穩(wěn)定型橡膠改性瀝青路面的應(yīng)用研究

摘要：穩(wěn)定型橡膠改性瀝青是一種綠色、環(huán)保的瀝青技術(shù)，能夠有效地提高瀝青混合料的路用性能。本文討論了穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)、性能評(píng)價(jià)和工程應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料的各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)熱拌瀝青混合料的要求，且相比SBS改性瀝青混合料，具有更好的高溫性能和低溫性能。同時(shí)，基于現(xiàn)場(chǎng)取芯試驗(yàn)，驗(yàn)證了穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料具有更好的高溫抗剪性能。關(guān)鍵詞：高速公路；瀝青路面；穩(wěn)定型橡膠改性瀝青；路用性能0引言廢舊輪胎膠粉在國(guó)內(nèi)外公路行業(yè)中的應(yīng)用已有比較悠久的歷史。橡膠改性瀝青混凝土作為一種低碳、綠色、環(huán)保的技術(shù)在我國(guó)公路建設(shè)中已有較多的應(yīng)用，具有良好的可行性與經(jīng)濟(jì)性。穩(wěn)定型橡膠瀝青改性劑是一種新型復(fù)合材料，克服了廢橡膠粉與瀝青難相容、易分離易沉降的缺點(diǎn)；在保持橡膠瀝青優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，有效地降低了瀝青的高溫黏度，具有良好的施工和易性，存儲(chǔ)穩(wěn)定性也得到了有效改善，為橡膠瀝青在我國(guó)道路工程中的進(jìn)一步推廣應(yīng)用起到良好的促進(jìn)作用。在道路石油瀝青中加入18%~20%的橡膠輪胎粉和少量添加劑，通過(guò)特定的生產(chǎn)工藝，使膠粉在瀝青體系中發(fā)生硫鍵斷裂、混煉和再交聯(lián)等一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的膠體體系，即成為穩(wěn)定型橡膠瀝青產(chǎn)品。近年來(lái)，穩(wěn)定型橡膠改性瀝青在我國(guó)已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用，一些學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定型橡膠改性瀝青混合料具有良好的路用性能。隨著穩(wěn)定型橡膠改性瀝青技術(shù)的推廣，該技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展?；谀掣咚俟方ㄔO(shè)工程對(duì)綠色、低碳、環(huán)保和高性能瀝青路面技術(shù)的探索，本研究探討了穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)、性能評(píng)價(jià)和實(shí)體工程應(yīng)用。1

混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)1.1

原材料穩(wěn)定型橡膠改性瀝青具有高溫黏度低、儲(chǔ)存穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。本研究試驗(yàn)選用成品穩(wěn)定型橡膠改性瀝青，具體的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果與技術(shù)指標(biāo)要求如表1所示。表1穩(wěn)定型橡膠改性瀝青基本指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Tab.1Basicindextestresultsofstabilizedrubbermodifiedasphalt試驗(yàn)用石料粒徑組成為13.2~9.5mm，9.5~4.75mm，4.75~2.36mm和2.36~0.075mm四檔。對(duì)4.75mm以上的粗集料，使用輝綠巖，對(duì)2.36mm以下的細(xì)集料使用石灰?guī)r。試驗(yàn)表明，各礦料的技術(shù)性能滿(mǎn)足規(guī)范要求。具體的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。表2集料試驗(yàn)Tab.2Aggregatetest1.2

