橡膠瀝青混合料高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究

陳振華 郭 平 馬慶偉

(1.長(zhǎng)安大學(xué)教育部道路工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064； 2.西安公路研究院，陜西 西安 710065)

橡膠瀝青混合料高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究

陳振華1郭 平2馬慶偉2

(1.長(zhǎng)安大學(xué)教育部道路工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064； 2.西安公路研究院，陜西 西安 710065)

為研究橡膠瀝青混合料的高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，在各自最佳油石比下成型ARGM，CR/SBSGM，SMA三種車轍板，通過(guò)比較不同溫度下車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度、動(dòng)抗壓強(qiáng)度、綜合穩(wěn)定指數(shù)、殘余服務(wù)壽命指標(biāo)，得到不同瀝青混合料的四個(gè)指標(biāo)具有一致性。

橡膠瀝青混合料，高溫性能，車轍試驗(yàn)，動(dòng)抗壓強(qiáng)度，綜合穩(wěn)定指數(shù)

0 引言

在應(yīng)用橡膠瀝青混合料在路面面層的過(guò)程中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不高，但是橡膠瀝青路面出現(xiàn)車轍的病害較少。關(guān)于瀝青混合料車轍試驗(yàn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，近十年來(lái)國(guó)內(nèi)部分學(xué)者提出不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2005年，彭波和陳忠達(dá)研究發(fā)現(xiàn)：提出用車轍系數(shù)(WRI)評(píng)價(jià)混合料的高溫性能[1]。同年，閆其來(lái)提出動(dòng)穩(wěn)定度輔助指標(biāo)b0，即為車轍試驗(yàn)穩(wěn)定期曲線切線的延長(zhǎng)線在縱坐標(biāo)上的截距，用該指標(biāo)評(píng)價(jià)混合料的高溫性能[2]。

2006年，陳忠達(dá)提出動(dòng)抗壓強(qiáng)度(DCS)指標(biāo)，其實(shí)該指標(biāo)與車轍系數(shù)實(shí)際內(nèi)容一樣，只不過(guò)概念上更加合理[3]。杜順成和戴經(jīng)梁基于壓實(shí)理論提出全新的評(píng)價(jià)指標(biāo)——綜合穩(wěn)定指數(shù)C評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫性能[4]。

2012年，楊銀培基于路面車轍預(yù)估思想提出殘余服務(wù)壽命Ns作為混合料的高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)[5]。2013年，劉晏榮提出以動(dòng)穩(wěn)定指數(shù)(DSI)作為混合料高溫穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，該指標(biāo)實(shí)際是彭波研究中的一部分[6]。

在橡膠瀝青混合料的高溫性能研究中，都沒(méi)有相關(guān)論文在這方面的研究，本文首先通過(guò)體積設(shè)計(jì)方法成型三種間斷級(jí)配瀝青混合料：ARGM，CR/SBSGM，SMA，并在各自最佳油石比下成型車轍板，然后通過(guò)比較上述不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)，最后得出橡膠瀝青混合料的高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的聯(lián)系。

1 試驗(yàn)材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

基質(zhì)瀝青采用加德士90號(hào)A級(jí)瀝青；SBS改性劑為北京燕山4303星型；橡膠粉用貨車斜交輪胎為原材料，目數(shù)為30目。

瀝青混合料使用的粗集料規(guī)格為9.5 mm～16 mm，4.75 mm～9.5 mm，2.36 mm～4.75 mm；細(xì)集料和填料采用石灰?guī)r9.5 mm～19 mm碎石自行加工生產(chǎn)的規(guī)格分別為0 mm～2.36 mm的機(jī)制砂和小于0.075 mm的礦粉。

1.2 三種間斷級(jí)配瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

橡膠瀝青混合料ARGM-13和復(fù)合橡膠瀝青混合料CR/SBSGM-13采用間斷骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，其級(jí)配范圍主要參考陜西省SMA的級(jí)配范圍，綜合考慮王旭東推薦的級(jí)配范圍和美國(guó)亞利桑那州的級(jí)配范圍，具體級(jí)配見(jiàn)陜西省地標(biāo)[7]。

