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        基于SHRP試驗(yàn)的高摻量橡膠瀝青再生混合料路用性能研究

        2020-12-03 06:16:08包啟云劉國濤
        江西建材 2020年11期
        關(guān)鍵詞:抗疲勞車轍橡膠

        包啟云,劉國濤

        云南省建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司,云南 昆明 650501

        0 引言

        橡膠瀝青因其優(yōu)異的高溫性能和回收利用廢舊資源,被廣泛用于公路抗車轍路段。常用橡膠瀝青膠粉摻量15%左右,而高摻量橡膠瀝青膠粉摻量在25%以上。加大膠粉用量,增加了廢舊資源利用率,但對瀝青性能有一定的影響。高溫性能是瀝青膠結(jié)料路用抗車轍主要評價(jià)指標(biāo)之一。對于改性瀝青,由于改性劑的加入,常用評價(jià)高溫性能指標(biāo)對改性瀝青敏感性差。美國SHRP 規(guī)范[1]中提出采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀(DSR)評價(jià)瀝青混合料高溫性能。通過重復(fù)蠕變試驗(yàn)評價(jià)重復(fù)加載-卸載條件下高摻量橡膠瀝青高溫性能。并通過試驗(yàn)段車轍試驗(yàn)分析再生混合料高溫性能。

        1 試驗(yàn)方案

        1.1 高溫性能試驗(yàn)

        1.1.1 動(dòng)態(tài)剪切流變(G*/sinδ)

        采用動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)分析原樣瀝青及RTFOT 后殘留瀝青性能[2]。以車轍因子(G*/sinδ)作為評價(jià)指標(biāo)。車轍因子反映的是瀝青抗永久變形性能。其值越大,高溫流動(dòng)變形越小,高溫性能越好。

        1.1.2 重復(fù)蠕變試驗(yàn)

        重復(fù)蠕變試驗(yàn)采用加載1s,恢復(fù)9s 的重復(fù)加載,進(jìn)行100 次循環(huán)加載[3]。采用蠕變勁度粘性部分評價(jià)改性瀝青高溫性能。

        1.2 低溫性能

        SHRP 規(guī)范采用彎曲梁蠕變試驗(yàn)(BBR)評價(jià)瀝青的低溫性能。BBR 試驗(yàn)溫度-10℃。

        并以彎曲蠕變勁度模量和蠕變曲線斜率指標(biāo)評價(jià)瀝青低溫性能。

        1.3 疲勞性能

        SHRP 規(guī)范采用RTFOT+PAV 長期老化后的車轍因子評價(jià)抗疲勞性能。SHRP 規(guī)范要求車轍因子不超過5MPa,車轍因子越小抗疲勞性能越好[4]。

        2 試驗(yàn)結(jié)果分析

        2.1 高溫性能

        2.1.1 動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)

        不同種類瀝青老化前后動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)的車轍因子和疲勞因子見表1 所示。

        由表1 可得,老化前后兩種瀝青的高溫性能規(guī)律一致,即高摻量橡膠瀝青最好,SBS 改性瀝青次之。兩種改性瀝青均滿足SHRP 規(guī)范中膠結(jié)料要求,但高摻量橡膠瀝青高溫性能更優(yōu)。

        表1 車轍因子結(jié)果

        2.1.2 重復(fù)蠕變試驗(yàn)結(jié)果

        通過對70#基質(zhì)瀝青、高摻量橡膠瀝青和SBS 改性瀝青進(jìn)行重復(fù)蠕變試驗(yàn)[5],評價(jià)不同種類瀝青高溫性能。試驗(yàn)結(jié)果見表2 所示。

        表2 不同種類瀝青重復(fù)蠕變試驗(yàn)

        由表2 試驗(yàn)結(jié)果可知:高摻量橡膠瀝青蠕變勁度粘性部分Gv 最大,遠(yuǎn)高于基質(zhì)瀝青和SBS 改性瀝青。從累計(jì)變形增長率可知,高摻量橡膠瀝青和SBS 改性瀝青k 值遠(yuǎn)小于基質(zhì)瀝青,而高摻量橡膠瀝青k 值則遠(yuǎn)小于SBS 改性瀝青。k 值越大則殘留變形累積越快,試件發(fā)生車轍的可能性就越大。由此說明在加載—卸載循環(huán)過程中,橡膠瀝青累計(jì)變形增長較慢,具有良好的抗車轍性能。

