浅谈断级配橡胶沥青AR-AC13的配合比设计.doc

浅谈断级配橡胶沥青混合料AR-AC13的目标配合比设计
郭春兰 王优芬
（江苏恒基路桥有限公司 常州 213002）
摘 要：以具体试验结果为依据，通过实际工程中断级配橡胶沥青混合料AR-AC13目标配合比设计的实例，详细说明设计步骤，并结合实践经验提出了相关参考意见。
关键词：断级配橡胶沥青混合料 AR-AC13 目标配合比设计
前言
橡胶沥青及混合料是近年来出现的一种新型的沥青混合料，胶粉用于沥青路面的铺筑不仅有利于资源的再生利用，更有利于改善路面质量。采用湿拌工艺用于表面层，具有良好的低温抗裂和高温抗车辙能力，同时又是一种低噪音的环保路面，其降噪效果的耐久性明显好于常用的多空隙沥青混凝土。
由于我国现行沥青路面技术规范或标准中尚未制定AR-AC13橡胶沥青混合料的配合比设计方法，现就结合常武路白改黑工程上面层，依据交通部《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004），结合美国Arizona Test Method815及《江苏省交通科学研究院关于间断级配橡胶沥青混凝土AR-AC13施工指南》，详细阐述目标配合比设计的整个过程及步骤，领会AR-AC13橡胶沥青混合料目标配合比设计的理念。
1 原材料选择和试验
任何混合料的配合比设计之前，其原材料的选择和试验是必不可少的，只有所用原材料的技术指标都符合要求，才允许使用。
1.1基质沥青
橡胶沥青所用的基质沥青采用70号普通道路石油沥青，本工程选用江阴泰富的石油沥青，其技术要求及试验结果见表1。
表1 道路石油沥青技术要求及试验结果汇总表
检 测 项 目
技术要求
试验值
针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm）
60~80
71.0
延度（5cm/min，15℃）（cm） 不小于
100
>100
软化点（环球法）（℃） 不小于
46
50.0
溶解度（三氯乙烯）（%） 不小于
99.5
99.8
薄膜加热试验
163℃，5h
质量损失（%） 不大于
0.6
0.12
针入度比（%） 不小于
65
66.5
延度（15℃）（cm） 不小于
100
>100
闪点（COC）（℃） 不小于
260
290
含蜡量（蒸馏法）（%） 不大于
2
1.8
密度（15℃）（g/cm3） 不小于
1.01
1.04
1.2橡胶粉
橡胶粉筛分应采用水筛法进行试验。橡胶粉密度应为1.15±0.05g/cm3，应无铁丝或其它杂质，纤维比例应不超过0.5%，要求含有橡胶粉重量4%的碳酸钙，以防止胶粉颗粒相互粘结。供应商应提供橡胶粉质量保证书，说明橡胶粉规格、加工方式、加工的废旧轮胎类型、橡胶粉的储存方式等。本工程选用南京东浩的橡胶粉，其颗粒规格要求及试验结果见表2。
表2 橡胶粉筛分规格及试验结果汇总表
筛孔尺寸（mm）
通过率（%）
试验结果
2.00
100
100
1.18
65~100
100
0.6
20~100
74.7
0.3
0~45
40.7
0.075
0~5
5.1
1.3橡胶沥青
橡胶沥青采用橡胶粉与70号道路石油沥青掺配而成，本工程采用橡胶粉的掺配比例17.5%，其技术要求及试验结果见表3。
表3 橡胶沥青技术要求及试验结果汇总表
检 测 项 目
技术指标
试验结果
粘度，177℃，Pa.s
1.5~4.0
3.322
针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm），最小
25
45.5
软化点，℃，最小
54
62.0
弹性恢复，25℃，最小
60
75
1.4粗集料
采用石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近似立方体颗粒的碎石，粒径大于4.75mm。本工程采用安徽玄武岩集料，其粗集料规格和质量要求见表4和表5。
表4 粗集料规格筛分试验结果汇总表
材料
名称
通过方孔筛的百分率（%）
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
1#料
100
83.5
19.2
0.8
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
0.4
2#料
100
100
99.5
22.0
1.0
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
3#料
100
100
100
98.8
11.3
1.4
0.8
0.8
0.8
0.8
表5 粗集料质量技术要求及试验结果汇总表
检验项目
单位
技术要求
试验结果
石料压碎值 不大于
%
常温
20
15.2
视密度 不小于
t/m3
2.6
2.97
吸水率 不大于
%
2.0
1.0
对橡胶沥青的粘附性 不小于

