制成之后會發(fā) 生較人的體積膨脹，在某種程度上影響了試件的空隙率，因而不提議ＳＨＲＰ規(guī)范中即刻 脫模的做法，而選擇在試件壓實１到２小時后才進行脫模。圖４．４表示的是Ｇａｐｌ和ＯＧＦＣ 兩種混合料的圓柱形試件，從兩種試件得外觀來看，ＯＧＦＣ的空隙明顯較多。

圖４．４
Ｆｉｇ．４．４

Ｃａｐｌ和ＯＧＦＣ的圓柱體試驗試件

Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｏｆＧａｐ Ｉ ａｎｄ ＯＧＦＣ

在測試之前，對試驗儀器和軟件進行測試調(diào)整，將試件置于測試溫度下養(yǎng)生４個小 時。試驗的加載、卸載過程均由計算機控制完成，通過豎直方向的壓力桿對試件施以一 脈沖荷載，荷載大小從０逐漸增大，并由水平方向的位移傳感器測得試件水平變形值的 大小，為保證試件不發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，以水平變形值達到試件直徑的０．００５％時的荷載 值作為荷載最大值，當荷載加至最大值后立即卸載，再次讀取變形值。加載變形減去卸

載后的變形即為水平變形幅值所�；旌狭系膭哦饶Ａ垦杏上率接嬎愣�得到：

品掣

（４．２）

式中，———試驗荷載的最大值，Ｎ：

口一泊松比，在本文中設(shè)／Ｊ－－０．３５；
扣—試件高度，ｍ：
研——試件的水平變形幅值，珊。 沿試件某一方向加載測試完畢后，將其旋轉(zhuǎn)９００，即在垂直方向上再次加載讀數(shù)， 兩次勁度模量值測量值的誤差應(yīng)在１０％以內(nèi)。 根據(jù)香港地區(qū)的環(huán)境溫度，即年平均氣溫２２．８ ｏｃ，受海洋的調(diào)節(jié)作用，最冷的１月 份平均氣溫為１５．６。Ｃ，，最熱的７月份平均氣溫為２８．６。ｃ，本文選擇的測試溫度為２０ ｏｃ

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和３０ ｏＣ，分別測量這兩種溫度－卜各種混合料的間接拉伸勁度模量，每種類型的１混合料

�。硞�試件。特別需要強調(diào)的是，試驗過程中的溫度必須保持在指定溫度的上卜，０．５ ｏＣ 范圍內(nèi)，否則會對試驗結(jié)果帶來很人影響。 混合料在２００Ｃ和３００ｃ，卜的勁度模量測試結(jié)果分別列于表４．８和表４．９中，圖４．４ 對比了各種類型混合料在兩種測試溫度下的勁度模量。由圖及表中的數(shù)據(jù)可見，對于所 有類型的瀝青混合料，３０ ｏｃ時的勁度模量較２０ ｏｃ時有很大降低，只相當于２０。Ｃ勁度 模量的１／３左右。Ｇａｐ １１在兩種測試溫度下均保持最大的勁度模量，其在２００ｃ和３０。ｃ 時的勁度模量分別為同等溫度下ＳＭＡ勁度模量的１．２ｌ倍和１．５０倍，說明ＧａｐＩＩ在環(huán)境 溫度下具有最好的彈性恢復(fù)性能。Ｇａｐｌ在２００ｃ下的勁度模量和ＳＭＡ相當，但溫度為 ３０ａｃ時，增加為ＳＭＡ的１．３３倍。這說明對于同種級配類型（ＳＭＡ采用的也是間斷級 配）的混合料，橡膠瀝青的使用更有助于提高混合料的勁度模量。但同時也可以看到， ＯＧＦＣ的勁度模量在任何溫度下都遠低于其它類型的混合料，在２００ｃ和３００ｃ時的勁度 模量僅為同等溫度下ＳＭＡ勁度模量的４２％和５５％。通過前面的析漏試驗可知，混合科 中并沒有過多的自由瀝青，基本可以排除勁度過低是由于自由瀝青所造成的，因此本文 認為開級配瀝青混合料的空隙率過大是導(dǎo)致其勁度降低的根本原因。其他學(xué)者的類似研 究也表明了開級配混合料勁度模量較低的這一特點，如倪富建等１６９１對ＴＰＳ改性劑的開 級配混合料１５ ｏｃ時的勁度模量進行了測試．發(fā)現(xiàn)其勁度模量僅相當于同等條件下密級 配混合料的１／３左右，
表４．８
Ｔａｂ．４．８

２０＂Ｃ勁度模量測試結(jié)果

Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆＩｎｄｉｒｅｃｔ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ｍｏｄｕｌｕｓ砒２０。Ｃ

Ｇａｐｌｌ

ｌ ２

２２０６ ２７２８

２４４２ ２６２７

２３２４ ２６７８ ２６３１

廢輪胎股粉改性瀝青材料的路用性能研究

表４．９
Ｔａｂ．４．９

３０。Ｃ勁度模量測試結(jié)果

Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆＩｎｄｉｒｅｃｔ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ｍｏｄｄｕｓ ａｔ ３０。Ｃ

?－５４—－

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圖４．４
Ｆｉｇ．４．４

四種混合科勁度模量的比較

Ｃｏｍｖ砒ｏｎ

ｏｆｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆｔ．ｈｅ Ｆｏｕｒ Ｔｙｐｅｓ

ｏｆＭｉｘ啪

４．２．２混合料的高溫性能測試和評價 瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能是指混合料在夏季高溫條件下。受交通荷載的反復(fù)作用， 不產(chǎn)生車轍、推移、擁包、泛油等病害的性能。道路使用的實踐表明，在通常的汽車荷 載條件下，永久性變形主要是在夏季氣溫高于２５＂Ｃ－３０℃左右，即瀝青路面的路表溫度 達到６０＂Ｃ左右，已經(jīng)達到或超過道路瀝青的軟化點溫度的情況下容易產(chǎn)生，且變形隨著 溫度升高和荷載加大而增大。高速公路的車轍是瀝青路面的最有危害的破壞形式之一， 是由于交通的渠化，在輪跡帶逐漸形成變形下凹、兩側(cè)鼓起而產(chǎn)生的。車轍的產(chǎn)生導(dǎo)致 路面平整度下降，降低路面的使用性能，危及行車安全，從而縮短瀝青路面的使用壽命。 香港地處亞熱帶，平均氣溫較高，７月份平均氣溫為２８．６＂Ｃ，路袁最高溫度能夠達 到６０℃，車輛荷載的反復(fù)作用容易導(dǎo)致車轍等永久變形的產(chǎn)生，因此為檢驗橡膠瀝青作 為該地區(qū)路面材料的適用性，需對混合料的高溫穩(wěn)定性進行測試。 本文利用輪轍試驗儀（ⅥＴｒ）來評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，是一種模擬車輪荷 載在路面上行駛而形成車轍的工程試驗方法，其結(jié)果與實際瀝青路面的車轍之間有良好 的相關(guān)性。在試驗中，每砷混合料各成型三塊車轍扳，尺寸為３０ｃｍ×３０ｃｍＸ ５ｃｍ的試 件，重約１０ｋｇ，由專用的輪轍成型機成型。使用的輪轍試驗機由英國道路研究所（ＴＲＲＬ）

