孟召明

(新疆希爾路橋工程有限公司，新疆 烏魯木齊　830011)

?

不同粗細(xì)級配的橡膠瀝青混合料路用性能對比研究

孟召明

(新疆希爾路橋工程有限公司，新疆 烏魯木齊830011)

為了研究橡膠瀝青混合料的路用性能，選用AC-13(粗)、AC-13(中)和AC-13(細(xì))3種級配，研究了橡膠顆粒目數(shù)對混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，相比于基質(zhì)瀝青混合料，橡膠瀝青混合料具有更好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性；級配不同，混合料高溫穩(wěn)定性最佳時(shí)對應(yīng)的橡膠顆粒目數(shù)不同；隨著橡膠顆粒目數(shù)的增大，最大彎拉應(yīng)變逐漸增大，橡膠瀝青混合料的低溫抗裂性逐漸提高；3種橡膠瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比都大于80%，橡膠顆粒粗細(xì)對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響較小；AC-13(細(xì))瀝青混合料的水穩(wěn)定性最好。

；橡膠瀝青混合料；路用性能；高溫穩(wěn)定性；低溫抗裂性；水穩(wěn)定性

0　前言

進(jìn)入21世紀(jì)，我國公路交通事業(yè)進(jìn)入了一個(gè)前所未有的發(fā)展時(shí)期，公路總里程不斷增長，車流量不斷增大，同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展交通渠化也日益嚴(yán)重，重載超載比例車輛不斷增多[1-3]。人們對道路路面的使用功能的要求也越來越高，不僅要求路面具有平整度高、耐久性好、行車安全性高等特點(diǎn)，而且要求路面具有良好的行車舒適性，還能降低噪音、減少污染[4-7]。橡膠瀝青路面的出現(xiàn)，為解決以上問題提供了新的思路。研究表明[8-11]，將廢舊橡膠經(jīng)過特殊處理，添加到瀝青混合料中，不僅可以減少環(huán)境污染，而且能有效改善瀝青路面的使用功能，延長路面使用壽命。然而，所選用的橡膠顆粒不同、瀝青混合料級配不同，橡膠瀝青混合料的性能必定會有所不同，對應(yīng)的瀝青路面的使用性能也會有所不同。本文通過室內(nèi)試驗(yàn)，研究了橡膠顆粒目數(shù)、瀝青混合料級配對橡膠瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性等路用性能的影響，對指導(dǎo)橡膠瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)和施工具有重要意義。

1　試驗(yàn)

1.1原材料

瀝青選用AS90#基質(zhì)瀝青，基本技術(shù)指標(biāo)見表1。橡膠粉是在常溫下粉碎的橡膠顆粒，目數(shù)分別為40目、60目和80目，具有良好的物理力學(xué)性能。瀝青混合料級配選用AC-13(粗)、AC-13(中)和AC-13(細(xì))3種級配，其主要組成見表2，3種瀝青混合料的最佳油石比分別為4.3%、4.5%和5.0%。

1.2橡膠瀝青制備

橡膠瀝青改性采用濕法工藝，在(190±5)℃條件下，用強(qiáng)力攪拌器以250 r/min的轉(zhuǎn)速將瀝青與橡膠粉混合攪拌90 min即制得橡膠瀝青，將不同橡膠粉細(xì)度和摻量的橡膠瀝青與礦料拌和制得橡膠瀝青混合料。

表1 基質(zhì)瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)類別針入度(25℃,100g,5s)/(0.1mm)軟化點(diǎn)/℃延度(5cm/min,5℃)/cm閃點(diǎn)/℃RTFOT后質(zhì)量損失/%實(shí)測值64.859.0>1002960.34技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)60.0～80.0≥46.0>100≥260.0±0.8

表2 瀝青混合料級配級配類型通過下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-13細(xì)100100856850382820158AC-13粗100906838241510754AC-13中1009576.5533726.51913.5106