經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)，得到：ARGM-13橡膠瀝青混合料采用目標(biāo)空隙率5%時(shí)確定的最佳油石比為6.2%。CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青混合料采用目標(biāo)空隙率5%確定其最佳油石比為6.2%。SMA混合料采用目標(biāo)空隙率4%確定其最佳油石比為5.4%。

2 高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

2.1 現(xiàn)有混合料高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)理論分析

1)動(dòng)穩(wěn)定度DS(Dynamic Stability)。

動(dòng)穩(wěn)定度(DS)是中國(guó)目前用得比較廣泛的車轍指標(biāo)。

2)穩(wěn)定度輔助指標(biāo)b0。

動(dòng)穩(wěn)定度輔助指標(biāo)b0，為車轍試驗(yàn)穩(wěn)定期曲線切線的延長(zhǎng)線在縱坐標(biāo)軸上的截距(見(jiàn)圖1)，既反映了車轍的發(fā)展趨勢(shì)，又考慮了初始變形的影響。該指標(biāo)只是輔助指標(biāo)，當(dāng)與動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)矛盾時(shí)，以DS為主。

3)動(dòng)抗壓強(qiáng)度DCS(Dynamic Compression Stability)。

動(dòng)抗壓強(qiáng)度DCS，即產(chǎn)生單位面積的累積永久變形量所能承受的動(dòng)壓力大小，其計(jì)算公式為：

累積永久變形量S0實(shí)際是變形—時(shí)間曲線的面積，本文采用的是origin中的積分功能求解，具體不展開(kāi)闡述。具體計(jì)算方法可見(jiàn)王文君一文。由上式明顯看出：變形量d2越大，動(dòng)壓力越小，累積永久變形量越大，因而動(dòng)抗壓強(qiáng)度越小，路面的高溫抗變形能力越差。

4)綜合穩(wěn)定指數(shù)C(ComplexStabilityIndex)。

綜合穩(wěn)定指數(shù)C進(jìn)行高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)：

實(shí)際可表示為C=DS/d1，多了分母d1，考慮了在45min前軸載壓力造成的變形量，在一定程度上減少了現(xiàn)行規(guī)范中僅取整個(gè)碾壓過(guò)程最后15min的變形量計(jì)算動(dòng)穩(wěn)定度所造成的永久變形量大、動(dòng)穩(wěn)定度亦大的不合理情況。C值越大，路面的高溫抗變形能力越好。

5)殘余服務(wù)壽命Ns。

基于車轍預(yù)估的思想，提出殘余服務(wù)壽命指標(biāo)Ns。計(jì)算式如下：

對(duì)于容許變形Rt值，主要根據(jù)實(shí)際路面車轍內(nèi)積水時(shí)保證行車安全的方法確定，參照楊銀培[5]的方法，將容許變形值統(tǒng)一為15mm。明顯，該指標(biāo)也與變形量d2緊密聯(lián)系，即變形量大，高溫性能差。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

為研究混合料的高溫指標(biāo)，采用三種間斷級(jí)配混合料進(jìn)行60 ℃，70 ℃車轍試驗(yàn)，并比較各種指標(biāo)的關(guān)系。具體指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，表2。對(duì)比見(jiàn)圖2。

表1 三種間斷級(jí)配混合料的60 ℃車轍試驗(yàn)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的比較

表2 三種間斷級(jí)配混合料的70 ℃車轍試驗(yàn)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的比較