開發(fā)，試驗輪直徑為２００哪，輪寬５０ｍ，實心橡膠輪厚１３ｎＭｎ，橡膠輪在混合料試件上行
走的距離為（２３０±５）姍，行走速度為４２±０．１次／分鐘。試驗溫度為６０＂Ｃ，試驗步驟 按照Ｂｓ ５９８－１１０進行。在輪轍試驗開始前，將試件在６０℃養(yǎng)生４個小時以上，試驗持

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

續(xù)４５分鐘，或者當試件車轍深度達到１５ｍ時儀器即停｜Ｉｒ運行。計算機自動讀耿并記錄 每一分鐘的車轍深度，輪轍試驗結(jié)果得到輪轍變形隨時問變化的曲線。由于輪轍試驗開 始時機械裝置有一調(diào)整過程，會有虛假變形產(chǎn)生，敵一般不以試件的總變形來評價，拋合 料的抗車轍性能，因本文參考英國規(guī)范，此指標為車轍率，以變形趨于穩(wěn)定的后１５分 鐘的輪轍變形曲線的斜率訃算而來，用來表示混合料的抗永久變形能力。車轍率％的 計算公式如下：

品＝３．６｛ｒ４ｊ一‰｝＋１．２｛‰一ｒ３５｝

（４．３）

式中，Ｈ一第ｎ分鐘所測得的車轍深度，如／＇４ｊ表示第４５分鐘的車轍深度讀數(shù)。
在國內(nèi)及其它一些規(guī)范中則要求根據(jù)變形趨于穩(wěn)定的４５ｍｉｎ到６０ｒａｉｎ這～段時間的 輪轍算混合料動穩(wěn)定度，以此評價抗車轍能力，動穩(wěn)定度的計算如下：

Ｄ８：絲型×ｃｌ×Ｃ
‘

如一４

‘

（４．４）

式中，必一瀝青混合料的動穩(wěn)定度，次／衄；
ｄｒ一對應(yīng)于時間ｔ／的變形量，珊；
Ｃ廣—試驗機類型修正系數(shù)，曲柄連桿驅(qū)動試件的變速行走方式為ｌ－０，鏈驅(qū)動試
驗輪的等速方式為Ｉ．５；

西一對應(yīng)于時間ｂ的變形量�？В�

ｃ廠—試件系數(shù)，試驗室制備的寬３００ｍ的試件為１．０，從路面切割的寬１５０ｍｍ的
試件為０．８： 艫——試驗輪往返碾壓速度，通常為４２次／ｍｉｎ。 因動穩(wěn)定度為國內(nèi)所通用的衡量混合料抗車轍性能的指標，本文也根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計 算各種混合料的動穩(wěn)定度作以參照。本試驗在４５分鐘時自動停止，缺少４５分鐘到６０ 分鐘這一段時間的數(shù)據(jù)，因此選�。常暗剑矗捣昼姷能囖H深度進行計算，即ｔＪｒ＝４５ｍｉｎ。 ｔｒ＝６０ｍｉｎ，另外根據(jù)試驗儀器和試件，本文�。铮剑�，５，（７２＝１．０。 車轍試驗的數(shù)據(jù)結(jié)果如表４．１０所示，圖４．５和圖４．６分別比較了這幾種混合料車轍 率和動穩(wěn)定度的大小。以車轍率評價混合料高溫性能時，車轍率越低，表明混合料抵抗 車轍變形的能力越強，即高溫穩(wěn)定性越好，而以動穩(wěn)定度評價時則剛好相反。即動穩(wěn)定 度越大，抗永久變形性能越好。 由圖可以很清楚地看到Ｇａｐ ｌ與Ｇａｐ Ｉｉ兩種橡膠瀝青間斷級配混合料的車轍率較低， 數(shù)值相對接近，體現(xiàn)出了良好的抗車轍性能，ＯＧＦＣ的車轍率介于前兩種混合料和ＳＭＡ 之間。四種瀝青混合料按車轍率評價的高溫穩(wěn)定性大小依次為：Ｇａｐ Ｉ）Ｇａｐ １Ｉ）ＯＧＦＣ）

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ＳＭＡ，

且前ｉ種橡膠瀝青混合料的車轍率分別僅為ＳＭＡ車轍率的１６％，５３％和２２％。

混合料的動穩(wěn)定度因為數(shù)值間相差較人，僅將６０００次，ｍｍ以內(nèi)的部分繪于圖中，但也 不難發(fā)現(xiàn)，以動穩(wěn)定度評價混合料高溫性能的結(jié)果與按車轍率的評價相同，其中兩種橡 膠瀝青開級配混合料的動穩(wěn)定度達到ＳＭＡ的２倍以上，而ＯＧＦＣ的動穩(wěn)定度也較ＳＭＡ 高出５０％。高溫穩(wěn)定性的分析結(jié)果表明： 混合料的高溫穩(wěn)定性要好于開級配混合科； （１）對于使用橡膠瀝青的混合料，間斷級配 （２）橡膠瀝青混合料的抗高溫變形性能要

好干使用普通瀝青的ｓＭＡ；（３）對于同種級配類型（間斷級配）的橡膠瀝青混合科來 說，橡膠瀝青的類型對混合料的高溫性能有所影響，從試驗結(jié)果可以看到，使用橡膠瀝 青類型Ｉ，混合料的高溫穩(wěn)定性較好．

表４．１０車轍測試結(jié)果

�。。。海。海�！曼箜！鱉�。。。∷埽�墮�。。∈�監(jiān)

…類塑…號（一ｍｍ／ｈｒ）囂警誓黼。荔０：／鬈ｍｍ）

廢輪胎膠粉改性瀝青材孝｜的路用性能研究

圖４．５四種混合料的高溫車轍率比較
Ｆｉｇ．４．５ Ｒｕｔｔｉｎｇ Ｒａｔｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆｔｈｅ

圖４．６四種混合料的動穩(wěn)定度比較
Ｆｉｇ，４．６ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆｔｈｅ ｆｏｕｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆｍｉｘｔｕｒｅ

ｆｏｕｒ ｔｙｐｅｓ ｏｆｍｉｘｔｕｒｅ

４．２．３混合料的水穩(wěn)定性測試和評價 水損害是瀝青路面早期損壞的一種主要模式。水損害是瀝青路面在水或凍融循環(huán)的 作用下，由于汽車車輪動態(tài)荷載的作用，進入路面空隙中的水不斷產(chǎn)生動水壓力或真空 負壓抽吸的反復(fù)循環(huán)作用，水分逐漸滲入瀝青與集料的界面上，使瀝青粘附性降低并逐 漸喪失粘結(jié)力，瀝青膜從石料表面脫落（剝離），瀝青混合料掉粒、松散。繼而形成瀝 青路面的坑槽、推擠變形等的損壞現(xiàn)象。香港地區(qū)降水量較大，全年平均降水量為２２４６．４ 毫米，特別是６月份的平均降水量可達到４５７．５毫米，路面受水損害的影響較大，因此 有必要對混合料的水穩(wěn)定性進行測試。 除了車輛荷載及水分供給條件等外在因素以外，瀝青混合料的抗水損害能力是決定 路面的水穩(wěn)定性的根本性因素。它主要取決于礦科的性質(zhì)、瀝青與礦料之問相互作用的 性質(zhì)，以及瀝青混合料的空隙率、瀝青膜的厚度等。 瀝青混合料水穩(wěn)定性的評定方法，通常分兩個階段進行，第一階段是評價瀝青與礦 料的粘附性；第二階段是評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性。根據(jù)沈金安ｆ７Ｉ】的提法，這兩個階