5级
5级
针片状颗粒含量 不大于
%
12
9.5
水洗法<0.075mm颗粒含量不大于
%
1#料
0.6
0.4
2#料
0.8
0.6
3#料
1.0
0.8
软石含量 不大于
%
3
1.8
上面层石料磨光值 不小于
BPN
42
60
1.5细集料
采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当级配的人工轧制的机制砂，石质宜与粗集料相同，不用山场的下脚料。本工程采用安徽玄武岩集料，其细集料规格和质量要求见表6和表7。
表6 细集料规格筛分试验结果汇总表
材料
名称
通过方孔筛的百分率（%）
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
4#料
100
89.8
61.4
37.2
24.5
15.4
9.5
表7 细集料质量技术要求及试验结果汇总表
检 验 项 目
单位
技术要求
试验结果
视密度 不小于
g/cm3
2.6
2.97
砂当量 不小于
%
60（宜控制在70%以上）
74
<0.075mm质量百分率 不大于
%
12.5
9.5
橡胶沥青混凝土AR-AC13不使用矿粉填料。
1.6外掺剂
AR-AC13橡胶沥青混凝土需要掺入必要的外掺剂以改善橡胶沥青与集料的粘附性及混凝土的水稳定性，掺量为混合料重量的1~2%。适宜的外掺剂为普通硅酸盐水泥或消石灰。本工程采用普通硅酸盐水泥外掺剂。集料及水泥密度试验结果见表8。
表8 集料及水泥密度试验结果
材料
1#
2#
3#
4#
水泥
视密度（g/cm3）
2.976
2.973
2.968
2.971
2.700
毛体积密度（g/cm3）
2.922
2.907
2.880
2.860
/
吸水率（%）
0.6
0.8
1.0
1.3
/
2 目标配合比设计
2.1配合比设计要求及标准
见表9和表10。

表9 AR-AC13橡胶沥青混合料级配范围
级配
范围
通过下列筛孔（方孔筛，mm）的质量百分率（%）
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
上限
100
100
75
42
24

3
下限
100
85
55
22
12

0
中值
100
92.5
65.0
32.0
18.0

1.5

表10 AR-AC13橡胶沥青混合料级配范围
试验项目
单位
技术标准
击实次数
次
两面各75次
稳定度 不小于
KN
6.0
流值
0.1mm
20~50
空隙率
%
4.5~6.5
沥青饱和度
%
70~85
矿料间隙率VMA 不小于
%
19.0
浸水马歇尔试验残留稳定度 不小于
%
85

2.2矿料配比设计
矿料配合比设计宜利用矿料筛分结果借助电子表格通过试配法进行，矿料级配曲线按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T025的方法绘制。设计矿料配比时，在表8的级配范围内调整各种矿料的比例，设计3组粗细不同的设计级配（见表11）。根据橡胶沥青用于水泥路面加铺改造工程的应用经验，本次配比选择初试油石比为8.6%，双面击实75次制作试件。试验结果见表12。

