一种废旧橡胶粉干法微表处设计方法

摘要

本发明公开了一种废旧橡胶粉干法微表处设计方法，涉及路面工程技术领域，所述方法包括：原材料选择及检验，级配设计，间隔1%确定胶粉掺量和油石比，根据筛分试验结果，确定级配类型分别为粗级配，中级配和细级配，根据四个试验因素（胶粉掺量、胶粉目数、油石比、级配类型）和三个水平确定选用正交表L9（3

说明书

技术领域

本发明涉及路面工程技术领域，具体为一种废旧橡胶粉干法微表处设计方法。

背景技术

微表处由于具有裂缝密封、车辙填充、构造修复、密水和快速恢复路表服务功能等优点，已在国内外高等级公路预防性养护罩面以及车辙填补中得到广泛应用，被证明是一种具有很高性价比的养护措施。

但普通微表处普遍存在行车噪声大、耐磨耗性能差和使用寿命短等缺点，影响了该技术在预防性养护中的推广和应用。尝试将橡胶粉作为微表处混合料的填料并以干法添加，适应微表处方便快捷的工艺特点，并在一定程度上改善微表处高温和低温性能，提高路面的耐磨和抗滑性能，降低微表处的行车噪声，符合我国资源再利用建设节约型社会的政策背景，具有良好的发展潜力。

正交试验设计是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分析因式设计的主要方法，是一种高效率、快速、经济的试验设计方法。由于微表处混合料配合比设计受到诸多因素的影响，如果具体分析各个因素对每一个试验的影响，不仅试验次数非常多，而且很难找到具有代表性的试验结果，在众多试验结果中找不出规律。如果强行将表面看似相关，实则试验因素差别很大的数据联系起来，会对各个试验因素影响程度大小造成误判，进而会造成配合比设计不准确。不仅会浪费试验材料，提高成本，而且也浪费了人力物力，更严重的是错误的指导生产实践，造成严重后果。

如果采用正交试验设计，不仅可以从众多试验中找出具有代表性的试验点进行试验，避免了庞杂的试验次数，而且可以方便的从试验结果中找出规律，得出各个试验因素的影响程度大小，进而进行有效的配合比设计。不仅节省材料，降低成本，而且提高了效率，得出准确的数据，可以正确的指导生产实践。

发明内容

有鉴于此，本发明提供本发明所要解决的技术问题是充分利用正交试验设计，确定一种合理的混合料配合比设计方法即废旧橡胶粉干法微表处设计方法，使其克服普通微表处的缺点，改善微表处路用性能，提高行车安全和舒适度，延长路面使用寿命，充分利用废旧资源，节约成本，绿色环保。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种废旧橡胶粉干法微表处配合比设计方法，所述方法包括：

步骤一：选择原材料。所述原材料包括粗集料、细集料、水泥（P·O42.5）、废旧橡胶粉、改性乳化沥青和水；

步骤二：原材料检验。对步骤一所述原材料进行检验，根据规范中的试验方法，得出原材料试验结果，将符合规范要求的原材料用于试验；

步骤三：级配设计。根据筛分试验结果，对微表处混合料所用集料进行级配设计，分为粗级配、中级配、细级配；

步骤四：确定橡胶粉掺量占干集料质量百分比为1%～3%；

步骤五：确定油石比范围。根据所用橡胶粉含量以及《微表处和稀浆封层技术指南》规定，间隔1%变化油石比，确定油石比为9%～11%；

步骤六：根据混合料拌和稠度，确定用水量占干集料质量百分比为5%～7%，水泥掺量占干集料质量百分比为1.5%；

步骤七：结合正交试验方法，根据胶粉掺量、胶粉目数、油石比、级配类型四个试验因素和三个水平，确定选用正交表L9（3⁴），进行九组试验，测试拌和时间、粘聚力值、湿轮磨耗值、负荷轮粘砂量和轮辙变形率；

步骤八：根据试验结果，利用正交试验方法分别计算五种试验结果的极差、方差、F比，并结合图表分析胶粉目数、胶粉掺量、油石比、级配类型四种因素对五种试验结果的影响强度，对影响强度进行综合分析，得出最优配合比。

相对于普通微表处而言，其优点在于：

（1）在配合比设计方法上，充分利用正交试验设计这一有力工具，根据试验因素及水平，选择合适的正交表，对正交表中所列试验组进行试验，不仅可以避免庞杂的试验次数，而且可以从众多试验结果中找出具有规律性的数据，对试验因素进行分析，通过极差、方差、F比把试验因素的影响强度展示出来，排列出影响强度大小顺序，找出最强影响因素，得出最优配合比，具有分散均匀、整齐可比以及高效、快速、经济的优点；

（2）充分利用废旧橡胶粉这一优势资源，利用橡胶粉表面微观多孔成羽翼状的特点，对乳化沥青有吸附作用，使集料、橡胶粉和沥青乳液能更好的粘结成为统一的整体，提高路面的抗磨耗性能和防水效果；橡胶粉微观多孔，可以吸收噪音；橡胶粉本身的弹性可以增强路面的弹性，提高行车舒适性；充分利用废旧橡胶粉可以减少废旧轮胎的污染，符合国家建设节约型社会，可持续发展的政策。