混合料目標(biāo)配合比級(jí)配設(shè)計(jì)瀝青瑪蹄脂碎石（SMA）混合料具有骨架間嵌擠強(qiáng)、瀝青膜厚、空隙率小、表面粗糙等特點(diǎn)，因而具有良好的高溫抗車(chē)轍能力、低溫抗裂能力、耐疲勞性、水穩(wěn)性及抗滑性能。本研究采用SMA級(jí)配進(jìn)行穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)，將粗集料的用量定為70%及以上，礦粉用量定為10%左右。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的各組穩(wěn)定型橡膠改性瀝青SMA-13混合料級(jí)配如表3所示。表3SMA-13穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料設(shè)計(jì)級(jí)配表Tab.3SMA-13stabilizedrubberasphaltmixturedesigngradationtable混合料中添加占礦料總質(zhì)量0.3%的木質(zhì)素纖維。初定三組設(shè)計(jì)級(jí)配混合料的試驗(yàn)油石比為6.3%。按照試驗(yàn)油石比和礦料級(jí)配制作三組馬歇爾試件，混合料拌和溫度為175℃，雙面擊實(shí)次數(shù)為75次。用計(jì)算法求得三組設(shè)計(jì)級(jí)配混合料的最大理論密度，毛體積密度則采用表干法測(cè)定。三組設(shè)計(jì)級(jí)配混合料的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。表4馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Tab.4Marshalltestresults結(jié)合穩(wěn)定型橡膠瀝青SMA-13混合料級(jí)配設(shè)計(jì)方案和馬歇爾試驗(yàn)的結(jié)果可以看出，對(duì)于級(jí)配編號(hào)為SMA-13-A、SMA-13-B和SMA-13-C的三種穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料，隨著4.75mm篩孔通過(guò)率的增加，混合料的礦料間隙率不斷降低，表明集料間的嵌擠作用得到了增強(qiáng)；同時(shí)，混合料的空隙率不斷減小。試驗(yàn)結(jié)果表明，4.75mm篩孔通過(guò)率對(duì)穩(wěn)定型橡膠瀝青SMA-13混合料的體積參數(shù)有較大影響。同時(shí)可以看出，在6.3%的油石比下，級(jí)配為SMA-13-C的穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料的體積指標(biāo)能夠滿(mǎn)足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40－2004）對(duì)SMA-13混合料的相關(guān)要求。因此選擇SMA-13-C級(jí)配作為穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料目標(biāo)配合比的設(shè)計(jì)級(jí)配。1.3

路用性能對(duì)比研究在確定了穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料目標(biāo)配合比后，本研究同時(shí)成型了相同級(jí)配的SBS改性瀝青混合料，以4%作為設(shè)計(jì)空隙率，確定最佳油石比，進(jìn)行穩(wěn)定型橡膠瀝青SMA-13混合料與SBS改性瀝青SMA-13混合料路用性能的對(duì)比研究。通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)、低溫彎曲梁試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行路用性能的評(píng)價(jià)。各項(xiàng)試驗(yàn)的具體結(jié)果見(jiàn)表5。表5路用性能試驗(yàn)結(jié)果Tab.5Roadperformancetestresults根據(jù)表5可以看出，穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和低溫彎曲破壞應(yīng)變比SBS改性瀝青混合料更大，表明穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料具有相比SBS改性瀝青混合料更加優(yōu)良的高溫抗變形性能和低溫抗裂性能。此外，穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比非常接近，表明兩種混合料的水穩(wěn)定性相當(dāng)。2

混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)2.1

混合料生產(chǎn)配合比級(jí)配設(shè)計(jì)參考穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)級(jí)配，采用熱倉(cāng)料進(jìn)行穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料生產(chǎn)配合比的級(jí)配設(shè)計(jì)。根據(jù)熱倉(cāng)料篩分結(jié)果設(shè)計(jì)的穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料生產(chǎn)配合比級(jí)配如表6和圖1所示。表6生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)級(jí)配表Tab.6Productionmixratiodesigngradationtable圖1生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)級(jí)配圖Fig.1Productionmixdesigngradationdiagram2.2

混合料試驗(yàn)結(jié)果

采用馬歇爾試驗(yàn)方法確定穩(wěn)定型橡膠瀝青生產(chǎn)配合比混合料的油石比，并進(jìn)行混合料路用性能的驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。表7生產(chǎn)配合比混合料試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.7Testdataofproductionmixratio由表7可以看出，穩(wěn)定型橡膠瀝青SMA-13生產(chǎn)配合比混合料的各項(xiàng)路用性能均滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)SMA混合料的要求，具有良好的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性。3