段是不可分割的，不應(yīng)該分開來看。
本文首先采用水煮法檢驗集料與瀝青的粘附性。選用的結(jié)合料為１８％橡膠瀝青類型 Ｉ，類型ＩＩ和基質(zhì)瀝青Ｓｈｅｌｌ６０／７０，采用的集料粒徑為１０ｍ。將石料浸入到１７５℃的熱 橡膠瀝青中，浸潤４５ｓ，對于基質(zhì)瀝青加熱溫度為１４０℃，使瀝青膜充分裹覆在集料表 面。待集料冷卻至室溫后，將其投入到微沸的水中，浸煮１０ｍｉｎ后，取出集料，冷卻至 室溫后觀察表面的瀝青膜裹覆情況。試驗結(jié)果如表４．１１所示，從中可以看到，這幾種

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結(jié)合料的裹覆率都能達到９５％（以上），而橡膠瀝青表現(xiàn)山更好的粘附性，裹覆率基本
可以達到９９％。

表４．１１水煮法測瀝青粘附性的試驗結(jié)果
Ｔａｂ．４．１ Ｉ Ａｄｈｅｓｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｂｙ ｂｏｉｌｉｎｇ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ

對于混合料水溫定性的評價，本文采用ＡＡＳＨＴＯ Ｔ２８３抗水損害的試驗方法，即凍 融劈裂法，我國所采用的凍融劈裂法也是參照此規(guī)范而來。試驗的試件采用與勁度模量 測試相同的西１５ｃｍＸ６ｃｍ圓柱體試件。具體步驟如下： （１）對于每種瀝青混合料，共取６個試件，平分成兩組，其中一組用來做干燥條件試 驗，另一組供凍融劈裂試驗所用。 （２）按規(guī)定方法測定混合料的最大理論密度，測量試件的高度和等級體積相對密度， 計算試件的空隙率，空隙率須滿足設(shè)計空隙率±１％的要求，不符要求的試件不能采用。 試件最大理論密度和空隙率的計算結(jié)果如表４．１２所示，可見試驗試件的空隙率都達到 了規(guī)定的范圍。

（３）將用來作為干燥條件試驗的試件放在塑料袋中，在室溫條件下存放，直至劈裂試
驗前放入２５℃水浴中保溫２小時。 另一組供凍融劈裂試驗用的試件按以下步驟處理： （４）將試件放入真空容器中，向容器中注水至試件以上不小于２５哪，在５一ｌＯ分鐘內(nèi) 使絕對壓力達到１３—６７ｋＰａ，再撒去真空，使試件浸在水中５一ｌＯ分鐘后取出試件，并計 算飽水率，飽水率應(yīng)滿足７０％－８０％的范圍要求。 （５）用塑料薄膜包套住試件，并向其中注入１０ｗＬ水，封住口后將塑料密封的試件放 入一１８±３１２的冰箱中冷凍１６小時以上。 （６）將試件移出冰箱后，立即放入６０：ｔ：１１２的水浴中２４－４－１小時，并在浸水時將塑料 薄膜除去。 （７）在浸泡２４小時后將試件移至２５±０．５＂Ｃ的水浴中．保持２４－＿１小時。 將兩組試件經(jīng)過水浴中保溫２后，同時進行劈裂試驗，測定劈裂抗拉強度，試驗儀

器采用問接張拉測試儀，試驗的壓條寬度為１２．７ｍｍ，加載速率５０吼ｈｎｉｎ。劈裂抗拉強
度盛由以下公式計算得出：

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

Ｓ．：—２０００—ｘＰ
‘

萬×ｆｘＤ

（４．５）

式中，卜最大荷載．Ｎ：
ｆ，Ｄ——試件的高度和直徑，咖。
測得劈裂抗拉強度之后，通過干燥與凍融試件的破壞強度比ＴＳＲ評價混合科的水溫 定性，ＴＳＲ的計算公式如下：
≈

ＴＳＲ＝｛｝ＭＯＯ
也ｌ

（４．６）

島廣—干燥條件試件的平均劈裂抗拉強度。ｋＰａ：

式中，瑙Ｒ一劈裂抗拉強度比，％：

Ｓ廠凍融條件試件的平均劈裂抗拉強度，ｋＰａ。

各組混合料試件的劈裂抗拉強度測試結(jié)果及破壞強度比的計算結(jié)果如表４．１３所示， 并將干燥與凍融混合料的平均劈裂抗拉強度對比繪于圖４．７。

表４．１２混合料最大理論密度與空隙率測試結(jié)果

：！墊：�。海。冢�！塑塑堂鰱迪ｉ坐塑墜！唑！型旦塑盟趔叢ｙ！迪

………留留毛囂度器霄
１ ６１．８ ６１．Ｉ
．

１５０．２ １５０．３
．

２．２５２ ２．２４０ ２．２５６ １．８４９

２．３６３ ２．３５４ ２．３６９ ２．３２３ ２ｔ３２４

４．７ ４．９ ４．８ ２０．４ ２０，９ ２０．７ ４７ ４．９ ４．８ ３．６ ３．７ ３．７

Ｇ�。�

２

平均值
１

６１．Ｉ

１５０．７

平均值
Ｉ

一

．

１．８４４ ２．２７２ ２．２７４ ２．２７３ ２．３３３ ２．３２７ ２．３３０

２．３２４ Ｚ３８３ ２．３９１ ２．３８７ ２．４２１ ２．４１６ ２Ａ１８

６２～１
６１—
一

１５１．５ １５２．１
．

Ｇ�。�

２

平均值
１ ＳＩＩＡ ２

６２．２ ６２－３
．

１５１．Ｉ １５１．２

平均值

—６０

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表４．１３混合料水穩(wěn)定性測試結(jié)果
Ｔａｂ．４．１３ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅｓ

墮嬰里ｉ塾！墮：ｉ璺壘�。。�墮堂嬰旦臣 試件類型 編號
劈裂抗拉強度（ｋＰａ）

干燥條件

凍融條件

７珊’（％）

圖４．７凍融試件與干燥試件劈裂抗拉強度比較
Ｆｉｇ．４．７ Ｉｎｄｉｒｅｃｔ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆｔｈｅ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｄｉｔｋｍ

一６ｌ一

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由圖及表中的數(shù)據(jù)可以看到經(jīng)過凍融之后，、混合料的劈裂抗拉強度有所降低，即抗 劈裂性能卜Ｉ降，因此ＴＳＲ越高的泄合料說明其凍融后抗劈裂能力卜．降越少，即水穩(wěn)定性 越好。由計算的ＴＳＲ可以很清楚的看到，試驗四種魁合料的水穩(wěn)定性人小依次為；Ｇａｐ
Ｉｌ＞ＯＧＦＣ）Ｇａｐ Ｉ）ＳＭＡ，其中Ｇａｐ １１與ＯＧＦＣ的水穩(wěn)定性較為接近，ＴＳＲ分別達到ＳＭＡ