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1高溫穩(wěn)定性

在AC-13(粗)、AC-13(中)和AC-13(細(xì))3種瀝青混合料中加入相同質(zhì)量不同目數(shù)(40目、60目和80目)的橡膠顆粒，進(jìn)行60 ℃車轍試驗(yàn)測定混合料的動穩(wěn)定度和車轍深度，研究橡膠顆粒對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1　橡膠粉對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響

從圖1可以看出，與基質(zhì)瀝青混合料相比，橡膠瀝青混合料動穩(wěn)定度明顯增大，車轍深度明顯減小，表明橡膠顆粒能明顯改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，添加不同粗細(xì)的橡膠顆粒后，瀝青混合料的動穩(wěn)定度都大于3 000次/mm，符合規(guī)范對改性瀝青混合料動穩(wěn)定度的要求。對同一種瀝青混合料而言，橡膠顆粒越粗，動穩(wěn)定度越大，高溫穩(wěn)定性越好，例如對AC-13(粗)橡膠瀝青混合料而言，目數(shù)為40目、60目和80目的橡膠瀝青混合料的動穩(wěn)定度分別為6 915、6 051和5 115次/mm；這是因?yàn)樵谙鹉z瀝青混合料中，橡膠顆粒的存在能填充在瀝青混合料內(nèi)部的空隙之中，且橡膠顆粒越粗，填充效果越好，因此高溫穩(wěn)定性越好。對AC-13(粗)瀝青混合料而言，選擇40目橡膠顆粒時(shí)，動穩(wěn)定度最大，高溫性能最好，而AC-13(中)和AC-13(細(xì))選擇60目橡膠顆粒時(shí)，高溫穩(wěn)定性最好；這主要是因?yàn)锳C-13(粗)的礦料間隙率較大，因此選擇40目橡膠顆粒時(shí)填充效果最好，高溫穩(wěn)定性最好，而AC-13(中)和AC-13(細(xì))瀝青混合料的礦料間隙率比較小，因此選擇較細(xì)的60目橡膠顆粒時(shí)填充效果最好。

2.2低溫抗裂性

在3種瀝青混合料中加入相同質(zhì)量不同目數(shù)的橡膠顆粒，由小梁低溫彎曲試驗(yàn)測定混合料的最大彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變和彎曲勁度模量，其中主要以最大彎拉應(yīng)變?yōu)橹饕u價(jià)指標(biāo)，研究橡膠顆粒對瀝青混合料低溫抗裂性的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2　橡膠粉對瀝青混合料低溫抗裂性的影響

從圖2可以看出，橡膠瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變明顯大于基質(zhì)瀝青混合料，表明橡膠顆粒的加入能明顯改善瀝青混合料的低溫抗裂性能，這主要是因?yàn)橄鹉z顆粒加入混合料中能吸收瀝青中的部分油分，使瀝青的溫度敏感性降低，同時(shí)由于橡膠顆粒具有極佳的彈性，因此能改善瀝青的低溫變形能力，使瀝青的低溫延度增大，因此瀝青混合料的低溫抗裂性得到改善。對各種瀝青混合料而言，加入橡膠顆粒后隨著橡膠顆粒目數(shù)的增大，最大彎拉強(qiáng)度和彎曲勁度模量逐漸減小，最大彎拉應(yīng)變逐漸增大，瀝青混合料的低溫抗裂性逐漸提高，例如對AC-13(中)混合料，當(dāng)橡膠顆粒目數(shù)由40目增大至60目和80目時(shí)，最大彎拉應(yīng)變分別由3 095×10-3增大至3 523×10-3和3 604×10-3，分別增大了13.8%和16.4%；這是由于橡膠顆粒越細(xì)比表面積越大，吸附瀝青中的輕質(zhì)組分越多，瀝青針入度和粘度越大且低溫勁度越小，因此混合料低溫抗裂性能越好；另外橡膠顆粒越細(xì)，其在瀝青中越容易發(fā)生溶脹和脫硫降解，脫硫使橡膠顆粒的彈性提高，因此使瀝青混合料的低溫抗裂能力得到更明顯的改善。