試驗(yàn)路施工項(xiàng)目依托工程在上面層施工過(guò)程中，鋪筑了全長(zhǎng)約3km的穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料試驗(yàn)段。按照穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)配合比進(jìn)行混合料的生產(chǎn)，試驗(yàn)段壓實(shí)厚度為4cm。3.1

穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料的拌和與運(yùn)輸采用檢驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足表1中技術(shù)指標(biāo)要求的成品穩(wěn)定型橡膠瀝青，在瀝青罐中加熱至不低于175℃，礦料加熱溫度為185~195℃，混合料出料溫度為170~180℃?；旌狭习韬蜁r(shí)間以混合料拌和均勻、所有礦料顆粒全部裹覆瀝青膠結(jié)料為度。采用大噸位自卸車(chē)進(jìn)行混合料運(yùn)輸，運(yùn)料車(chē)用篷布覆蓋，卸料過(guò)程中繼續(xù)覆蓋直到卸料結(jié)束取走篷布，以保溫或避免污染環(huán)境。每輛車(chē)到現(xiàn)場(chǎng)均測(cè)量混合料溫度，低于攤鋪溫度時(shí)混合料不得卸車(chē)。3.2

穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料的攤鋪與碾壓采用兩臺(tái)ABG423攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪。松鋪系數(shù)定為1.25，上面層層厚4cm，虛鋪厚度為5cm。為保證路面平整度和高程標(biāo)準(zhǔn)，上面層施工使用非接觸式浮動(dòng)梁控制厚度。碾壓分為初壓、復(fù)壓和終壓三個(gè)階段進(jìn)行，本著先輕后重、由低向高、緊跟慢壓、高頻低振的原則進(jìn)行。初壓目的是對(duì)攤鋪面進(jìn)行穩(wěn)定，復(fù)壓的目的是提高壓實(shí)度，終壓的目的是消除輪跡，使表面平整。施工碾壓方案見(jiàn)表8。表8施工碾壓方案Tab.8Constructionrollingplan3.3

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)施工結(jié)束后對(duì)路面各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表9所示。表9試驗(yàn)路現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果Tab.9Fieldtestresultsoftestroad采用穩(wěn)定型橡膠瀝青技術(shù)所鋪筑的路段的壓實(shí)度、滲水系數(shù)、構(gòu)造深度、摩阻系數(shù)和厚度等性能及現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量均滿(mǎn)足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40－2004）對(duì)熱拌瀝青混合料的要求。3.4

取芯試驗(yàn)為了更好地評(píng)價(jià)穩(wěn)定型橡膠瀝青混凝土的路用性能，施工結(jié)束后分別在穩(wěn)定型橡膠瀝青路面試驗(yàn)段和常規(guī)SBS改性瀝青路面段鉆取了6個(gè)芯樣。對(duì)各個(gè)芯樣的上面層進(jìn)行切割，基于單軸貫入試驗(yàn)對(duì)穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料上面層芯樣的高溫抗剪性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果如表10所示。表10現(xiàn)場(chǎng)路面芯樣單軸貫入試驗(yàn)結(jié)果Tab.10Resultsofuniaxialpenetrationtestofon-sitepavement

coresamples根據(jù)表10可以看出，在芯樣空隙率比較接近的情況下，穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度大于SBS改性瀝青混合料，表明其具有更好的高溫抗剪性能。4

結(jié)論穩(wěn)定型橡膠改性瀝青是一種綠色、環(huán)保的瀝青技術(shù)，在保持橡膠瀝青優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，降低了瀝青的高溫黏度，具有良好的施工和易性，能夠有效地提高瀝青混合料的路用性能。本文對(duì)穩(wěn)定型橡膠瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)、性能評(píng)價(jià)和工程應(yīng)用進(jìn)行了研討，為穩(wěn)定型橡膠瀝青技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用積累了一定的數(shù)據(jù)和研究成果