高温差地区橡胶沥青混合料性能及其应用研究.pdf

EngineeringConstruction2023年6 月建程设第6 期第55卷高温差地区橡胶沥青混合料性能及其应用研究刘雍（江西省交通运输科学研究院有限公司，江西南昌330 2 0 0）摘要：为改善温差较大的西北地区的沥青混合料性能，本文对原材料选择、橡胶沥青配制、集料级配、沥青用量进行优化设计，进而采用车辙试验、低温弯曲试验及疲劳试验，研究其混合料的使用性能。结果表明：橡胶粉适宜掺量为18%，沥青适宜用量为7.4%；随着温度升高，应力增大，橡胶沥青混合料高温特性得以提升，抗疲劳寿命明显改善；用0.8 3mm橡胶沥青混合料力学特性大于0.38 mm的橡胶沥青；施工质量（构造深度、渗水系数、压实度）指标优异，可为高温差地区橡胶沥青混合料的施工提供参考。关键词：橡胶细度；高温差；优化设计；路用性能；关键技术中图分类号：U414文献标识码：A文章编号：16 7 3-8 993（2 0 2 3)0 6-0 0 0 7-0 5doi:10.13402/j.gcjs.2023.06.069Study on properties and application of rubber-asphalt mixturein high temperature difference areaLIU Yong(Jiangxi Provincial Transportation Research Institute Co.,Ltd.,Nanchang 330200,Jiangxi,China)Abstract:In order to improve the performance of asphalt mixture in northwest China where the temperature difference islarge,this paper optimizes the selection of raw materials,the preparation of rubber asphalt,aggregate grading and theamount of asphalt.Then,rut test,low temperature bending test and fatigue test are used to study the performance of themixture.The results show that the content of rubber powder is 18%and the content of asphalt is 7.4%.With the increaseof temperature/stress,the high temperature characteristics of rubber asphalt mixture can be improved,and the fatigue life isobviously improved.The mechanical properties of 0.83 mm rubber asphalt mixture are greater than 0.38 mm rubberasphalt.The construction quality(structure depth,water permeability coefficient,compaction degree)index is excellent,which can provide reference for the construction of rubber asphalt mixture in high temperature difference area.Key words:high temperature difference;rubber fineness;optimized design;road performance;key technology近年来，采用废弃橡胶制品配制成的橡胶粉在道路工程应用得到了许多研究者关注。废弃橡胶制品的再利用，可有效减轻环境污染和提升路面性能，同时也具有显著的经济效益 。张思桐等 2-3研究了橡胶改性剂对骨料表面混合料的高温敏感性，得知采用胶粉改性的沥青具有较好的抗车辙性能。肖飞鹏等 4-5在分析橡胶沥青混合料的疲劳性能时，发现当橡胶掺量为2 0%时，混合料的疲劳寿命最好，橡胶沥青混合料的疲劳性收稿日期：2 0 2 2-0 9-0 9作者简介：刘雍（1991一），男，工程师，从事试验检测工作。能优于SBS沥青混合料。橡胶沥青混合料在中东部地区应用较为广泛，而根据现有研究，针对西北地区特殊的季节气候，冬寒夏热的橡胶沥青混合料研究较少。本文通过分析原材料及优化橡胶沥青配合比，对适应于西北地区混合料的高温稳定性、低温抗裂性及疲劳特性等路用性能，以及橡胶沥青混合料关键施工技术进行研究。本研究不仅能够提高混合料路面使用寿命，也能节约工程建设成本，8建程设第6 期第55卷可为相关工程施工提供参考价值。1原材料及配合比设计1.1原材料1.1.1基质沥青本文所采用的基质沥青经检测结果符合技术要求交（表1），可应用于沥青混合料道路方面。表1基质沥青性能技术试验结果检验项目检测结果针人度(0.1 mm)90针入度指数0.32软化点/48.260动力黏度25410延度98含蜡量/%1.75残留针人度比/%80.9残留延度(10)491.1.2橡胶粉橡胶粉是橡胶沥青的重要组成材料之一。经试验检测，橡胶粉的物理指标符合要求，如表2所示。