HDP橡膠瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)研究

高彥芝++徐洲峰??

摘 要：針對(duì)橡膠瀝青改性問題，將HDP添加劑與橡膠瀝青混合制備HDP橡膠瀝青混合料。通過對(duì)HDP橡膠瀝青混合料馬歇爾試件進(jìn)行車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)等相關(guān)技術(shù)指標(biāo)測試，評(píng)價(jià)其路用性能，驗(yàn)證了HDP橡膠瀝青復(fù)合改性效果顯著，并確定HDP最佳摻量和混合料的最佳配合比。

關(guān)鍵詞：HDP橡膠瀝青；瀝青混合料；配合比設(shè)計(jì)；路用性能

中圖分類號(hào)：U416.218 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Study on Mix Design of HDP Asphalt Rubber Mixture

GAO Yan- zhi， XU Zhou- feng

（School of Traffic and Municipal Engineering， Sichuan College of Architectural Technology，

Deyang 618000， Sichuan， China）

Abstract： HDP asphalt rubber mixture was prepared with asphalt rubber and HDP additive for the study of asphalt rubber modification. Rutting test， low temperature bending test， freeze- thaw splitting test were conducted on the Marshall specimens to evaluate the pavement performance of the mixture. The modification effect of HDP asphalt rubber mixture was proved. The optimal HDP amount and mix proportion for the mixture were determined.

Key words： HDP asphalt rubber； asphalt mixture； mix design； pavement performance

0 引 言

HDP（高耐久性鋪裝）添加劑是從日本引進(jìn)的一種瀝青改性劑。HDP添加劑與橡膠瀝青在一定溫度下均勻混合后會(huì)發(fā)生自催化反應(yīng)，其產(chǎn)物具有與環(huán)氧樹脂體系相似的性質(zhì)。本文提出了HDP橡膠瀝青的制備方法，這種材料的廣泛應(yīng)用有利于改良瀝青路面的抗水侵害性能、高溫車轍性能以及低溫抗裂性能，提高路面的服務(wù)水平、行車舒適性與安全性，以及延長瀝青路面的使用壽命[1]。

1 HDP橡膠瀝青的制備

1.1 基質(zhì)瀝青選擇

基質(zhì)瀝青采用中海泰州AH- 70#瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)符合《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 052—2000）中的相關(guān)規(guī)定。

1.2 橡膠粉制備

橡膠粉是橡膠粉末的簡稱，是按照常規(guī)的研磨方法將廢舊橡膠輪胎加工研磨成粉末。廢舊輪胎橡膠粉主要的化學(xué)成分是天然橡膠、合成橡膠以及碳黑、氧化鐵、氧化硅等添加劑，這些成分都可以作為瀝青改性劑加以利用。按照美國ASTM6144- 97標(biāo)準(zhǔn)[2]，通常添加的橡膠粉含量不小于瀝青用量的15%。本試驗(yàn)采用濕法工藝添加橡膠粉，橡膠粉摻量為瀝青用量的18%。

1.3 HDP添加劑

試驗(yàn)采用從日本引進(jìn)的HDP添加劑，主要由主劑及硬化劑組成，表1為HDP主劑、硬化劑及均勻混合后形成的HDP添加劑技術(shù)指標(biāo)，其中主劑與硬化劑按61∶39的比例摻配。

2 配合比設(shè)計(jì)原材料

2.1 HDP橡膠瀝青

HDP橡膠瀝青是將HDP添加劑、橡膠粉與基質(zhì)瀝青通過一定工藝制成的一種復(fù)合改性瀝青，生產(chǎn)工藝如圖1所示。通過對(duì)HDP橡膠瀝青改性機(jī)理進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)此過程首先是HDP主劑與硬化劑混合發(fā)生自催化反應(yīng)，其次HDP中的環(huán)氧基與橡膠粉中的硫醇基反應(yīng)后對(duì)瀝青起到增塑增韌的作用[3]，同時(shí)環(huán)氧基還能改善瀝青的高溫穩(wěn)定性和耐疲勞性，復(fù)合改性效果顯著。HDP橡膠瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如表2所示，其中橡膠粉含量為18%，HDP添加劑含量為20%。

2.2 集料

本試驗(yàn)采用的集料規(guī)格為9.5～16 mm碎石（1#料）、4.75～9.5 mm輝常巖碎石（2#料），2.36～4. 75 mm碎石（3#料）、0～2. 36 mm機(jī)制砂（4#料），礦粉為石灰?guī)r礦粉。

3 HDP橡膠瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

3.1 合成級(jí)配的確定

HDP橡膠瀝青混合料礦料級(jí)配按《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）取值，采用AC- 13C型級(jí)配[4]，合成級(jí)配結(jié)果見表3。

3.2 確定最佳油石比

采用馬歇爾法確定HDP橡膠瀝青混合料最佳油石比?；旌狭习韬蜏囟葹?65 ℃～170 ℃，拌和后將混合料放置于溫度為155 ℃左右的烘箱中保溫，采用雙面擊實(shí)75次成型。測定HDP橡膠瀝青混合料試件毛體積密度、馬歇爾穩(wěn)定度、流值、空隙率、礦料間隙率（VMA）以及瀝青飽和度（VFA）等各項(xiàng)參數(shù)[5]，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