附图说明

图1为一种废旧橡胶粉干法微表处配合比设计方法流程图；

图2为级配曲线图；

图3为四种因素对60min粘聚力的影响；

图4为四种因素对1h湿轮磨耗的影响；

图5为四种因素对6d湿轮磨耗的影响；

图6为四种因素对粘砂量的影响；

图7为四种因素对轮辙变形率的影响。

具体实施方式

以下公开本发明的一些实施例，本领域技术人员可以根据本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

实施例

步骤一：选择原材料，微表处对原材料要求较高，乳化沥青选择阳离子聚合物改性乳化沥青。集料选择质地坚硬的玄武岩，橡胶粉选择40目、60目、80目废旧橡胶粉，水泥选择P·O42.5普通硅酸盐水泥，试验用水选择饮用水。

步骤二：对原材料进行检验。首先检验改性乳化沥青，各项指标都符合《微表处与稀浆封层技术指南》要求，如表1所示。检验集料，将粗、细集料按规范进行检验，并测定合成矿料砂当量，试验结果符合规定，如表2所示。

步骤三：级配设计。根据筛分试验结果，对微表处混合料进行级配设计，分为粗级配(5-10mm28%，3-5mm15%，0-3mm57%)、中级配(5-10mm21%，3-5mm11%，0-3mm68%)、细级配(5-10mm12%，3-5mm9%，0-3mm79%)，如表3和图2所示。

步骤四：确定橡胶粉掺量为1%～3%（占干集料质量百分比）。

步骤五：确定油石比范围。根据所用橡胶粉含量以及《微表处和稀浆封层技术指南》规定，间隔1%变化油石比，确定油石比为9%～11%；

步骤六：根据混合料拌和稠度，确定用水量为5%～7%（占干集料质量百分比），所用水为饮用水，水泥掺量为1.5%（占干集料质量百分比）；

步骤七：结合正交试验方法，根据四个试验因素（胶粉掺量、胶粉目数、油石比、级配类型）和三个水平，确定选用正交表L9（3⁴），分别进行九组不同配合比的试验，测试拌和时间、粘聚力值、湿轮磨耗值、负荷轮粘砂量和轮辙变形率，试验结果如表4所示。

步骤八：根据试验结果，利用正交试验方法分别计算五种试验结果的极差、方差、F比，并结合图表分析胶粉目数、胶粉掺量、油石比、级配类型四种因素对五种试验结果的影响强度，对影响强度进行综合分析，得出结果：（1）对60min粘聚力而言，影响强度：胶粉掺量>胶粉目数>油石比>级配类型；如表5及图3所示。（2）对1h湿轮磨耗而言，影响强度：油石比>胶粉掺量>级配类型>胶粉目数；（3）对6d湿轮磨耗而言，影响强度：胶粉掺量>油石比>级配类型>胶粉目数；（4）对负荷轮粘砂量而言，影响强度：油石比>级配类型>胶粉掺量>胶粉目数；（5）对轮辙变形率而言，影响强度：级配类型>胶粉掺量>胶粉目数>油石比。

步骤九：根据步骤八所示，对于废旧橡胶粉干法微表处，胶粉掺量和胶粉目数对粘聚力影响最大，油石比和胶粉掺量对湿轮磨耗值影响最大，油石比和级配类型对粘砂量影响最大，而级配类型对轮辙变形率影响远大于其他三项。取A，B，C，D分别代表胶粉目数、胶粉掺量、油石比、级配类型，根据试验结果，粘聚力的较好配合比为A1B2C2D2，湿轮磨耗较好配合比为A1B2C2D2、A1B1C1D1、A2B1C2D3、A2B2C3D1、A3B1C3D2、A3B3C2D1，但是在试验过程中及试验结果可以发现，橡胶粉目数越高，粒径越细，比表面积大，在使用过程中容易结块、成团，不利于分散，影响了混合料的均匀性，导致成型后的试件内部分化现象严重，粘结性不好；此外，橡胶粉孔隙多，吸附乳化沥青的能力比无机矿料强，橡胶粉目数高，粒径细，相同的乳化沥青用量条件下，很难有充足的乳化沥青与集料结合，导致成型后的试件磨耗值太大，而且不经济，所以橡胶粉目数宜小，综合考虑，取A1B2C2D2或A2B1C2D3。粘砂量的试验结果除第5组，第7组外都符合要求，但粘砂量太低表明混合料沥青乳液太少，乳化沥青与集料粘结性不佳，集料颗粒容易脱落，综合考虑胶粉粒径的影响，得出粘砂量的较好配合比为A1B2C2D2、A2B1C2D3。九组试验的轮辙变形率都符合要求且非常理想。综上，最优配合比为A1B2C2D2和A2B1C2D3，橡胶粉粒径大，路面弹性也大，行车舒适性好，且粒径大的胶粉颗粒整体性好，颗粒中较多的孔隙没有被破坏，吸声能力强，能减少车辆的噪音污染。所以，兼顾以上因素，取最优配合比为A1B2C2D2，即2%的40目胶粉，10%的油石比和粗细集料用量适宜的中级配。

表1为改性乳化沥青主要技术指标：

表2为集料主要技术性质及试验结果：

表3为矿料级配计算表：

表4为正交试验结果：

表5为不同因素对考核指标的分析结果：

表5（续）为不同因素对考核指标的分析结果：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。