溫拌橡膠瀝青混合料應(yīng)力吸收層路用性能研究

李斌 江蘇東南交通工程咨詢監(jiān)理有限公司，江蘇 宿遷

溫拌橡膠瀝青混合料應(yīng)力吸收層路用性能研究

李斌 江蘇東南交通工程咨詢監(jiān)理有限公司，江蘇 宿遷

本文通過在橡膠瀝青中加入溫拌瀝青改性劑，使得橡膠瀝青的拌和和壓實(shí)溫度得到明顯降低，原來橡膠瀝青按常規(guī)施工過于黏稠以至影響施工性能的問題得到明顯改善，同時(shí)其高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性也能得到明顯提高。

橡膠瀝青;應(yīng)力吸收層;高溫穩(wěn)定性;低溫抗裂性

概述

溫拌瀝青混合料指在瀝青中加入溫拌瀝青改性劑，通過降低結(jié)合料的高溫黏度來降低混合料的拌和溫度和壓實(shí)溫度，達(dá)到節(jié)約能源，減少拌制廠氣體的排放，改善工廠和施工現(xiàn)場的工作狀況。

溫拌橡膠瀝青結(jié)合料是指在橡膠瀝青中融入溫拌料的技術(shù)。大量的研究表明，橡膠瀝青的拌和和壓實(shí)溫度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通瀝青混合料。筆者在橡膠瀝青中加入溫拌瀝青改性劑來降低橡膠瀝青的拌和和壓實(shí)溫度，以改善其在施工溫度下過于黏稠以至影響施工性能的問題，并同時(shí)改善其它路用性能指標(biāo)。

1 溫拌橡膠瀝青應(yīng)力吸收層級配設(shè)計(jì)

作為應(yīng)力吸收層結(jié)構(gòu)，其厚度通常在2cm左右，為保證攤鋪的均勻性及提高混合料的低溫韌性，必須使用粒徑較小的混合料；但現(xiàn)行規(guī)范中的砂粒式混合料的高溫穩(wěn)定性下較差，通常僅適用于非機(jī)動(dòng)車道，在大交通量的道路上使用小粒徑的瀝青混合料時(shí)，還必須考慮其在高溫下抵抗荷載變形的能力；因此必須對應(yīng)力吸收層的級配進(jìn)行設(shè)計(jì)。

橡膠瀝青應(yīng)力吸收層中的碎石宜選用優(yōu)質(zhì)玄武巖，應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，滿足表1的技術(shù)要求。

表1 碎石（橡膠瀝青應(yīng)力吸收層）技術(shù)要求

過高的施工溫度不僅將導(dǎo)致施工能耗和成本的增加，同時(shí)將在施工現(xiàn)場排放出大量有害氣體。為了降低施工期的有害氣體排放，筆者引進(jìn)了溫拌技術(shù)。

圖1 膠粉摻量對瀝青膠結(jié)料高溫黏度的影響

為降低橡膠瀝青的施工溫度、減少施工過程中的煙塵排放、提高現(xiàn)場碾壓效果，本項(xiàng)目引進(jìn)了溫拌技術(shù)。選用了上海誠鴻到了材料有限公司的SAK溫拌劑。分別采用1%、2%和3%的摻量制備溫拌橡膠瀝青，測定其黏度，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖2試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同溫度下，隨著溫拌劑摻量的增加，膠結(jié)料的黏度下降。本次試驗(yàn)中較為適宜的溫拌劑摻量為 2%。

圖2 溫拌劑摻量對橡膠瀝青黏度的影響

依據(jù)各項(xiàng)原材料的試驗(yàn)結(jié)果，制備橡膠瀝青混合料試件，試驗(yàn)溫度控制如表2所示：

表2 試驗(yàn)溫度

在已有的骨架密實(shí)型粗集料級配的基礎(chǔ)上，通過不同級配的細(xì)集料對混合料性能的影響，其中重點(diǎn)研究混合料的高溫性能。首先根據(jù)密實(shí)骨架理論，進(jìn)行粗集料級配設(shè)計(jì)，由于細(xì)集料主要與瀝青形成膠漿，填充粗集料的空隙，并將其黏結(jié)在一起，所以細(xì)集料的級配與混合料性能密切相關(guān)，通過對4組不同的級配進(jìn)行常規(guī)馬歇爾試驗(yàn)，然后再進(jìn)行車轍試驗(yàn)，最后對細(xì)集料級配不同的各種骨架密實(shí)型作綜合評價(jià)，選出高溫性能最好的應(yīng)力吸收層混合料級配見表3。

表3 應(yīng)力吸收層瀝青混合料級配

依據(jù)已有試驗(yàn)結(jié)果，本次試驗(yàn)重點(diǎn)對油石比分別為6.5%和6.0%的兩組混合料的性能進(jìn)行了檢驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 橡膠瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表4述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，油石比為6.0%時(shí)，混合料的空隙率為2.5%，馬歇爾穩(wěn)定度為13.2kN；當(dāng)油石比增加到6.5%時(shí)，空隙率下降到1.8%，穩(wěn)定度下降到11.3kN。