        累計(jì)變形反映重復(fù)加載后總殘留應(yīng)變大小,其值越小,則高溫性能越好。高摻量橡膠瀝青累積變形遠(yuǎn)小于SBS 改性瀝青和基質(zhì)瀝青。僅從累計(jì)變形考慮,與高摻量橡膠瀝青相比,SBS 改性瀝青高溫性能較差。

        卸載過程中高摻量橡膠瀝青和SBS 改性瀝青大部分變形都能恢復(fù),而基質(zhì)瀝青的變形則難以恢復(fù)。殘留變形率越小則瀝青變形恢復(fù)能力越強(qiáng),高溫性能越好。由此說明,兩種改性瀝青均比基質(zhì)瀝青有更好的變形恢復(fù)能力。

        通過重復(fù)蠕變試驗(yàn)四種評價(jià)指標(biāo)結(jié)果,與SBS 改性瀝青相比,高摻量橡膠瀝青高溫性能更優(yōu)。在同樣加載條件下,高摻量橡膠瀝青總變形小,變形恢復(fù)能力好,殘余變形小,具有優(yōu)異的高溫性能。

        2.2 低溫性能

        高摻量橡膠瀝青、SBS 改性瀝青和基質(zhì)瀝青彎曲梁蠕變試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

        由圖1 試驗(yàn)結(jié)果可知:從勁度模量S 值來看,SBS 改性瀝青低溫性能略高于高摻量橡膠瀝青。兩種瀝青低溫性能均優(yōu)于基質(zhì)瀝青。主要是由于橡膠粉摻量增加,使試件中瀝青有效成分比例減少,影響了橡膠瀝青低溫性能。

        2.3 疲勞性能

        根據(jù)表1 中疲勞因子數(shù)據(jù),可得相同PG 等級的高摻量橡膠瀝青和SBS 改性瀝青在同一溫度31℃下的抗疲勞性能[6],如圖2 所示。

        圖1 不同瀝青彎曲梁蠕變試驗(yàn)結(jié)果(-10℃)

        圖2 不同瀝青疲勞因子對比圖

        從圖2 結(jié)果可知:相同溫度條件下兩種瀝青G*sinδ 均滿足小于5MPa 的要求。同一溫度條件下,G*sinδ 越小抗疲勞性能越好。由此可知,與SBS 改性瀝青相比,高摻量橡膠瀝青抗疲勞性能明顯更優(yōu),這與現(xiàn)場工程經(jīng)驗(yàn)一致。

        3 試驗(yàn)段性能分析

        選擇膠粉摻量為25%,橡膠瀝青再生AC-13 中舊料RAP的添加比例為35%,設(shè)計(jì)高摻量橡膠瀝青再生混合料[7-8]。對高摻量橡膠瀝青再生AC-13 試驗(yàn)段進(jìn)行車轍試驗(yàn)[9-10],試驗(yàn)結(jié)果見圖3 所示。

        圖3 車轍試驗(yàn)結(jié)果

        由圖3 試驗(yàn)結(jié)果可知:高摻量橡膠瀝青再生AC-13 的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到6000次/mm,明顯高于技術(shù)規(guī)范要求(3000次/mm)。由此說明高摻量橡膠瀝青再生混合料具有優(yōu)異的高溫性能和抗車轍性能。

        4 結(jié)論

        (1)老化前后兩種瀝青的高溫性能規(guī)律一致,即高摻量橡膠瀝青最好,SBS 改性瀝青次之。在同樣的加載條件下,高摻量橡膠瀝青總變形小,變形恢復(fù)能力好,殘余變形小,具有優(yōu)異的高溫性能。

        (2)相比較SBS 改性瀝青,高摻量橡膠瀝青具有良好的抗疲勞性能。低溫性能略低于SBS 改性瀝青。

        (3)高摻量橡膠瀝青再生AC-13 的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到6000 次/mm 以上,顯著高于技術(shù)規(guī)范要求,具有優(yōu)異的高溫性能和抗車轍性能。

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