的１．１７倍和１．１５倍，ＧａｐＩ的水穩(wěn)定性略強于ＳＭＡ，ＴＳＲ的提高在１０％以內(nèi)。從總體 來看，橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定性優(yōu)于普通瀝青混合料，特別是當橡膠瀝青由國產(chǎn)７０ 號制備或混合料結(jié)構(gòu)為開級配時�？顾畵p害性能有較為顯著的提高。對于使用同一橡膠 瀝青類型Ｉ的兩種混合料Ｇａｐ Ｉ和ＯＧＦＣ，透水性結(jié)構(gòu)ＯＧＦＣ體現(xiàn)出了其在抗水損害上 的優(yōu)越性能，水穩(wěn)定性要好于Ｇａｐ Ｉ。圖４．７表示的是劈裂試驗后Ｇａｐ １和ＯＧＦＣ，圖４．８ 中上方的３個試件屬于Ｇａｐ Ｉ，下面的３個試件屬于ＯＧＦＣ。對比圖４．４，從外觀上來看
Ｃａｐ

Ｉ出現(xiàn)了明顯的瀝青老化與變性，而ＯＧＦＣ的外觀則與試驗前的試件并沒有太大變

化，這也從另一方面體現(xiàn)出了ＯＧＦＣ良好的抗水損害能力。

圖４．８劈裂試驗后的Ｇａｐ Ｉ和０ＧＦＣ Ｆ嘻４．８
ｃ＿，ａｐ Ｉ ａｎｄ ＯＧＦＣ ａｆｔｅｒ Ｉｎｄｉｒｅｃｔ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｌｌｇｏｔｈ Ｔｅｓｔ

４．２．４混合料的長期老化性能測試和評價 瀝青路面在長期使用過程中，受到各種自然因素，如空氣中的氧、水、紫外線以及 車輛荷載的作用，使瀝青混合料產(chǎn)生許多復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，瀝青逐漸老化而硬化， 最終導(dǎo)致路面出現(xiàn)開裂而損壞。瀝青路面的老化，主要是所含瀝青的老化，這表現(xiàn)為回 收瀝青針入度增大、軟化點提高，另外混合料自身豹空隙率及集科表面瀝青膜的厚度也 對混合料的老化有不同程度的影響。橡膠瀝青結(jié)合料的老化試驗，已在第三章內(nèi)進行了 討論，本節(jié)主要研究混合料在長期使用過程中的抗老化性能。

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瀝青混合料長期老化試驗，是模擬碾壓成型的瀝青路面在使用過程中經(jīng)受行車荷載 以及同照、雨水、溫度等環(huán)境因素綜合作用而引起瀝青混合料作用卜的持續(xù)氧化效應(yīng)． 即瀝青路面在使用階段的長期老化效應(yīng)。本文中采用的長期老化試驗方法為ＳＨＲＰ提出 的延時烘箱加熱老化（Ｌｏｎｇ Ｔｉｍｅ
Ｏｖｅｎ

Ａｇｉｎｇ，簡寫為ＬＴＯＡ）。

根據(jù)ＳＨＲＰ規(guī)定長期老化前的混合料必須經(jīng)過短期老化，而本文在４．１．３節(jié)中已經(jīng) 提過，本試驗所采用的混合料在成型前都要在的１３５０Ｃ烘箱中連續(xù)放置４小時，用來模 擬松散混合料在拌和、貯存、運輸和攤鋪碾壓過程中的受熱而揮發(fā)和氧化的效應(yīng)。即瀝 青混合料在施工階段的短期老化效應(yīng)。 長期老化試驗的試件仍然采用ｑ）１５ｃｍＸ ６ｃｍ圓柱體試件，每種混合料取３個試件作 平行對比。老化處理采用ＡＡＳＨＴＯ Ｒ３０的方法，即通過將制各好的瀝青混合料試件在 ８５。Ｃ的烘箱中連續(xù)放置１２０小時（５天）的方式得以實現(xiàn)，并通過對比老化前后試件 的勁度模量來評價混合料的耐老化性能，評價指標為勁度模量比ＩＴＳＭＲ，按下式計算：
ｌＴｑ、ｌ

ＩＴＳＩｖｌＲ＝二二竺竺ｘ１００
／ＴＳＭｌ

（４．８）

式中，阢玨積——平均勁度模量比，％； 阢鼢行——長期老化前試件的平均勁度模量，ｂｌＰａ；

，黝勿——長期老化后試件的平均勁度模量，ＭＰａ。
勁度模量的測試溫度為２０。Ｃ。測試方法參照４．２．１節(jié)中所述的內(nèi)容�；旌狭侠匣�前

后勁度模量測試結(jié)果如表４．１．４所示，并將老化前后混合科的平均勁度模量的對比繪子
圖４．８。

表４．１４老化前后勁度模量變ｉｆ，

里�。海。海�！里壁咝墮！！墜！�。。�！堅型蟲！竺！！墮塑嬰篁型堡
試件類型編號

老等模量∞：化后

腳∞

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圖４．９老化前后混合料２００Ｃ勁度模量比較 Ｆ培４．９ ２０６Ｃ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓｍｏｄｕｌｕｓｏｆｔｈｅｍｉｘｔｕｒｅｓｂｅｆｏｒｅ ａｎｄａｆｔｅｒａｇｅｉｎｇ

由圖及表中的數(shù)據(jù)可以看到經(jīng)過長期之后，混合料的勁度模量都有所提升，即混合 料出現(xiàn)硬化。ＩＴＳＭＲ代表混合料老化前后勁度模量變化的比值，其值越小，說明老化對 混合料性能的影響越小，即抗老化性越好。由表４．１４中的各種混合料的ＩＴＳＭＲ可以得 到，試驗四種混合料的抗老化性能依次為：ＳＭＡ）ＯＧＦＣ）Ｇａｐ Ｉ）Ｇａｐ
ＩＩ。ＯＧＦＣ，Ｇａｐ

Ｉ和ＧａｐＩＩ三種混合料的勁度模量比／ＴＳＭＲ分別為ＳＭＡ的１．０６倍，１．１３倍和１．２５倍。 由此可見，使用基質(zhì)瀝青Ｓｈｅｌｌ６０／７０作為結(jié)合料的ＳＭＡ具有最好的抗老化性，這主要 是由于ＳＭＡ中，粗集料所形成的空隙由瀝青、礦粉和纖維組成的馬蹄脂所填充，結(jié)構(gòu) 密實，瀝青膜厚度較大，一般可達１２．１４ｐｍ，而且空隙率較�。ㄔ诒驹囼炛�，ＳＭＡ空 隙率為４．Ｏ％，小于另外三種混合料），使之獲得最佳的耐久性。ＯＧＦＣ的空隙率雖然較

