添加劑對(duì)高溫高濕環(huán)境溫拌橡膠混合料高溫和水穩(wěn)定性的影響

歐陽(yáng)焜

(貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建設(shè)分院, 貴州 貴陽(yáng) 550008)

添加劑對(duì)高溫高濕環(huán)境溫拌橡膠混合料高溫和水穩(wěn)定性的影響

歐陽(yáng)焜

(貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建設(shè)分院, 貴州 貴陽(yáng) 550008)

目前對(duì)橡膠溫拌瀝青混合料性能測(cè)試條件未充分考慮高溫高濕環(huán)境的氣候條件和材料條件等狀況，導(dǎo)致溫拌橡膠改性瀝青混合料病害頻出。為了改善高溫高濕環(huán)境溫拌橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，該文以“等空隙率法”確定溫拌橡膠改性瀝青混合料的拌合、壓實(shí)溫度，基于車(chē)轍、低溫彎曲、浸水馬歇爾、凍融劈裂、四分點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)和高溫浸水條件下的APA試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了SBS、PR.S高模量劑、BRA巖瀝青、ARM抗剝落劑、木質(zhì)素和玄武巖6種添加劑對(duì)溫拌橡膠改性瀝青混合料路用性能和耐久性的影響。研究結(jié)果表明，摻加6種添加劑后溫拌橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水溫定性均有不同程度的提高，摻加PR.S高模量劑和BRA巖瀝青均會(huì)導(dǎo)致橡膠改性瀝青混合料低溫性能下降，6種添加劑對(duì)橡膠瀝青高溫性能的提升幅度由大到小依次是：PR.S高模量劑>SBS>BRA巖瀝青>玄武巖纖維>木質(zhì)素纖維>ARM抗剝落劑；疲勞壽命由大到小依次是：PR.S高模量劑>SBS>玄武巖纖維>BRA巖瀝青>木質(zhì)素纖維>ARM抗剝落劑；高溫浸水條件下的抗車(chē)轍能力依次是PR.S高模量劑>SBS>玄武巖纖維>BRA巖瀝青>ARM抗剝落劑>木質(zhì)素纖維。建議在高溫高濕環(huán)境優(yōu)先選用BRA巖瀝青和高模量劑來(lái)改善溫拌橡膠瀝青混合料的抗車(chē)轍性能。

道路工程； 高溫高濕環(huán)境； 添加劑； 路用性能； 耐久性

0 引言

車(chē)轍是我國(guó)瀝青路面早期損害主要病害之首，我國(guó)秦嶺淮河以南大部分地區(qū)夏季高溫多雨，加之車(chē)輛超載現(xiàn)象，在高溫多雨地區(qū)車(chē)轍病害極為普遍，嚴(yán)重影響了路面的行駛安全性和使用壽命，減輕和延緩瀝青路面車(chē)轍、對(duì)重載疊加高溫氣候的材料高溫穩(wěn)定性一直是國(guó)內(nèi)外道路工作者關(guān)注的問(wèn)題。為了提高瀝青混合料的抗車(chē)轍性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量研究[1-4]，目前主要通過(guò)以下3種方式改善瀝青路面的抗車(chē)轍性能: ①采用間斷級(jí)配或S型級(jí)配提高粗集料的骨架嵌擠作用，從而實(shí)現(xiàn)抗車(chē)轍； ②采用高品質(zhì)瀝青，如巖瀝青、高模量劑改性瀝青、低標(biāo)號(hào)瀝青、高劑量SBS改性瀝青、PE改性瀝青等； ③提高集料品質(zhì)，如采用形狀接近立方體的玄武巖碎石。研究表明，橡膠粉是一種良好的道路瀝青改性劑，用廢輪胎膠粉改性瀝青不僅可以減輕廢輪胎對(duì)環(huán)境污染造成的壓力，還可以提高路面的柔性、耐高溫、抗疲勞能力、降低路面噪音、防濕滑、提高道路的抗滑耐久性和行車(chē)舒適性。然而橡膠改性瀝青混合料存在黏度大不利于施工，對(duì)瀝青混合料的高、低溫性能改善效果有限，這在很大程度上限制其在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用[5-7]。對(duì)此，有學(xué)者指出采用溫拌技術(shù)可降低橡膠瀝青的施工難度，同時(shí)改善其高溫穩(wěn)定性，溫拌橡膠瀝青技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于減少煙氣排放提高空氣質(zhì)量和工作環(huán)境、減少能源/燃料消耗、提高路面的壓實(shí)性能，延長(zhǎng)了施工季節(jié)、減小施工中的老化/氧化，提高了路面結(jié)構(gòu)耐久性。目前對(duì)橡膠溫拌瀝青混合料性能測(cè)試條件未充分考慮高溫高濕環(huán)境的氣候條件和材料條件等狀況，導(dǎo)致溫拌橡膠改性瀝青混合料病害頻出，本文基于室內(nèi)試驗(yàn)和試驗(yàn)路鋪筑系統(tǒng)研究了SBS、PR.S高模量劑、BRA巖瀝青、ARM抗剝落劑、木質(zhì)素和玄武巖6種添加劑對(duì)溫拌橡膠瀝青混合料路用性能和長(zhǎng)期使用性能的影響，研究結(jié)果可為溫拌橡膠改性瀝青混合料在高溫高濕環(huán)境路面工程中的推廣應(yīng)用提供借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)原材料