表2橡胶粉物理指标项目相对密度水分/%纤维质量分数/%检测值1.210.390.25规定值1.10 1.300.750.501.1.3集料粗集料和细集料均采用玄武岩，粗集料含有粒径为10 15mm和5 10 mm的两种颗粒，以及细集料粒径为0 5mm的颗粒。试验检测集料质量性能结果符合要求，如表3、4所示。表3粗集料技术指标碎石碎石检测项目(10 15 mm）(5 10 m m)压碎值/%13.416.2表观相对密度2.6422.631吸水率/%1.011.54针片状质量分数/%11.25.8水洗法小于0.0 7 5mm颗粒0.60.7质量分数/%PSV磨光值4541与沥青的黏附性4级4级表4细集料检测技术指标表观相含泥量砂当量（质棱角性对密度（2 50 0 8ARAC-13橡胶沥青（0.38 mm）混合料8.9243513992.0SBS改性沥青混合料9.6339922.997.6由表7 可知：随胶粉目数增加，ARAC-13橡胶沥青混合料的弯拉应变减小；当橡胶粉细度为0.38mm时，可以发现橡胶沥青混合料弯拉应变值为4351s，大于SBS改性沥青的3992 8。这表明：橡胶粉的加人提高了沥青混合料变形能力和混合料感温性，减弱了温度变化引起橡胶沥青混合料的温度应力变化，混合料具有较好的应力松弛作用，且橡胶粉对于沥青混合料的低温抗裂性能起主导作用2.3橡胶沥青混合料疲劳性能试样采用应变控制方法，对3种沥青混合料试件进行疲劳试验，其结果如表8 所示。表8 3种沥青混合料疲劳试验结果混合料类型未试验前刚度/MPa试验结束后刚度/MPa累计作用次数/次ARAC-13橡胶沥青（0.8 3mm）混合料4534.62.642.7114 784ARAC-13橡胶沥青（0.38 mm）混合料4524.12.394.4108 048SBS改性沥青混合料5574.42.887.974295由表8 可知：橡胶沥青混合料的疲劳作用次数显著大于SBS改性沥青，说明ARAC-13橡胶沥青混合料抗疲劳特性较好，其原因是橡胶粉具有弹性，可增强混合料柔韧性，使橡胶沥青混合料的疲劳寿命得以提高。而使用0.8 3mm的ARAC-13橡胶沥青混合料的疲劳性能优越于0.38mm的ARAC-13橡胶沥青混合料，这表明橡胶粉的粗细程度对橡胶沥青混合料的疲劳寿命有影响。3ARAC-13橡胶沥青混合料施工技术基于上述试验分析，将ARAC13橡胶沥青（0.8 3mm）混合料运用于西北高温差地区路面铺筑施工，对ARAC-13橡胶沥青混合料的施工技术及现场检测分析。（1）橡胶沥青混合料的拌制及运输。橡胶沥青混合料即拌即用，出厂温度需保持在18 0 2 10，若温度大于2 10，则废弃混合料；拌合混合料时，须使集料表面裹覆沥青，检查混合料的均匀性。混合料运料时，应在运输车辆上涂抹隔离剂，以便于卸载；运料车需要篷布覆盖设施，起到保温及减小环境污染的作用。（2）A R A C-13橡胶沥青混合料的摊铺及碾压。采用摊铺机前后错开摊铺混合料，呈梯队同步施工，间距不宜超过10 m，摊铺速度宜保持为13m/min，保持均匀、不间断地摊铺；摊铺时温度保持为17 0 18 0；及时检测松铺厚度，以便调整 6。混合料碾压不得使用胶轮压路机；若存在超高的路段，应先从内侧向外侧碾压，压路机不得急刹车制动。（3）A R A C-13橡胶沥青混合料施工质量分析。为了检测ARAC13橡胶沥青混合料施工质量，对施工完成的路面结构进行钻芯取样。根据沥青路面质量评定标准检测项目，通过试验分析得出橡胶沥青混合料路面结构的构造深度、渗水系数、压实度等指标，试验检测结果如表9所示，各项指标均符合规范要求。11雍：高温差地区橡胶沥料性能及其应用研究2023年第6 期刘表ARAC-13橡胶沥青检测结果马歇尔试验指标压实构造深渗水系实测密空隙饱和流值度/%稳定度/kN度/mm数/(mLmin=l)度/(gcm3)率/%度/%(0.1 mm)972.314.374.17.4826.61.49974结论本文针对西北地区混合料配合比优化，测试混合料性能，并对橡胶沥青混合料施工技术分析，研究结论如下。（1）通过原材料选择、黏度试验及马歇尔试验，优化集料级配及混合料的配合比设计，确定了橡胶沥青混合料中橡胶粉掺量为18%以及最佳沥青用量为7.4%，进而得到适用于西北地区高温差橡胶路面混合料。（2）相比于SBS改性沥青，两种ARAC-13橡胶沥青混合料的路用性能都有明显提高，不同橡胶颗粒大小对其混合料的路用性能有影响，选用细度为0.8 3mm橡胶加人沥青混合料，更能提高大温差环境中路面疲劳寿命，延长沥青路面服务年限。（3）结合西北高温差地区气候条件，得到一套橡胶沥青混合料在搅拌、运输、摊铺及碾压等各个关键环节的施工技术，并现场检测试验验证ARAC-13橡胶沥青混合料各项质量指标均符合要求，对于同类工程项目具有施工指导意义。参考文献：1史思强，胶粉粒径与级配类型对橡胶沥青及其混合料性能影响研究 J.中外公路，2 0 14,34（4）：4-9.2张思桐，吕秀明，肖利明废胎胶粉目数和加工时间对橡胶沥青性能的影响J公路交通科技，2016(10):9 14.3韩敏慧橡胶沥青混合料抗老化性能分析 J筑路机械与施工机械化，2 0 2 0,37（8）：5-11.4肖飞鹏，王涛，王嘉宇。橡胶沥青路面降噪技术原理与研究进展 J。中国公路学报,2 0 19（4）：19-2 5.5闫翔鹏，董思学，冯启军。废旧轮胎橡胶沥青在公路养护工程中的应用研究 J.北方交通，2 0 2 0（11）：5-9.6张德，王替，周永军.ARAC-13橡胶沥青混合料设计与性能分析 J.公路,2 0 10(11)：3-8.