2 溫拌橡膠瀝青應(yīng)力吸收層混合料高低溫性能驗(yàn)證

為進(jìn)一步測試混合料的性能及評價(jià)其高溫穩(wěn)定性，采用上述配合比，進(jìn)行混合料的車轍試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表5所述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，兩組混合料均具有良好的高溫穩(wěn)定性。綜合混合料的各項(xiàng)性能，建議混合料的油石比為6.1%。

為進(jìn)一步驗(yàn)證橡膠應(yīng)力吸收層的低溫性能，采用SHRP的約束試件溫度應(yīng)力試驗(yàn)儀（TSRST）對不同混合料的低溫?cái)嗔褱囟冗M(jìn)行了測試。

圖3 約束試件溫度應(yīng)力試驗(yàn)儀（TSRST）及試件

TSRST試驗(yàn)是將棱柱狀試件固定在剛性的上下拉頭上，并利用液氮按規(guī)定速度降低試件的溫度，隨著溫度的降低，試件內(nèi)的溫度應(yīng)力將不斷增加；當(dāng)溫度應(yīng)力增加到試件的抗拉強(qiáng)度時(shí)，將導(dǎo)致試件的斷裂，因此TSRST試驗(yàn)也被稱為凍斷試驗(yàn)。根據(jù)美國SHRP的研究成果，TSRST試驗(yàn)?zāi)軌蛴行У哪M瀝青路面的低溫開裂情況。

為了對比分析橡膠瀝青混合料的低溫性能，本課題分別采用SBS改性瀝青制備了AC-13混合料和SMA-13混合料，并與橡膠瀝青混合料進(jìn)行對比。凍斷試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯?，隨著溫度的降低，各混合料內(nèi)的溫度應(yīng)力均呈增加趨勢，并且當(dāng)溫度降低到-10℃后，溫度應(yīng)力的累計(jì)速度明顯增加；當(dāng)應(yīng)力超過試件所能承受的極限時(shí)，將導(dǎo)致試件的斷裂。

由于采用了相同的瀝青膠結(jié)料，AC-13和SMA-13混合料的凍斷溫度基本相同，為-20℃～-21℃，但由于SMA混合料中的粉膠比高于AC混合料，也即自由瀝青含量較少，因此SMA混合料的溫度應(yīng)力上升相對較快，同時(shí)其可承受的溫度應(yīng)力也高于AC混合料。

橡膠瀝青混合料的溫度應(yīng)力上升曲線與SMA混合料類似，其原因可能是兩者均屬于骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)；但橡膠瀝青混合料的承受的最大溫度應(yīng)力明顯高于SMA混合料，提高了近50%，從而使橡膠瀝青混合料的凍斷溫度降低到了-26℃。凍斷試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步明確表明橡膠瀝青混合料具有非常好的低溫抗裂性能。

3 結(jié)語

3.1 試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著橡膠顆粒的加入，瀝青膠結(jié)料的高溫性能和低溫性能均有明顯改善。橡膠瀝青作為應(yīng)力吸收層對反射裂縫的抑制作用明顯。

3.2 為降低橡膠瀝青的施工溫度、減少施工過程中的煙塵排放、提高現(xiàn)場碾壓效果 ，通過對橡膠瀝青膠結(jié)料粘溫曲線的測定，確定溫拌劑摻量為2%。

3.3 本文分別通過車轍試驗(yàn)和凍斷試驗(yàn)，檢驗(yàn)和驗(yàn)證橡膠瀝青應(yīng)力吸收層混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。

[1]符冠華.瀝青混凝土加鋪層改造舊水泥混凝土路面的應(yīng)用研究[D].南京東南大學(xué),2001

[2]胡富國.水泥混凝土路面加鋪設(shè)計(jì)[D].南京東南大學(xué)，2000

[3]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).JTG B01～2003

[4]黃仰賢著,余定選,齊誠譯.路面分析與設(shè)計(jì).人民交通出社,1998年5月

[5]劉悅，舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層溫度應(yīng)力分析[D].西安公路交通大學(xué)，2000

[6]高維成.水泥混凝土路面疲勞特性研究[D].西安公路交通大學(xué)，2000

[7]薛忠軍.舊水泥路面加鋪超薄瀝青層綜合技術(shù)的研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007年6月

[8]王宏暢.半剛性基層瀝青路面兩階段設(shè)計(jì)方法研究[D].南京:東南大學(xué), 2005

[9]李祝龍，丁小軍，趙述增，吳德平.瀝青混合料應(yīng)用中的環(huán)境保護(hù)[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2004，4（4）：1～4

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.01.022

作者簡歷

李斌 1982年07月24日 江蘇宿遷。