1.1 集料

10～20、3～5、5～10 mm粗集料采用玄武巖，0～3 mm細(xì)集料采用石灰?guī)r機(jī)制砂，礦粉由石灰?guī)r磨制而成，經(jīng)檢測(cè)粗、細(xì)集料和礦粉的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)均滿(mǎn)足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(F40 — 2004)要求。

1.2 溫拌劑

采用實(shí)體工程中使用的Sasobit溫拌劑，其主要技術(shù)性能見(jiàn)表1，摻量為瀝青質(zhì)量的2%。

表1 Sasobit主要技術(shù)參數(shù)Table1 TechnicalparametersofSasobit凝固點(diǎn)/℃熔點(diǎn)/℃閃點(diǎn)/℃針入度/(01mm)密度/(g·cm-3)135℃黏度/cp478982290<10912125

1.3 橡膠瀝青

橡膠瀝青是由中石化AH — 70重交道路石油瀝青、20%40目硫化膠粉在高溫條件下經(jīng)室內(nèi)高速剪切機(jī)制備而成，橡膠瀝青只要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 橡膠改性瀝青技術(shù)性能試驗(yàn)結(jié)果Table1 Technicalperformancetestresultsofrubbermodifiedasphalt橡膠粉摻量/%25℃針入度/(01mm)軟化點(diǎn)/℃5℃延度/cm針入度指數(shù)彈性恢復(fù)率/%177℃黏度/(Pa·s-1)20478752244114882286

1.4 添加劑技術(shù)指標(biāo)及摻量

1.4.1 SBS改性劑

SBS改性劑選用岳陽(yáng)石化YH — 1301、S/B=30/79星型SBS改性劑，摻量為瀝青質(zhì)量的2.5%，SBS主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。

1.4.2 PR.S高模量劑

采用法國(guó)路面材料實(shí)業(yè)有限公司(PRIDUSTRIE)研發(fā)生產(chǎn)的PR.S高模量劑，高模量劑主要技

表3 SBS改性劑技術(shù)參數(shù)Table3 TechnicalperformanceofSBSmodifier型號(hào)灰分/%伸長(zhǎng)率/%拉伸強(qiáng)度/MPaSBS130102≥67032密度/(g·cm-3)彈熔融流動(dòng)速率/(cm3(mm·s-1))定伸應(yīng)力/MPa09405622

術(shù)參數(shù)見(jiàn)表4，根據(jù)廠家建議摻量范圍0.6%～0.8%本文PR.S摻量為0.7%。

1.4.3 BRA巖瀝青

考慮到干法改性巖瀝青顆粒對(duì)其分散均勻性的影響，對(duì)巖瀝青進(jìn)行了篩分，其中4.75、2.36、0.6、0.15 mm篩孔通過(guò)百分率分別為100%、84.6%、43.7%、12.9%，按照印尼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)BRA巖瀝青主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，BRA巖瀝青技術(shù)性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5，摻量為10%。