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人，但其瀝青含量較高（在本試驗中，ＯＧＦＣ的瀝青含量為９．Ｏ％高于其它混合料），在 集料表面形成較厚的瀝青膜，因而與其它兩種橡膠瀝青混合料相比，ＯＧＦＣ的抗老化性 能相對較好。對于Ｇａｐ ｌＩ，老化性能相對較差，主要原因是由于其所用的結(jié)合料橡膠瀝 青類型ｌＩ受老化的影響很大，老化后其彈性性能明顯遜于橡膠瀝青類型Ｉ，這一點已經(jīng) 在３．４．３節(jié)中得以證實。

廢輪胎膠粉改性瀝青村料的路用性能研究

５結(jié)論和展望
５．１結(jié)論
本文通過室內(nèi)試驗的方法對廢輪胎膠粉改性瀝青及其混合料的路用性能進行了研 究。選擇兩種基質(zhì)瀝青制備廢輪胎膠粉改性瀝青，通過旋轉(zhuǎn)粘度試驗，動態(tài)剪切流變試 驗（ＤＳＲ）測試并分析了基質(zhì)瀝青類型，膠粉摻量對橡膠瀝青結(jié)合料的粘性及流變性能 的影響，同時分析了試驗室制備橡膠瀝青的溫度對粘度的影響。采用四種不同類型的瀝 青混合料，分別進行了勁度模量試驗，輪轍試驗，凍融劈裂試驗及長期老化試驗，評價 了各種類型混合料的高溫穩(wěn)定性，水穩(wěn)定性及抗老化性能，分析了基質(zhì)瀝青類型，級配 類型對混合料路用性能的影響。本文得到的主要結(jié)論如下： （１）橡膠瀝青的試驗分析

①制備溫度對粘度的影響。試驗室的制各溫度在１９５０Ｃ以下時，生產(chǎn)出的橡膠瀝青
的粘度隨制備溫度的升高而增大，當制備溫度進一步提高時，由于膠粉的溶脹過程提前 結(jié)束而導(dǎo)致橡膠瀝青的粘度降低。本文建議基質(zhì)瀝青為Ｓｈｅｌｌ６０／７０時，制備溫度宜采用 １８５。Ｃ．１９５。Ｃ，為國產(chǎn)７０號時，宜控制在１７５。Ｃ．Ｊ８５０ｃ之間。 ②膠粉摻量對粘度的影響。橡膠瀝青的粘度隨膠粉含量的增加而增大，當膠粉含量 在２１％以下時，增長趨勢較緩，且粘度大小能夠為工程應(yīng)用所接受，當達到２４％時，粘 度大幅度升高，超出了工程應(yīng)用可接受的范圍。 ⑧橡膠瀝青的高溫流變性。對于由Ｓｈｅｌｌ６０／７０制備的原樣結(jié)合料，當膠粉含量小于 ２１％時，高溫抗車轍性能隨膠粉含量的增加而提高，２４％膠粉含量的橡膠瀝青的抗車轍 性能有所下降。對于經(jīng)過短期老化的結(jié)合料，在選取的膠粉含量范圍內(nèi)，高溫抗車轍性 能隨膠粉含量的增加而提高。對于由國產(chǎn)７０號瀝青制備的橡膠瀝青，其高溫性能低于 同等膠粉含量的基質(zhì)瀝青為Ｓｈｅｌｌ６０／７０的結(jié)合料，特別是短期老化后這種性能差距尤為 明顯。 ④橡膠瀝青的中低溫溫流變性。在中低溫條件下，對于由Ｓｈｅｌｌ６０／７０制備的結(jié)合料， 膠粉含量越高，抗疲勞性越好，２１％與２４％兩種膠粉含量的橡膠瀝青的抗疲勞性較為接 近。由國產(chǎn)７０號瀝青制備的橡膠瀝青，其抗疲勞性能要遜于由ｓｈｃｌｌ６０／７０制備的結(jié)合 料。

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（２）橡膠瀝青混合料的試驗分析 ①橡膠瀝青混合料與普通瀝青ＳＭＡ的性能對比。橡膠＇瀝青混合料（間斷級配，開 級配）具有比較好的高溫抗車轍性能和水穩(wěn)定性，ＳＭＡ的抗老化性能則優(yōu)于各種橡膠 瀝青洮合料。 ②開級配橡膠瀝青混合料的路用性能。與間斷級配橡膠瀝青混合料相比，開級配橡 膠瀝青混合料具有良好的抗水損害性能和抗老化性，但其勁度模量較低，高溫穩(wěn)定性相 對于問斷級配混合料較差。 ③橡膠瀝青類型對混合料性能的影響。對于同種混合料級配類型（問斷級配），由 國產(chǎn)７０號瀝青制備的橡膠瀝青混合科具有較好的水穩(wěn)定性，高溫性能略差于以 Ｓｈｅｌｌ６０／７０為基質(zhì)瀝青的橡膠瀝青混合料，但其抗老化性能則低于所有類型的混合料。

５．２展望
本文屬于探索性階段的研究，由于時間和試驗條件等原因，還存在很多問題有待于 解決，有很多方面的研究需要在后續(xù)的工作中進一步完善。這其中包括： （１）膠粉含量對混合料性能的影響。本文探討了膠粉含量對結(jié)合科的性能影響，而 對于混合料性能的影響還應(yīng)在以后的工作中進一步完成，用以確定使改性效果達到最佳 的膠粉含量。 （２）橡膠瀝青混合料的抗疲勞性能分析。對于橡膠瀝青混合料的路用性能研究，本 文缺少疲勞特性方面的試驗分析，應(yīng)在后面的工作中完成各種混合料的抗疲勞性能對比 分析，以全面的了解橡膠瀝青混合料性能特點。 （３）級配對橡膠瀝青混合料性能的影響。本文在橡膠瀝青混合料的設(shè)計方面的研究 并不深入，而合理的級配與油石比是保證混合料路用性能的基礎(chǔ)，建議在以后的工作中 繼續(xù)探討骨料級配的影響。 （４）鋪筑試驗路以檢驗橡膠瀝青材料的實際路用性能。本文僅對橡膠瀝青材料的使 用性能進行了室內(nèi)試驗測試，為了評價橡膠瀝青材料在真實使用條件下的性能，并建立 實驗室測試結(jié)果與現(xiàn)場實測結(jié)果間的聯(lián)系，建議通過鋪筑試驗路以加深對橡膠瀝青材料 性能的研究和理解。

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

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０１１

ｏｆ Ｃｒｕｍｂ Ｒｕｂｂｅｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ

ａｎｄ

Ｃｏｎｔｅｎｔ

ｔｈｅ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｂｉｎｄｅｒｓ．Ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ８１ｔｈ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｏａｒｄ．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．２００２．

Ｉｕｍｕｎｌ

Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ

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Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｄａｖｉｅｓ，Ｒ．Ｆａｃｔｏｒｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃｒｕｍｂ Ｒｕｂｂｅｒ Ａｓｐｈａｌｔ
ｏｎ