表11 三种级配的设计组成结果
级配类型
（1#：2#：3#：4#）
通过下列筛孔（方孔筛，mm）的质量百分率（%）
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
级配A
（40.0：38.5：7.0：14.5）
100
93.4
67.5
30.2
14.4
9.4
5.8
4.0
2.7
1.8
级配B
（42.5：38.0：6.0：13.5）
100
93.0
65.5
28.1
13.4
8.8
5.5
3.8
2.5
1.7
级配C
（37.0：40.0：5.5：17.5）
100
93.9
69.9
32.0
16.9
11.2
6.9
4.7
3.1
2.1
表12 初试级配的体积分析

级配类型
油石比（%）
理论密度
（g/cm3）
毛体积密度（g/cm3）
空隙率（%）
VMA（%）
VFA（%）
级配A
8.6
2.581
2.445
5.3
22.5
76.5
级配B
8.6
2.581
2.427
6.0
23.1
74.1
级配C
8.6
2.581
2.465
4.5
21.8
79.3
要求
/
/
/
5.5±1
≥19.0
70-85

由表12可知，三种级配均满足技术要求，综合比较，本次配比选取级配A为设计级配。
2.3确定最佳橡胶沥青用量
按级配A称取矿料，采用4种油石比，双面各击实75次成型马歇尔试件，计算各组试件密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度，最后将成型的试件进行马歇尔稳定度试验。试验结果见表13。

表13 沥青混合料马歇尔试验结果
级配类型
油石比（%）
理论
密度（g/cm3）
毛体积
密度
（g/cm3）
矿料间隙率（%）
空隙率（%）
饱和度（%）
稳定度（KN）
流 值（0.1mm）
AR-AC13
8.3
2.597
2.429
22.62
6.47
71.41
7.89
35.6
8.6
2.581
2.441
22.60
5.43
75.99
7.99
39.2
8.9
2.563
2.454
22.55
4.26
81.09
8.52
41.2
9.2
2.546
2.460
22.71
3.37
85.15
8.01
51.6
要求
/
/
>19
4.5~6.5
70~85
≥6.0
20~50

2.4目标配合比验证

以8.6%为最佳油石比在试验室室内拌制AR-AC13沥青混合料，进行浸水马歇尔试验，结果见表14：

表14 浸水马歇尔试验结果
混合料类型
空隙率（%）
马歇尔稳定度（KN）
浸水马歇尔稳定度（KN）
残留稳定度（%）
要求（%）
AR-AC13
5.3
8.21
7.33
89.3
>85

图1 稳定度、流值、密度、饱和度、空隙率与油石比的关系

根据表12中，8.3%、8.6%、8.9%、9.2%四个油石比的体积性质，通过图表插值法（见图1）得到空隙率5.5%时对应的油石比为8.56%，故取最佳油石比为8.6%，且油石比为8.6%时其它指标（VMA、VFA、稳定度、饱和度等）均满足设计要求。

2.5配合比设计结论
通过混合料级配调试和相关验证试验，表明所设计的断级配橡胶沥青混合料AR-AC13能满足技术要求，可作为常武路白改黑工程生产配合比的依据。矿料配合比及设计油石比见表15。
表15 矿料配合比及设计油石比
混合料
类型
下列各种矿料所占比例（%）
油石比（%）
1#
2#
3#
4#
水泥（外掺）
AR-AC13
40.0
38.5
7.0
14.5
2.0
8.6

结束语
在确定了目标配合比的前提下，我部进行了生产配合比的设计及试拌、试铺的验证，并用于实际施工。目前常武路白改黑工程已竣工通车1年，从使用效果看，该橡胶沥青混凝土路面不但具有良好的抗车辙能力、水稳定性、表面均匀、美观、粗糙，而且有效防止了路面反射裂缝的产生，具有明显的降噪效果。实践证明，以上配合比设计是合理的，施工过程中进行了大量的马歇尔试验、抽提试验及相关验证试验，均能符合AR-AC13的设计要求。常武路施工仅是橡胶沥青混凝土施工的一次尝试，要对AR-AC13橡胶沥青混合料有进一步的认识，有待该技术的广泛推广应用。