表4 PRS高模量主要技術(shù)指標(biāo)Table4 TechnicalindicatorsofPRS添加劑類(lèi)型外觀粒徑/mm密度/(g·cm-3)PRS灰色顆粒狀2～50931～0943軟化點(diǎn)/℃廠家建議摻量范圍(占集料質(zhì)量百分比)/%17506～08

表5 BRA巖瀝青主要技術(shù)參數(shù)Table5 TechnicalindicatorsofBRA項(xiàng)目外觀瀝青含量/%試驗(yàn)結(jié)果深褐色細(xì)粒狀231技術(shù)要求≥18灰分/%密度/(g·cm-3)加熱損失/%含水量/%769175403403≥50170～190≤2≤2

1.4.4 抗剝落劑

采用陜西某高速公路采用的ARM非胺類(lèi)抗剝落劑，其性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6，抗剝落劑摻量為瀝青質(zhì)量的2%。

1.4.5 纖維

試驗(yàn)選用工程中常用的木質(zhì)素纖維和短切玄武巖纖維，2種纖維的主要技術(shù)性能指標(biāo)見(jiàn)表7，2種纖維的摻量為3.5%。

表6 抗剝落劑技術(shù)參數(shù)Table6 TechnicalindicatorsofARM密度/(g·cm-3)外觀pH閃點(diǎn)溶解性0964深褐色粘稠液體75≥250溶于瀝青難溶于水

表7 纖維主要技術(shù)參數(shù)Table7 Technicalindicatorsoffiber纖維種類(lèi)直徑/mm長(zhǎng)度/mm抗拉強(qiáng)度/MPa吸油率/%斷裂伸長(zhǎng)率/%密度/(g·cm-3)含水率/%木質(zhì)素纖維<014～528046163149611玄武巖纖維0113～5>1001189255043

2 摻加添加劑的橡膠改性瀝青流變特性

通常改性瀝青的評(píng)價(jià)體系有3種: ①針入度評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)指標(biāo)有針入度、軟化點(diǎn)、黏度、針入度指數(shù)等，我國(guó)目前采用針入度評(píng)價(jià)體系； ②基于瀝青混合料路用性能的PG分級(jí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)有表征瀝青高溫性能的DSR試驗(yàn)抗車(chē)轍因子、表征低溫性能的BBR試驗(yàn)進(jìn)度模量、蠕變斜率，美國(guó)大部分州都采用PG分級(jí)； ③評(píng)價(jià)改性瀝青的專(zhuān)用技術(shù)指標(biāo)，如測(cè)力延度、黏韌性、彈性恢復(fù)、儲(chǔ)存穩(wěn)定性率等。大量研究結(jié)果表明，我國(guó)現(xiàn)行針入度指標(biāo)評(píng)價(jià)橡膠改性瀝青性能有一定的局限性，本文按照SHRP提出的基于路用性能的PG分級(jí)，采用BBR和DSR試驗(yàn)研究摻加不同添加劑復(fù)合改性瀝青PG分級(jí)，同時(shí)采用針入度評(píng)價(jià)指標(biāo)中的黏度、軟化點(diǎn)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)不同添加劑對(duì)橡膠改性瀝青高低溫性能的改善效果。試驗(yàn)方法嚴(yán)格按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20 — 2011)和AASHTO T315相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1～圖3、表8。

圖1 DSR試驗(yàn)結(jié)果Figure1 DSR test results

圖2 軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果Figure 2 Softening point test results

圖3 177 ℃黏度試驗(yàn)結(jié)果Figure 3 177 ℃ viscosity test results

表8 BBR試驗(yàn)結(jié)果Table8 BBRtestresults添加劑種類(lèi)-6℃-12℃S/MPamS/MPam無(wú)添加劑4805641540410SBS3506871210476PRS7305121890321BRA6505231760336ARM5005461580378木質(zhì)素4406121450427玄武巖4106231380436添加劑種類(lèi)-18℃-24℃S/MPamS/MPam無(wú)添加劑28903114690219SBS22103742840317PRS38202295460164BRA35602645170175ARM29503014420221木質(zhì)素27603253120289玄武巖26803342980302