Ｃｒｉｔｉｃａｌ
Ｐａｖｉｎｇ

ｏｆ

Ｂｉｎｄｅｒｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

ｔｈｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ

ｏｆ

Ａｓｐｈａｌｔ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｓｔｓ．１９９５，６４：１３０－１６２．

［１７］Ｆ．Ｊ．Ｎａｖａｒｒｏ，Ｐ．ｐａｒｔａｌ，Ｆ．Ｍａｒｔｌｎｅｚｏｂｏｚａ，Ｃ．Ｇａｌｌｅｇｏｓｌ．Ｔｈｅｒｍｏ ａｎｄ
Ｓｔｏｒａｇｅ

Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｂｅｈａｖｉｏｕｒ

Ｓｔａｈｉｌｉｔｙ

ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄ Ｔｉｒｅ Ｒｕｂｂｅｒ－Ｍｏｄｉｆｉｅｄ

Ｂｉｔａｍｅｎ．Ｆｕｅｌ．２００４，８３（１４—

１５）：２６４ｌ一２０４９．

—?６８—－

大連理Ｔ大學(xué)碩十學(xué)位論文

［１８］

Ｗｅｉｄａｎｇ Ｃａｏ．Ｓｔｕｄｙ
ｕｓｉｎｇ ｄｒｙ

ｏｎ

ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｔｉｒｅ ｒｕｂｂｅｒ
ａｎｄ

ｍｅｄｉｆｌｅｄ

ａｓｐｂａｌｔ

ｍｉｘｔｕｒｅｓ

ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

Ｂｕｉ Ｉｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．２００７．２１：ｌＯｌｌ—１０１５，

［１９］

李宇峙．黃敏，黃云涌，橡膠瀝青混凝土（干法）壓實特性及高溫穩(wěn)定性室內(nèi)試驗研究．公路，
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Ｃｈｅｕｋ

Ｗｉｎｇ－ｇｕｎ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ｍｏｄｉｆｉｅｒｓ
ｃｏｕｒｓｅ

０ｎ

ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆｗｅａｒｉｎｇ

ｍｉｘｔｕｒｅｓ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００７．

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ｏｆ

Ｒｕｂｂｅｒｉｚｅｄ Ａｓｐｈａｌｔ Ｍｉｘｅｓ ｉｎ Ｍａｓｋ＆Ｉｎ：

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ

Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｒｅｃｏｒｄ １５８３，Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ

Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｏａｒｄ．Ｎａｔｉｏｎａｌ

Ｒｅｓｅａｒｃｈ

Ｃｏｕｎｃｉｌ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．．１９９７，

【２８］Ｓｔｅｖｅ Ｓａｂｏｕｎｄｊｉａｎ，Ｔｏｎｙａ Ｋｎｏｐｋｅ．Ｌｕｔｆｉ Ｒａｎｄ．Ｆｉｅｌｄ Ａｇｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔｓ
Ｍｉｘｅｓ

ｏｆ

Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ

ａｎｄ

Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｍｉｘｅｓ ｆｏｒ Ｒｕｎｗａｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＦＡＡ Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ａｉｒｐｏｒｔ Ｃｉｔｙ．Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ．ＵＳＡ Ａｐｒｉ ｌ ２００４．

ＴｅｃＩｍｏｌｏｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ａｔｌａｎｔｉｃ

［２９】Ｐａｌｉｔ

Ｓ

Ｋ，ＳｕｄｈａＩ【ａｃ

Ｒｅｄｄｙ Ｋ。Ｐａｎｄｅｙ Ｂ Ｂ．Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｒｕｍｂ Ｒｕｂｂｅｒ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ
ｏｆ

Ａｓｐｈａｌｔ

ｆｆｉｘｅｓ．Ｊｏｕｒｕａｌ

ＮａｔｅｒｉａｌＳ

ｉｎ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００４，１６（１）：４６—６３．

［３０］Ｋｉｍ Ｓ．Ｌｏｈ Ｓ Ｉ’Ｚｈａｉ Ｈ．Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｒｕｍｂ Ｒｕｂｂｅｒｌｏｄｉｆｉｅｄ Ａｓｐｈａｌｔｓ．
Ｕｓｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ Ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｂｉｎｄｅｒｓ．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｔｃｈ Ｒｅｃｏｒｄ Ｎｏ．１７６７

ＡｓｐｈａＩｔ

Ｍｉｘｔｕｒｅｓ ２００１：１５—２４． Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｃｒｕｍｂ Ｒｕｂｂｅｒ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｈｏｔ Ｍｉｘ Ａｓｐｈａｌｔｉｃ

［３ｌ】Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

Ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ

Ｒｅｐｏｒｔ ０－４８２１—２．Ｔｅｘａｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．Ｍａｒｃｈ ２００６．

［３２］Ｒａａｄ Ｌ．，Ｓａｂｏｕｎｄｊｉａｎ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ

Ｓ．Ｆａｔｉｇｕｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｒｕｂｂｅｒ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐａｖｅｍｅｎｔｓ．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ

Ｒｅｃｏｒｄ，１６３９．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉａｎ

Ｂｏａｒｄ．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．．１９９８：７３。８２．

［３３］黃彭，呂偉民．橡膠粉改性瀝青混合料性能與工藝技術(shù)研究．中國公路學(xué)報，２００１（１２）：２１－２４． ［３４Ｊ Ｘｉａｃ Ｆ，Ａｍｉｒｋｈａｎｉａｎ
Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ

Ｓ Ｎ，Ｊｕａｎｇ，Ｃ Ｈ．Ｒｕｔｔｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｒｕｂｂｅｒｉｚｅｄ Ａｓｐｈａｌｔ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ

Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｒｅｃｌａｉｍｅｄ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔ

Ｍｉｘｔｕｒｅｓ．Ａｍｅｒｉｃａｎ

Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ

Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

ＭａｔｅｒｉａｌＳ

ｉｎ ＣｉｖｉＩ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５．

［３５］葉智剛，孔憲明，余劍英等．橡膠粉改性瀝青的研究，武漢理工大學(xué)學(xué)報，２００３，２５＜１）：
１１－１４．

—－６９‘。

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

［３６］０ｌｉｖｅｒ Ｊ

Ｗ

Ｈ．Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ

ｐａｖｉｎｇ

ａｓｐｈａｌｔｓ

ｂｙ

ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ

ｗｉｔｈ

Ｓｃｒａｐ

Ｒｕｂｂｅｒ．

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｒｅｃｏｒｄ．１９８１．８２１：３７—４４．

［３７］

Ａｒｉｚｏｎａ

Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｒｏａｄ

ｏｆ

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．

Ａｓｐｈａｌｔ－Ｒｕｂｂｅｒ

Ｍａｔｅｒｉａｌ．

Ｓｔａｎｄａｒｄ

Ｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ

ａｎｄ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ。Ｓｅｃｔｉｏｎ １００９．２００６．
ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ Ｕｓａｇｅ Ｇｕｉｄｅ，Ｊａｎｕａｒｙ，２００３．

［３８］Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ

Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ

［３９】Ｒｏｂｅｒｔｓ，Ｒ．Ｌ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄ Ｔｉｒｅ Ｒｕｂｂｅｒ ｉｎ Ｈｏｔ Ｍｉｘ
Ａｓｐｈａｌｔ．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ａｓｐｈａｌｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｕｂｕｒｎ Ｏｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ａｌａｂａｍａ，１９８９．