2.3水穩(wěn)定性

在3種瀝青混合料中加入相同質(zhì)量不同目數(shù)的橡膠顆粒，進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，測定混合料凍融前后的劈裂強(qiáng)度，并由此計(jì)算凍融劈裂強(qiáng)度比，研究橡膠顆粒對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3　橡膠粉對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響

從圖3可以看出，橡膠瀝青混合料凍融前后的劈裂強(qiáng)度、凍融劈裂強(qiáng)度比都明顯大于普通瀝青混合料，3種橡膠瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比都大于80%，表明橡膠瀝青混合料具有很好的水穩(wěn)定性。隨著橡膠顆粒目數(shù)的變大，橡膠瀝青混合料凍融前后的劈裂強(qiáng)度逐漸減小，尤其是凍融前的劈裂強(qiáng)度降低幅度更明顯。橡膠瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比隨橡膠粉目數(shù)的變化幅度較小，例如對AC-13(中)瀝青混合料而言，橡膠粉目數(shù)為40目、60目和80目時(shí)的凍融劈裂強(qiáng)度比分別為86.9%、85.6%和81.4%，彼此之間相差不超過6.3%，表明橡膠顆粒粗細(xì)對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響較小。相同條件下，AC-13(細(xì))瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比最大，水穩(wěn)定性最好，這是因?yàn)锳C-13(粗)和AC-13(中)瀝青混合料的骨料間隙率大，相同橡膠顆粒填充時(shí)的填充效果最差，因此AC-13(粗)和AC-13(中)混合料的水穩(wěn)定性較差。

3　結(jié)論

1) 與基質(zhì)瀝青混合料相比，橡膠瀝青混合料具有更好的高溫穩(wěn)定性；對同一種瀝青混合料而言，橡膠顆粒越粗，高溫穩(wěn)定性越好；對AC-13(粗)瀝青混合料而言，選擇40目橡膠顆粒時(shí)，高溫性能最好，而AC-13(中)和AC-13(細(xì))選擇60目橡膠顆粒時(shí)，高溫穩(wěn)定性最好。

2) 橡膠顆粒的加入能明顯改善瀝青混合料的低溫抗裂性能；隨著橡膠顆粒目數(shù)的增大，最大彎拉強(qiáng)度和彎曲勁度模量逐漸減小，最大彎拉應(yīng)變逐

漸增大，橡膠瀝青混合料的低溫抗裂性逐漸提高。

3) 3種橡膠瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比都大于80%，表明橡膠瀝青混合料具有很好的水穩(wěn)定性；橡膠顆粒粗細(xì)對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響較?。籄C-13(細(xì))瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比最大，水穩(wěn)定性最好。

[1]王旭東，李美江，路凱冀.橡膠瀝青即混凝土應(yīng)用成套技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]Arizona Department of Transportation.Standard specifications for road & bridge construction[S].Phoenix：[s.n.]，2000.

[3]周志剛.交通荷載下瀝青類路面損傷開裂研究[D].長沙：中南大學(xué)，2003.

[4]高爽.瀝青混合料疲勞損傷機(jī)理研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2008.

[5]黃明，汪翔，黃衛(wèi)東.橡膠瀝青混合料疲勞性能的自愈合影響因素分析[J].中國公路學(xué)報(bào)，2013，26(4)：16-22.

[6]王偉.橡膠瀝青混合料高溫性能研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

[7]郭朝陽.廢胎膠粉橡膠瀝青應(yīng)用技術(shù)研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2008

[8]楊永順，曹衛(wèi)東，李英勇，等.橡膠瀝青制備工藝及其性能的研究[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2008，38(5)：10—13.

[9]高川.橡膠瀝青混合料疲勞性能研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

[10]魏穎.基于膠漿性質(zhì)的橡膠瀝青混合料性能研究[D].西安：長安大學(xué)，2012.

[11]黃文元，張隱西.路面工程用橡膠瀝青的反應(yīng)機(jī)理與進(jìn)程控制[J].公路交通科技，2006，23(11)：5-9.

2016-05-31

孟召明(1987-)，男，主要從事路橋工程的施工及管理工作。

；1008-844X(2016)03-0064-03

；U 414

；B