圖1～圖3、表8試驗(yàn)結(jié)果可知： ①試驗(yàn)溫度相同，從反映瀝青高溫性能177 ℃旋轉(zhuǎn)黏度、軟化點(diǎn)、DSR試驗(yàn)抗車(chē)轍因子指標(biāo)來(lái)看，摻加SBS、PR.S高模量劑、BRA巖瀝青、ARM抗剝落劑、木質(zhì)素和玄武巖6種添加劑后橡膠改性瀝青的軟化點(diǎn)、177 ℃黏度和抗車(chē)轍因子均有一定幅度增大，可見(jiàn)6種添加劑均能改善橡膠瀝青的高溫性能，其中SBS、PR.S高模量劑、BRA巖瀝青3種改性劑對(duì)橡膠瀝青高溫性能改善幅度最大，6種改性劑對(duì)橡膠瀝青高溫性能的提升幅度由大到小依次是：PR.S高模量劑>SBS>BRA巖瀝青>玄武巖纖維>木質(zhì)素纖維>ARM抗剝落劑>橡膠瀝青(無(wú)添加劑)。②177 ℃黏度用于表征改性瀝青的施工性能和高溫性能，黏度越大混合料施工難度越大，以改性瀝青黏度1.5～4.5 Pa·s作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，摻加6種添加劑后復(fù)合改性瀝青的177 ℃黏度均滿(mǎn)足要求，這是在沒(méi)有添加Sasobit溫拌劑條件下的黏度試驗(yàn)結(jié)果，可以預(yù)測(cè)，添加溫拌劑后6種復(fù)合改性瀝青的施工性能可以滿(mǎn)足施工要求。③以反映改性瀝青低溫性能BBR試驗(yàn)彎曲蠕變斜率和勁度模量指標(biāo)來(lái)看，摻加PR.S高模量劑、BRA巖瀝青2種添加劑后橡膠改性瀝青的DSR試驗(yàn)勁度模量增大，蠕變斜率減小，這表明摻加PR.S高模量劑和BRA巖瀝青均會(huì)導(dǎo)致橡膠改性瀝青釋放應(yīng)力的能力下降，脆性增加，PR.S高模量劑和BRA巖瀝青會(huì)對(duì)橡膠瀝青的低溫性能產(chǎn)生不利影響。摻加SBS、ARM抗剝落劑、木質(zhì)素和玄武巖4種改性劑對(duì)橡膠瀝青低溫性能有改善作用，其中SBS改性劑對(duì)橡膠瀝青低溫性能的改善效果最好，而ARM抗剝落劑的改善效果最差，這主要與ARM對(duì)瀝青混合料的改善作用主要體現(xiàn)在提高瀝青與集料之間的粘附性有關(guān)，此外纖維的加筋作用也會(huì)對(duì)橡膠瀝青的低溫性能有一定的提高，4種改性劑對(duì)橡膠瀝青低溫性能的改善幅度由大到小依次是：SBS>玄武巖>木質(zhì)素>ARM抗剝落劑。

3 摻加添加劑的溫拌橡膠改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用實(shí)體工程采用的AR — AC — 13礦料級(jí)配，混合料級(jí)配見(jiàn)表9。借鑒SPERPAVE設(shè)計(jì)方法以目標(biāo)空隙率確定最佳瀝青用量的思路，本文采用“等空隙率法”確定溫拌橡膠改性瀝青混合料的拌合、壓實(shí)溫度，橡膠粉改性瀝青混合料的壓實(shí)溫度為180 ℃，摻加添加劑的溫拌橡膠改性瀝青混合料壓實(shí)溫度為160 ℃。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得摻加6種改性劑后溫拌橡膠粉改性瀝青混合料的空隙率-溫度曲線(xiàn)，以4%空隙率對(duì)應(yīng)的馬歇爾擊實(shí)溫度確定溫拌橡膠改性瀝青混合料的拌和、壓實(shí)溫度，考慮到PR.S高模量劑、BRA巖瀝青、纖維和ARM非胺類(lèi)抗剝落劑對(duì)瀝青混合料增粘、改性作用主要發(fā)生在混合料拌合過(guò)程中，對(duì)于干法改性工藝的瀝青混合料增加了拌和時(shí)間。按照現(xiàn)行《公路瀝青路面施工規(guī)范》要求，以馬歇爾體積指標(biāo)和力學(xué)指標(biāo)確定6種添加劑的AR — AC — 13混合料最佳油石比，馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