Ｃ４０］江蘇省交通科學(xué)研究院．斷緩配橡膠瀝青混合料（＾ｌ｛一Ａｃ＿１３）施工指南．２００５ ［４１］Ｈｉｃｋｓ
Ｒ

Ｇ，Ｌｏｎｄｙ Ｊ
ｉｎ

Ｒ．Ｃｒｕｍｂ Ｒｕｂｂｅｒ

Ｍｏｄｉｆｉｅｒｓ（僳Ｈ）ｉｎ
ａｎｄ Ｆｌｏｒｉｄａ

Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ：Ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ

Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ

Ａｒｉｚｏｎａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ

ＦＩｆ眥一Ｓ＾一９５－０５６，Ｆｅｄｅｒａｌ眥ｇｈｍａｙ

＾ｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ．Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９５．

１４２】ｈＳＴＭ Ｄ６１１４。Ｓｔａｎｄａｒｄ
Ｔｅｓｔｉｎｇ

Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｓｐｈａｌｔ－Ｒｕｂｂｅｒ Ｂｉｎｄｅｒ．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ

ａｎｄ

Ｍａｔｅｒｉａｌｓ。１９９７．

［４３］

黃文元，張隱西．路面工程用橡膠瀝青的反應(yīng)機理與進程控制．公路交通科技，２００６，２３
（１１）：５－９．

［４４】Ｇｏｒｄｏｎ Ａｉｒｅｙ．Ｍｕｊｉｂｕｒ
ｔｈｅ

Ｒａｈｍａｎ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｒｕｄｅ

ｓｏｕｒｃｅ

ａｎｄ

ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ

ｇｒａｄｅ∞

ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒｕｍｂ ｒｕｂｂｅｒ ａｎｄ

ｂｉｔｅｍｅｎ．Ａｓｐｈａｌｔ

Ｒｕｂｂｅｒ ２００３．２００３．

ｆ４ｓ］Ａｎｔｕｎｅｓ誓Ｌ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ

ｏｆ Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｐａｖｅｍｅｎｔ Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ

Ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ Ｐｏｒｔｕｇａｌ．Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ ２０００．Ｔｈｅ Ｐａｖｅｍｅｎｔ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ２１ｓｔ Ｃｅｎｔｕｒｙ．

［４６］Ｌｕｃｉａｎｏ ａｎｄ

Ｐ ｓ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ Ａｓｐｈａｌｔ－ｒｕｂｂｅｒ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｂｙ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ．２００７，１０（１）：６９－７４． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ

Ｎｅｕｒａｌ

［４７】Ｓｈｅｎ Ｊ Ｎ，Ａｍｉｒｋｈａｎｉａｎ Ｓ．Ｔｈｅ
ｏｎ

Ｃｒｕｍｂ

Ｒｕｂｂｅｒ

Ｍｏｄｉｆｉｅｒ㈣Ｍｉｃｒｏ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

ｔｈｅ

Ｈｉ ｇＩｌ

Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ

ｏｆ咖Ｂｉｎｄｅｒｓ．Ｔｈｅ

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ

Ｐａｖｅｍｅｎｔ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５．６（４）：２６５—２７１．
Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ

【柏］Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ
Ｕｎｉｆｏｒｍ

Ｎｅｖａｄｏ．Ａｓｐｈａｌｔ

Ｒｕｂｂｅｒ Ｐａｖｅｍｅｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ

Ｓｔａｎｄａｒｄ

Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｓｅｃｔｉｏｎ ４００，２００６．

［４９】中華人民共和國交通部．公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程（ＪＴＪ ０５２－２０００）．人民交通出版
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Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔ ３１５—０６．Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｆｄａｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｓｐｈａｌｔ ＾ｍｅｒｉｃａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｔｅ Ｂｉｎｄｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｈｉｇｈｗａｙ
ａ

Ｓｈｅａｒ

Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ（ＤＳＲ）．
Ｏｆｆｉｃｉａｌｓ，２００６．

ａｎｄ

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ

［５２］段守容，任瑞波．應(yīng)用動態(tài)剪切流變儀（ＤＳＲ）評價瀝青膠漿路用性能的研究．中南公路工程．
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－ｒ

７０—－

大連理Ｔ大學(xué)碩士學(xué)位論文

［５５］劉聞，吳健，李長海．低標號硬質(zhì)瀝青動態(tài)剪切流變試驗分析研究．中外公路，２００７，２７（４）：
２５７—２５９．

［５６］ＡＡＳＨＴＯ ［５７］Ｔｅｘａｓ

Ｒ

２９－０２．Ｇｒａｄｉｎｇ

ｏｒ

Ｖｅｒｉｆｙｉｎｇ

ｔｈｅ

Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

Ｇｒａｄｅ

ｏｆ

ａｎ

Ａｓｐｈａｌｔ

Ｂｉｎｄｅｒ．

Ａｍｅｒｉｃａｎ

Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｔｅ Ｈｉｇｈｗａｙ

ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｏｆｆｉｃｉａｌｓ，２００２．

Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｃｒｕｍｂ Ｒｕｂｂｅｒ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｈｏｔ

Ｍｉｘ Ａｓｐｈａｌｔｉｃ

Ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ

Ｒｅｐｏｒｔ Ｏ－４８２１—２，Ｍａｒｃｈ，２００６．

【５８］Ｋａｌｏｕｓｈ
Ｄｙｎａｍｉｃ

Ｋ

Ｅ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
Ｍａｔｅｒｉａｌ

Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｒｉｚｏｎａ Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｕｓｉｎｇ

Ａｄｖａｎｃｅｄ

０１ａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔｓ．剛Ｆ

Ｃｏｎｓｔｒｏｃｔｉｏｎ．Ｉｎｃ．Ａｓｐｈａｌｔ－Ｒｕｂｂｅｒ

Ｄｉｖｉｓｉｏｎ １１５Ｓ，Ｊｕｌｙ，２００２．

【５９】Ｈｉｇｈｗａｙｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ
Ｇｕｉｄａｎｃｅ

ｏｆ

Ｈｏｎｇ

Ｋｏｎｇ．Ｔｈｅ

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｏｎｅ

Ｍａｓｔｉｃ Ａｓｐｈａｌｔ（Ｓ姒）．

Ｎｏｔｅｓ鼬｜７ＧＨｆ０３０．Ｄｅｃｅｍｂｅｒ．２００１．
ｎｏｔｅｓ
ｏｎ

［６０］Ｈｉ ｇｌｌｗａｙｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ．Ｇｕｉｄａｎｃｅ
Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙｓ

Ｒｏａｄ Ｓｕｒｆａｃｅ

Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ

ａｎｄ

Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｒｏａｄｓ．Ｇｕｉｄａｎｃｅ Ｍｏｔｅｓ ＲＤ／ＧＮ／０３２，Ｊｕｎｅ，２００７．
ｏｆ

［６１］Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ
Ｒｅｇｉｏｎ．Ｇｅｎｅｒａｌ

Ｈａｎｇ Ｋｏｎｇ Ｓｐｅｃｉａｌ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ

Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｗｏｒｋｓ．Ｖｏｌｕｍｅ ２．２００６ Ｅｄｉｔｉｏｎ． ｔｈｅ Ｒｕｂｂｅｒ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ Ｒｕｂｂｅｒ １２ Ｙｅａｒｓ ｏｆ Ｄｕｒａｂｌｅ Ｓｕｃｃｅｓｓ．
ｏｆ