3.2.1 確定最佳油石比初始值OAC1

由馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果可知油石比與空隙率、毛體積密度等關(guān)系曲線圖，如圖3所示。在圖3上可求取穩(wěn)定度最大值、毛體積密度最大值、空隙率中值以及瀝青飽和度范圍中值的瀝青用量，分別為a1、a2、a3、a4，取平均值作為OAC1。穩(wěn)定度最大值的油石比a1=5.2%，毛體積密度最大值的油石比a2=5. 3%，對(duì)應(yīng)規(guī)定空隙率范圍中值的油石比a3=4. 8%，對(duì)應(yīng)瀝青飽和度范圍中值的油石比a4=5. 0%，因此OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4=5.1%。

圖3 瀝青混合料油石比與馬歇爾指標(biāo)分析

3.2.2 確定最佳油石比中值OAC2

取各相關(guān)指標(biāo)均符合要求的瀝青用量范圍OACmin～OACmax的中值作為OAC2。因此OAC2=（OACmin+OACmax）/2，通過圖3可知OACmin =4. 4%，OACmax =5.1%。因此OAC2=（4.4%+5. 1%）/2=4.8%。

3.3.3 確定最佳油石比OAC

通常情況下取OAC1及OAC2的平均值作為最佳油石比OAC。綜上分析，確定HDP橡膠瀝青混合料的最佳油石比OAC=（OAC1+OAC2）/2=5.0%。

3.3 HDP橡膠瀝青混合料路用性能檢驗(yàn)

3.3.1 高溫穩(wěn)定性

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）輪碾法成型車轍試件，試件尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，試驗(yàn)溫度為60 ℃，輪壓為0.7 MPa，采用ZCZ- 10型全自動(dòng)單、雙輪車轍試驗(yàn)儀測試試件實(shí)時(shí)變形，并計(jì)算動(dòng)穩(wěn)定度。HDP橡膠瀝青混合料高溫車轍試驗(yàn)測試結(jié)果見表5。

從表5看出，HDP橡膠瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度為4 157 次·mm-1，滿足規(guī)范規(guī)定關(guān)于改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度應(yīng)大于3 000 次·mm-1的要求。參照各國環(huán)氧瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度實(shí)測值及日本規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果，與規(guī)定動(dòng)穩(wěn)定度在2 000～6 000 次·mm-1的觀點(diǎn)相吻合，表明HDP橡膠瀝青混合料具有良好抗車轍性[6- 7]。

3.3.2 低溫抗裂性

按試驗(yàn)規(guī)程，將輪碾法成型車轍板切制成小梁，試件尺寸為250 mm×30 mm×35 mm，跨徑200 mm，分3點(diǎn)加載，加載速率為50 mm·min-1，試驗(yàn)溫度為-10 ℃。根據(jù)試驗(yàn)測出破壞時(shí)最大加載力及跨中撓度，計(jì)算試件的抗彎強(qiáng)度、抗彎應(yīng)變、勁度模量[8]，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6中的試驗(yàn)結(jié)果表明，HDP橡膠混合料最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 894 με，符合規(guī)范關(guān)于改性瀝青混合料破壞的最大彎拉應(yīng)變不小于2 500 με的要求，表明HDP橡膠瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性能。

3.3.3 水穩(wěn)定性

凍融劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)將實(shí)際路面上受到的水影響集中強(qiáng)化，模擬水分滲透瀝青膜吸附于瀝青與石料的界面上，造成瀝青和石料之間的粘附力降低。該試驗(yàn)可以直觀地反映出瀝青混合料受水損害的程度，進(jìn)而評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)性。

表7中的試驗(yàn)結(jié)果表明，通過凍融劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)測定的HDP橡膠瀝青混合料水穩(wěn)定性滿足規(guī)范規(guī)定關(guān)于改性瀝青混合料凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比應(yīng)大于85%的要求。由于集料間有足夠的空隙供

HDP橡膠瀝青膠漿側(cè)向流動(dòng)，因此可以有效改善瀝青與集料間的粘結(jié)力，從而提高混合料的水穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

對(duì)HDP橡膠瀝青混合料采用馬歇爾設(shè)計(jì)法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，測定馬歇爾試件的穩(wěn)定度、流值、毛體積密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度，通過計(jì)算分析得出AC- 13C型的HDP橡膠瀝青混合料的最佳油石比為5. 0%。對(duì)HDP橡膠瀝青混合料進(jìn)行路用性能檢驗(yàn)，通過高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能及水穩(wěn)定性的試驗(yàn)，表明HDP橡膠瀝青混合料具有較好的溫度穩(wěn)定性和抗水損害性能力[9]，可有效延長瀝青路面的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

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[9] JTG E20—2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[責(zé)任編輯：杜敏浩]