表9 AR—AC—13橡膠瀝青混合料試驗(yàn)級(jí)配Table9 TraduationofAR—AC—13rubberasphaltmixture級(jí)配類(lèi)型不同篩孔(mm)通過(guò)百分率/%161329547523611806030150075AR—AC—13100965677317243153109826854

表10 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Table10 Marshalltestresults添加劑種類(lèi)OAC/%VV/%VMA/%VFA/%MS/kNFL/mm無(wú)添加劑6144014657271115315SBS6344014777291243273PRS6274014877311204214BRA6164014727281167229ARM6264014677271135291木質(zhì)素6454014757291094305玄武巖6314014827301132298

4 路用性能驗(yàn)證

現(xiàn)行瀝青施工規(guī)范要求采用車(chē)轍試驗(yàn)檢驗(yàn)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，采用-10 ℃小梁彎曲試驗(yàn)檢驗(yàn)瀝青混合料的低溫抗裂性，采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)檢驗(yàn)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。試驗(yàn)試件制備和試驗(yàn)方法嚴(yán)格按照《公路瀝青路面施工規(guī)范》(JTG F40—2004)和《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20 — 2011)執(zhí)行，不同添加劑的溫拌橡膠混合料路用性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4～圖6。

由圖4～圖6試驗(yàn)結(jié)果可知： ①與DSR、軟化點(diǎn)、黏度試驗(yàn)結(jié)果相類(lèi)似，摻加6種添加劑均會(huì)顯著改善橡膠瀝青混合料的抗車(chē)轍性能，摻加SBS、PR.S高模量劑、BRA巖瀝青、ARM抗剝落劑、木質(zhì)素和玄武巖6種添加劑后橡膠改性瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度分別增大了77%、112%、70%、15%、5%、44%，SBS、PR.S高模量劑和玄武巖纖維對(duì)橡膠瀝青混合料的高溫性能改善效果最好，相比ARM抗剝落劑對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的改善效果優(yōu)于木質(zhì)素纖維，這與添加劑對(duì)橡膠瀝青的高溫性能改善結(jié)果不一致，分析其原因，瀝青混合料的高溫性能不僅與瀝青的高溫性能有關(guān)，更取決于集料與瀝青之間的相互作用和混合料內(nèi)部的嵌擠程度，抗剝落劑對(duì)瀝青混合料的改善效果主要體現(xiàn)在增強(qiáng)瀝青與集料之間的粘附性方面，提高了混合料整體性，此外，摻加纖維后，木質(zhì)素纖維的吸油性造成混合料油石比增大，同樣感溫性增強(qiáng)，這會(huì)抵消部分“加筋作用”對(duì)橡膠瀝青高溫性能的效果。②低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加6種添加劑后，SBS、玄武巖、木質(zhì)素、ARM抗剝落劑4種改性劑可顯著改善橡膠瀝青混合料的抗破壞強(qiáng)度和釋放溫度應(yīng)力的能力，摻加PR.S高模量劑雖然會(huì)增強(qiáng)橡膠改性瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度，但混合料勁度模量增加幅度過(guò)大，導(dǎo)致其脆性增大，釋放荷載的能力減弱，反而對(duì)其低溫性能不利。摻加BRA巖瀝青后橡膠改性瀝青的破壞強(qiáng)度減小，同時(shí)彎曲應(yīng)變減小，總體而言，BRA巖瀝青對(duì)橡膠改性瀝青混合料低溫性能雖有影響，但降低幅度不大。③浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加6種添加劑后橡膠瀝青混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比均有所改善，滿(mǎn)足規(guī)范馬歇爾殘留穩(wěn)定度大于85%、凍融劈裂強(qiáng)度比大于80%的要求，相比對(duì)橡膠瀝青混合料水穩(wěn)定性的改善效果ARM抗剝落劑>玄武巖纖維>SBS>木質(zhì)素纖維>BRA巖瀝青>PR.S高模量。

