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        橡膠瀝青配合比設(shè)計(jì)及性能研究

        2015-04-26 09:12:12陳永紅
        湖南交通科技 2015年1期
        關(guān)鍵詞:橡膠粉油石橡膠

        陳永紅

        (重慶市市政設(shè)計(jì)研究院,重慶 400020)

        0 引言

        近十余年是中國(guó)公路建設(shè)“大干快上”的高速發(fā)展期,公路總里程從2000 年的140 萬(wàn)km 躍升至2012 年的424 萬(wàn)km,其中高速公路里程從2000 年的1.63 萬(wàn)km 增長(zhǎng)到2012 年的9.62 萬(wàn)km,超越美國(guó)成為世界第一大的高速公路網(wǎng)。瀝青路面以良好的行車舒適性和優(yōu)異的使用性能占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。全球變暖、重載增加、車速提高使得瀝青路面建成早期就出現(xiàn)破壞,主要表現(xiàn)為水穩(wěn)定性和車轍。如何改善瀝青混合料性能、延長(zhǎng)路面使用壽命成為研究熱點(diǎn)。

        我國(guó)汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展帶來(lái)了一系列問(wèn)題,廢舊輪胎堆積如山,“黑色污染”成為21 世紀(jì)重大環(huán)境問(wèn)題。對(duì)廢舊輪胎進(jìn)行燃燒填埋處理,既白白浪費(fèi)資源,又造成環(huán)境污染,廢舊橡膠輪胎如何應(yīng)用于瀝青路面成為研究熱點(diǎn)[1,2]。順應(yīng)時(shí)代潮流,橡膠瀝青技術(shù)迎來(lái)了發(fā)展良機(jī)[3-8]。目前,橡膠粉瀝青技術(shù)主要分“干法”和“濕法”兩種?!案煞ā本褪窃诩习韬线^(guò)程中直接將橡膠粉加入到瀝青混合料中,制成橡膠粉改性瀝青混合料;“濕法”是將橡膠粉在高溫下加入到熱瀝青中,制成改性瀝青,然后進(jìn)行混合料拌合。橡膠粉瀝青技術(shù)既可以變廢為寶,消耗廢舊輪胎,又可以顯著改善瀝青混合料性能,對(duì)構(gòu)建“綠色低碳環(huán)?!苯煌ㄟ\(yùn)輸事業(yè)具有重要意義。

        1 橡膠瀝青改性指標(biāo)要求

        本項(xiàng)目依托西南某高速公路,橡膠粉采用干法摻加,技術(shù)要求見(jiàn)表1 ~表3。根據(jù)工程低碳環(huán)保路面工程專項(xiàng)設(shè)計(jì)要求,將橡膠粉按照20%±2%劑量摻配到70#A 級(jí)瀝青中制備成橡膠瀝青,其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表4 中的要求。

        表1 橡膠粉篩分規(guī)格

        表2 橡膠粉的物理技術(shù)指標(biāo)與技術(shù)要求

        表3 橡膠粉的化學(xué)技術(shù)指標(biāo)與技術(shù)要求 %

        表4 橡膠瀝青技術(shù)要求

        2 配合比設(shè)計(jì)

        瀝青混合料規(guī)定級(jí)配為SMA-13,按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)、橡膠瀝青與混合料設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南(交通部公路科學(xué)研究院)、《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)的規(guī)定,進(jìn)行混合料體積指標(biāo)檢測(cè)。最終確定B 級(jí)配為最佳級(jí)配見(jiàn)表5,粗集料骨架松裝間隙率檢測(cè)見(jiàn)表6,3 組級(jí)配混合料檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表7。

        表5 橡膠瀝青SMA-13 目標(biāo)配合比合成級(jí)配

        表6 粗集料骨架松裝間隙率

        以5.9%、6.2%、6.5%、6.8%、7.1%這5 組油石比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn),檢測(cè)瀝青混合料體積指標(biāo)及力學(xué)指標(biāo),檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表8 所示,油石比分析如圖1所示。

        根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果,在曲線中求毛體積相對(duì)密度最大值、穩(wěn)定度最大值、空隙率中值、飽和度中值分別對(duì)應(yīng)的油石比,OAC1=6.44%,根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)油石比范圍OACmin~OACmax計(jì)算OAC2=6.62%,OAC3=6.53%。根據(jù)氣候分區(qū)劃分,該區(qū)域地處1-4,氣候?yàn)橄难谉釁^(qū),且為重載交通高速公路。因此,綜合考慮成渝高速公路所處地理位置及環(huán)境,將本次配合比最佳油石比選定為6.5%。