由2.1節(jié)的分析可知，動(dòng)穩(wěn)定度DS、動(dòng)抗壓強(qiáng)度DCS、綜合穩(wěn)定指數(shù)C和殘余服務(wù)壽命Ns越大，高溫性能就越好。由表2及圖2，顯示出在不同的混合料，不同的溫度下，四個(gè)指標(biāo)有著驚人的一致性，即：第60分鐘變形量越大，動(dòng)穩(wěn)定度DS、動(dòng)抗壓強(qiáng)度DCS、綜合穩(wěn)定指數(shù)C和殘余服務(wù)壽命Ns就越小，因而高溫性能就差。但是從變異系數(shù)來(lái)看，殘余服務(wù)壽命Ns的變異系數(shù)較動(dòng)抗壓強(qiáng)度DCS、綜合穩(wěn)定指數(shù)C要小，因而相對(duì)來(lái)說(shuō)，殘余服務(wù)壽命Ns比較能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)混合料的高溫性能。

橡膠瀝青混合料60 min時(shí)的變形量比其他兩種混合料要大的原因可能是橡膠瀝青中的膠粉的存在使混合料在高溫、重載作用下容易壓密，因而第60分鐘變形量大，從而導(dǎo)致其高溫性能的四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)均小于其他混合料。而添加抗車轍劑后可大大改善其剛度，因而變形量較小，從而四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)均大于其他混合料，即高溫能力改善。

從圖2中的四個(gè)指標(biāo)可看出，復(fù)合橡膠瀝青混合料CR/SBSGM相對(duì)其他混合料，70 ℃的抗車轍能力比60 ℃衰減的較小，因而其抗70 ℃高溫的能力更強(qiáng)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)橡膠瀝青混合料的高溫評(píng)價(jià)指標(biāo)分析，主要得出如下結(jié)論：

1)無(wú)論是60 ℃或70 ℃的車轍試驗(yàn)，混合料的高溫性能均為：ARGM(+抗車轍劑)>SMA>CR/SBSGM>ARGM。即橡膠瀝青混合料在高溫、重載作用下變形量最大，高溫性能最差。而且由于不同混合料的第60分鐘的變形量差異明顯，因此混合料的DS，DCS，C，Ns四個(gè)指標(biāo)具有內(nèi)在統(tǒng)一性。

2)復(fù)合橡膠瀝青混合料CR/SBSGM相對(duì)于其他混合料，70 ℃的抗車轍能力比60 ℃衰減的較小，因而其抗70 ℃高溫的能力更強(qiáng)。

[1] 彭 波，袁萬(wàn)杰，陳忠達(dá).用車轍系數(shù)評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗車轍性能[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，33(12)：84-86.

[2] 閆其來(lái).瀝青混合料抗車轍性能試驗(yàn)研究[D].南京：東南大學(xué)，2005.

[3] 陳忠達(dá)，袁萬(wàn)杰，薛 航，等.瀝青混合料高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，26(5)：1-4.

[4] 杜順成，戴經(jīng)梁.瀝青混合料永久變形評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2006，19(5)：18-22.

[5] 楊銀培.瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J].公路與汽運(yùn)，2012(1)：95-98.

[6] 劉晏榮，王 科，汪 涯.瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J].公路，2013(6)：208-211.

[7] DB61/T 1021—2016，橡膠瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[8] 王文君，劉紅軻.累積永久變形量的計(jì)算方法及動(dòng)抗壓強(qiáng)度的適用性[J].華東公路，2012(4)：93-96.

Study on evaluation index of high temperature performance of asphalt rubber mixture

Chen Zhenhua1Guo Ping2Ma Qingwei2

(1.KeyLaboratoryforHighwayEngineeringofMinistryofEducation,Chang’anUniversity，Xi’an710064,China； 2.Xi’anHighwayResearchInstitue,Xi’an710065,China)

In order to study the high temperature performance evaluation index of asphalt rubber mixture, and form the three different mixture slap under their respective OAC. Through the comparison of different temperature rutting test of dynamic stability, dynamic compression stability, complex stability index, residual service life index, conclude that different asphalt mixture of the four indexes are consistent.

asphalt rubber mixture, high temperature performance, rutting test, dynamic compression stability, complex stability index

1009-6825(2017)03-0111-02

2016-11-01

陳振華(1991- )，男，在讀碩士

TU535

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