圖4 車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果Figure 4 Rutting test results

圖5 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果Figure 5 Low temperature bending test

圖6 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Water stability test results

5 摻加添加劑的橡膠粉改性瀝青混合料耐久性

為了在短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)評(píng)價(jià)6種添加劑對(duì)溫拌橡膠瀝青長(zhǎng)期使用性能的改善效果，該文采用四分點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)和APA試驗(yàn)對(duì)摻加添加劑的橡膠粉改性瀝青混合料耐久性展開(kāi)研究。

5.1 四分點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)

通常采用間接拉伸疲勞試驗(yàn)和小梁彎曲疲勞試驗(yàn)研究瀝青混合料的抗疲勞性能，加載方式以控制應(yīng)力加載為主，這種加載方式疲勞壽命往往不超過(guò)數(shù)萬(wàn)次，數(shù)據(jù)離散性大，且與路面結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀況相差較大。研究表明，在應(yīng)變控制疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，瀝青混合料的受力狀態(tài)更接近瀝青路面的實(shí)際情況，而瀝青層底拉應(yīng)變也是計(jì)算路面結(jié)構(gòu)厚度的重要控制指標(biāo)之一。本文采用四分點(diǎn)控制應(yīng)變疲勞試驗(yàn)研究6種添加劑對(duì)橡膠改性瀝青混合料的抗疲勞耐久性的影響。疲勞試件尺寸為400 mm(長(zhǎng))×400 mm(寬)×80 mm(高)，試驗(yàn)溫度為15 ℃，控制應(yīng)變水平為200、300、400、500 με，一組3個(gè)平行試件，疲勞試驗(yàn)在美國(guó)進(jìn)口四分點(diǎn)加載疲勞機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11,圖7。

表11及圖7疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明: 各應(yīng)變水平下，摻加PR.S高模量劑、SBS、玄武巖纖維不僅疲勞壽命和應(yīng)變水平雙對(duì)數(shù)擬合結(jié)果斜率小，截距也較大，3種添加劑的瀝青混合料疲勞性能最好。相同應(yīng)變水平下6種添加劑的橡膠粉改性瀝青混合料疲勞壽命由大到小依次是：PR.S高模量劑>SBS>玄武巖纖維>BRA巖瀝青>木質(zhì)素纖維>ARM抗剝落劑。高模量劑對(duì)橡膠粉改性瀝青混合料抗疲勞性能改善效果最好這與高模量劑增強(qiáng)了瀝青混合料的勁度模量而橡膠改性瀝青增強(qiáng)了混合料柔性和釋放荷載的能力有關(guān)。

表11 疲勞試驗(yàn)結(jié)果Table11 Fatiguetestresults添加劑種類(lèi)應(yīng)變水平/με200300400500無(wú)添加劑78623401367669368240144146SBS83122942412819452429258699PRS85166312635194488537275574BRA81595232227587426434218365ARM76731051984184373604181598木質(zhì)素纖維82097642256890430984223709玄武巖纖維83000972300984445809230987