        表7 瀝青混合料目標(biāo)配合比級(jí)配選定數(shù)據(jù)匯總

        表8 馬歇爾試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

        圖1 油石比分析圖

        3 性能研究

        試驗(yàn)采用相同填料、機(jī)制砂、碎石、級(jí)配下使用SBS 改性瀝青(木質(zhì)素纖維摻量為瀝青混合料質(zhì)量的0.3%,SBS 改性瀝青、木質(zhì)素纖維檢測(cè)結(jié)果合格)按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行SBS-SMA-13 瀝青混合料設(shè)計(jì),與AR-SMA-13 橡膠瀝青混合料基本相同的空隙率下進(jìn)行路用性能比較研究。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表9。

        由表9 可知,摻加20%±2%橡膠粉后的橡膠瀝青混合料的與SBS 改性瀝青混合料的路用性能都能滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。對(duì)4 cm 厚度的橡膠瀝青SMA-13 表面層進(jìn)行的配合比設(shè)計(jì)及路用性能檢驗(yàn):所撿指標(biāo)符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

        本次配合比級(jí)配選擇B 級(jí)配作為橡膠瀝青SMA-13 表面層目標(biāo)配合比標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配,瀝青混合料最佳油石比為6.5%。通過(guò)橡膠瀝青SMA-13 表面層目標(biāo)配合比設(shè)計(jì),確定瀝青混合料相關(guān)參數(shù):實(shí)測(cè)理論最大相對(duì)密度為2.588,毛體積相對(duì)密度為2.492,目標(biāo)空隙率為3.7%。通過(guò)瀝青混合料謝倫堡析漏、肯塔堡飛散、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比、動(dòng)穩(wěn)定度、滲水系數(shù)、低溫彎曲等進(jìn)行檢驗(yàn),其路用性能均滿足設(shè)計(jì)要求。

        表9 瀝青混合料性能檢測(cè)結(jié)果

        4 環(huán)境效益分析

        按公式m=ρv=ρSH 計(jì)算本項(xiàng)目橡膠瀝青混凝土用量,按油石比及橡膠粉摻量20%計(jì)算瀝青總量及橡膠粉總量,結(jié)果如表10 所示。

        表10 橡膠瀝青混合料、瀝青、橡膠粉使用總量 t

        由表10 可得:本工程將使用約69.6 t 橡膠粉,按40 kg/條輪胎的平均重量計(jì),則可以消耗廢舊輪胎1 740 條,同時(shí)也可節(jié)約堆放輪胎可能占用的土地約0.12 hm2??梢?jiàn),橡膠瀝青的使用具有很好的循環(huán)利用效益。同時(shí)橡膠瀝青路面有良好的降噪效果,降低表面層噪音約5 dB。

        5 結(jié)論

        本文結(jié)合西南某高速公路工程,進(jìn)行了橡膠瀝青路面配合比設(shè)計(jì)及性能研究,并進(jìn)行了環(huán)境效益評(píng)估,得到以下結(jié)論:

        1)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛩臈l件及交通量水平,通過(guò)試驗(yàn)最終確定B 級(jí)配為最佳級(jí)配,通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果確定最佳油石比為6.5%。

        2)本工程共使用橡膠粉69.6 t,耗費(fèi)廢舊輪胎約1 740 條,降低表面層噪音約5 dB。

        [1]楊人鳳,劉 平.橡膠瀝青技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2009,26(2):14-17.

        [2]白國(guó)濤.橡膠瀝青技術(shù)概述[J].北方交通,2005(9):14-16.

        [3]謝昭彬,馬 韌,賀國(guó)京.橡膠瀝青老化對(duì)其混合料水穩(wěn)定性影響研究[J].公路工程,2011,36(2):178-182.

        [4]黃 彭,呂偉民,張福清.橡膠粉改性瀝青混合料性能與工藝技術(shù)的研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2001(S1).

        [5]于 玲.橡膠瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)參數(shù)試驗(yàn)研究[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,26(6).

        [6]彭慶躍.橡膠瀝青混合料骨架嵌擠級(jí)配優(yōu)化及配合比設(shè)計(jì)方法研究與應(yīng)用[J].湖南交通科技,2009,35(4).

        [7]交通部公路科學(xué)研究院.橡膠瀝青及混合料設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南[M].北京:人民交通出版社,2008.

        [8]王旭東.橡膠瀝青及混凝土應(yīng)用成套技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2008.

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