［６２］Ｗａｙ Ｇ Ｂ．０ＧＦｃ
Ａｓｐｈａｌｔ

Ｍｅｅｔｓ鋤Ｗｈｅｒｅ

Ｒｕｂｂｅｒ ２０００，Ｔｈｅ Ｐａｖｅｍｅｎｔ Ｍａｔｅｒｉａｌ

２１ｓｔ Ｃｅｎｔｕｒｙ．

、

［６３］Ｔｅｘａｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｃｏｕｒｓｅ（ＰＦＣ）．Ｔｅｘａｓ Ｉｔｅｍ ３４２． 【６４］Ｃａｒｌｓｏｎ
Ｄ

Ｄ．Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ

ｏｆ

Ｐｏｒｔｌａｎｄ

Ｃｅｍｅｎｔ

Ｃｏｎｃｒｅｔｅ

Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ

Ｗｉｔｈ

Ｔｈｉｎ

Ａｓｐｈａｌｔ－Ｒｕｂｂｅｒ Ｏｐｅｎ Ｇｒａｄｅｄ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ
Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ａｒｉｚｏａｍ

Ｃｏｕｒｓｅ Ｏｖｅｒｌａｙｓ ｉｎ

Ａｒｉｚｏｎａ．Ｒｕｂｂｕｒ

Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ

［６５】Ｋｉｒｋ Ｊ Ｖ．Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ，１ｓｔ －－ｐａｒｔ

Ａｓｐｈａｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｌｅａｄｓ ｔｏ Ｃｏｓｔ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｐａｖｅｍｅｎｔ

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

Ｗｏｒｌｄ

ｏｆ Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０００． ｆｏｒ Ｈｏｔ Ｍｉｘ Ａｓｐｈａｉｒ

［黼］Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｓｔａｎｄａｒｄ剛１２６９７—１８．Ｂｉｔｕｍｉｎｏｕｓ
１８：Ｂｉｎｄｅｒ Ｄｒａｉｎａｇｅ．２００４． Ｄｅｓｉｇｎ

Ｍｉｘｔｕｒｅｓ－－Ｔｅｓｔ Ｍａｔｈａｄｓ
Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ

［６７］１６－２．Ｍｉｘ

Ｕｅｔｈｏｄｓ

ｆｏｒ

Ａｓｐｈａｌｔ

Ｈｏｔｌｉｘ Ｔｙｐｅｓ．Ａｓｐｈａｌｔ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，１９９５．

［∞】Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｓｔａｎｄａｒｄ陰１２６９７－２６．Ｂｉｔｕｍｉｎｏｕｓ ｍｉｘｔｕｒｅｓ—Ｔｅｓｔ －－ｐａｒｔ
２６：Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ．２００４．

ｍｅｔｈｏｄｓ

ｆｏｒ ｈｏｔ ｍｉｘ ａｓｐｈａｌｔ

［６９］倪富�。�覃勉，劉清泉等．ＴＰｓ改性劑在捧水性瀝青混合料中的應(yīng)用研究．公路交通科 技，２００４，２１（１ ０）：１７－２１． ［７０］董旭峰，葛劍敏，王佐民．密實型低噪聲瀝青路面振動特性試驗研究．同濟大學(xué)學(xué)報（自然科
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［７１】沈金安．瀝青及瀝青混合料路用性能．北京：人民交通出版社．

—－７１?－

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究

附錄Ａ本文依照的試驗標準

－－７２—

大連理Ｔ大學(xué)碩十學(xué)位論文

攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
Ｌｉ

Ｍｉｎｇｌｉａｎｇ，Ｚｈｏｎｇ＂ｆａｎｇ，Ｃａｏ Ｘｉｎｍｉｎｇ．Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ｒｉｇｉｄ Ｐａｖｅｍｅｎｔ
ｏｎ

ｕｎｄｅｒ Ｍｏｖｉｎｇ Ｍｕｌｔｉ—Ｌｏａｄ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｃｈｉｎａ，Ｊｕｌｙ ２２—２４，２００７，ｖｏｌ １：９５５—９６０．ＥＩ檢索．

一７３—

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研Ｊ宄

致

謝

本文在導(dǎo)師鐘陽教授的悉心指導(dǎo)下得以完成，鐘老師對本人攻讀碩士學(xué)位期問的學(xué) 習(xí)、生活和工作給予了極大的關(guān)懷和教導(dǎo)。兩年多的時問里，在鐘老師的指導(dǎo)之下，我先 后從事了路面力學(xué)理論和道路瀝青材料兩方面的研究，并有幸在他的推薦之下得到赴 香港理工大學(xué)交流合作的機會。經(jīng)過一系列的學(xué)習(xí)和鍛煉，我的專業(yè)知識，學(xué)術(shù)水平，工 作閱歷．個人修養(yǎng)都得到了質(zhì)的提高，這不能不說是鐘老師正確指導(dǎo)和悉心栽培的結(jié)果。 在本文的完成過程中，從論文選題、制定方案、試驗研究到寫作成稿鐘老師都給予了詳 盡的指導(dǎo)，并傾注了大量的心血。鐘教授淵博的學(xué)識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、創(chuàng)新求實的學(xué) 者風(fēng)范無不令我尊重和崇敬，他的一言一行對我今后的工作和生活都影響至深。借此機 會，向?qū)�師謹致以最崇高的敬意和最衷心的感謝。 同時，我還要感謝道路教研室的陳靜云教授，潘寶峰老師，李玉華老師，任慧韜老 師，王抒紅老師，在我的學(xué)習(xí)生活中無不給予了莫大的關(guān)心與幫助，他們的專業(yè)學(xué)識和 寶貴經(jīng)驗使我深受啟迪，也使我能夠?qū)W有所成。在此對各位老師表示深深的感謝。 感謝周長紅師兄，耿立濤師兄。劉佳音師姐平日里對我的幫助，他們的啟發(fā)和建議 使我受益匪淺，感謝同門曹長勇，田斌，通過與他的交流探討拓展了我的思路，感謝朝 夕相處的同學(xué)李偉，賴廣勝，趙曉春，劉軍，王新，白廣斌，張長鎖，陶學(xué)謙，齊愛華， 趙靜，李惠婷，劉惠，趙慧敏，正是他們的支持和鼓勵，使我克服了許多學(xué)習(xí)上的難關(guān)， 也正是他們陪伴我度過了許多美好的時光，使我的碩士研究生生活變得難忘而有意義． 感謝李銳，喬娜等師弟師妹的支持和幫助，這一切令我感激而難以忘懷。在論文順利完 成之際，在此向以上所有人致以我發(fā)自內(nèi)心的謝意。 最后，感謝我的父母和所有親朋好友，感謝他們一直以來對我的理解、鼓勵和信任， 他們永遠是我的精神支柱和動力來源，在此獻上最真摯的感謝。

李明亮 ２００７年１２月

廢輪胎膠粉改性瀝青材料的路用性能研究
作者： 學(xué)位授予單位： 李明亮 大連理工大學(xué)

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