圖7 疲勞試驗(yàn)擬合結(jié)果Figure 7 Fatigue test result

5.2 APA試驗(yàn)

高溫穩(wěn)定性是在高溫、反復(fù)車(chē)輪荷載作用下，瀝青混合料抵抗永久變形的能力。由于高溫高濕環(huán)境瀝青混合料的抗變形能力很大程度上受水和環(huán)境溫度的影響，本文采用浸水漢堡車(chē)轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)6種添加對(duì)橡膠瀝青混合料在水溫耦合作用下的抗車(chē)轍變形能力。參考已有研究成果，浸水漢堡車(chē)轍試驗(yàn)溫度為50 ℃，試驗(yàn)輪標(biāo)準(zhǔn)荷載710 N，試驗(yàn)輪行走速率為52次/min。參考已有研究成果，采用剝落次數(shù)、剝落速率、最終車(chē)轍深度、車(chē)轍變化率、破壞次數(shù)綜合評(píng)價(jià)6種添加劑的溫拌橡膠瀝青混合料在高溫-水耦合作用下性能的優(yōu)劣，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 APA試驗(yàn)結(jié)果Table12 APAtestresults添加劑種類(lèi)剝落次數(shù)/次剝落速率/(次·mm-1)車(chē)轍深度/mm車(chē)轍變化率/(mm·103次-1)破壞次數(shù)/次無(wú)添加劑1216415361458137216509SBS1789010541078064020000PRS18990989924051320000BRA191808101187064620000ARM199077721366071420000木質(zhì)素纖維1580913091287088820000玄武巖纖維190847891178064420000

表12試驗(yàn)結(jié)果表明： 相同試驗(yàn)條件下，與橡膠粉改性瀝青混合料相比，摻加6種添加劑后橡膠改性瀝青混合料抗剝落次數(shù)增大、剝落速率增大、車(chē)轍深度減小、車(chē)轍變化率減小，破壞次數(shù)增大，可見(jiàn)摻加SBS、PR.S、BRA、ARM、木質(zhì)素纖維、玄武巖纖維可提高橡膠瀝青混合料在水溫耦合作用下的抗永久變形能力。綜合考慮漢堡車(chē)轍試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)，高溫浸水條件下的抗車(chē)轍能力依次是PR.S高模量劑>SBS>玄武巖纖維>BRA巖瀝青>ARM抗剝落劑>木質(zhì)素纖維，高溫浸水條件下的水穩(wěn)定性依次ARM抗剝落劑>BRA巖瀝青>玄武巖纖維>PR.S高模量劑>SBS>木質(zhì)素纖維。水溫耦合作用下的水穩(wěn)定性與抗車(chē)轍能力不一致，這主要是ARM通過(guò)物化吸附作用加提高了瀝青與集料之間的粘附性，但并未顯著提高瀝青的勁度模量， BRA中灰分含有大量堿性礦物，在改善瀝青與集料之間粘結(jié)強(qiáng)度的同時(shí)提高了瀝青的高溫分級(jí)，在水 — 溫 — 荷載耦合作用下的綜合路用性能均最好，玄武巖纖維通過(guò)“吸附穩(wěn)定作用”、“加緊錨固作用”改善了橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定性和抗變形能力。

6 試驗(yàn)段鋪筑

結(jié)合2014年浙江某高速公路改擴(kuò)建工程，行了4 cm摻加PR.S高模量劑、SBS、ARM抗剝落劑和BRA巖瀝青4種添加劑的溫拌AR — AC — 13橡膠改性瀝青混合料上面層鋪設(shè)，試驗(yàn)段地處高溫多雨區(qū)，夏季最高溫度41 ℃，降雨量大于800 mm，4種添加劑的溫拌橡膠瀝青混合料試驗(yàn)段鋪設(shè)長(zhǎng)度各500 m，總長(zhǎng)度2 000 m，旨在驗(yàn)證該文的研究成果。工程實(shí)踐表明，摻加添加劑的溫拌橡膠瀝青混合料出料溫度控制在160～165 ℃，從生產(chǎn)的瀝青混合料外觀來(lái)看，瀝青裹覆均勻，無(wú)花白料、纖維分散性良好、無(wú)團(tuán)體結(jié)塊和離析泛油現(xiàn)象，相比普通橡膠瀝青混合料石料加熱溫度明顯降低，燃油消耗降低。通過(guò)近2 a的試驗(yàn)路檢測(cè)，摻加PR.S高模量劑、SBS、ARM抗剝落劑和BRA巖瀝青4種添加劑的溫拌AR-AC-13橡膠改性瀝青混合料有效地減少了瀝青路面的早期破壞，目前沒(méi)有明顯的車(chē)轍和水損害，路面使用狀況良好，可見(jiàn)采用PR.S高模量劑、SBS、ARM抗剝落劑和BRA巖瀝青可減少高溫高濕環(huán)境瀝青路面的早期損害、延長(zhǎng)路面的使用疲勞壽命。

7 結(jié)論

摻加溫拌劑可使橡膠改性瀝青混合料的拌合溫度降低25 ℃，節(jié)能減排效果明顯，采用“等空隙率法”確定溫拌橡膠改性瀝青混合料的拌合溫度是合理可行的。摻加6種添加劑后橡膠瀝青混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比均有所改善，滿(mǎn)足規(guī)范馬歇爾殘留穩(wěn)定度大于85%、凍融劈裂強(qiáng)度比大于80%的要求，相比對(duì)橡膠瀝青混合料水穩(wěn)定性的改善效果ARM抗剝落劑>玄武巖纖維>SBS>木質(zhì)素纖維>BRA巖瀝青>PR.S高模量。6種改性劑對(duì)橡膠瀝青高溫性能的提升幅度由大到小依次是：PR.S高模量劑>SBS>BRA巖瀝青>玄武巖纖維>木質(zhì)素纖維>ARM抗剝落劑>橡膠瀝青，高溫浸水條件下的抗車(chē)轍能力依次是PR.S高模量劑>SBS>玄武巖纖維>BRA巖瀝青>ARM抗剝落劑>木質(zhì)素纖維，高溫浸水條件下的水穩(wěn)定性依次ARM抗剝落劑>BRA巖瀝青>玄武巖纖維>PR.S高模量劑>SBS>木質(zhì)素纖維。建議在高溫高濕環(huán)境優(yōu)先選用BRA巖瀝青和高模量劑來(lái)改善溫拌橡膠瀝青混合料的抗車(chē)轍性能。

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Influence of Additives on Water Stability and High Temperature Stability of Warm Rubber Asphalt Mixture in High Temperature and Humidity Environment

OUYANG Kun

(Guizhou Vocational and Technical College of Urban Construction Branch, Guiyang, Guizhou 550008, China)

warm mix asphalt mixture performance test of rubber not fully consider climate conditions and material conditions of high temperature and high humidity environment situation, lead to diseases increased temperature mixing rubber modified asphalt mixture. In order to improve the high temperature and high humidity environment temperature mixing rubber high temperature stability and water stability of asphalt mixture, based on "such as void fraction method" to determine the temperature of mixing rubber modified asphalt mixture mixing and compaction temperature, based on rutting, low temperature bending, Marshall immersion, freeze-thaw splitting, quartile loading fatigue test and high temperature under the condition of APA immersion test, the system studied SBS, PR, S high modulus agent, BRA rock asphalt, ARM anti-stripping agent, lignin and basalt 6 kinds of additives of warm mix rubber modified asphalt mixture road with the influence of performance and durability. Research results show that after adding 6 kinds of additive temperature mixing rubber high temperature stability of asphalt mixture and the qualitative all have different levels of the water temperature, adding PR. S high modulus and BRA are rock asphalt rubber modified asphalt mixture at low temperature performance degradation, 6 kinds of additives on performance of rubber asphalt high temperature rise from big to small in turn is: PR.S>SBS>basalt fiber>BRA rock asphalt>lignin fiber>ARM antistripping agent；the fatigue life from big to small in turn is: PR.S> SBS>basalt fiber BRA rock asphalt>ARM>lignin fibers; Under the condition of high temperature immersion rutting resistance, in turn, is PR.S>SBS>basalt fiber>ARM>BRA rock asphalt>lignin fibers. Recommended in high temperature and humidity environment preferable BRA rock asphalt and PR.S to improve temperature anti-rutting performance of rubber asphalt mixture.

road engineering； high temperature and humidity environment； additives； road performance； durability

2016 — 06 — 21

歐陽(yáng)焜(1980-)，男，貴州貴陽(yáng)人，工程師，從事建筑工程設(shè)計(jì)與教學(xué)工作。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0237 — 08