橡膠瀝青混合料設計關鍵影響因素研究

2014-08-05 06:07:14張云驁

黑龍江交通科技 2014年9期

張云驁

(江蘇省交通科學研究院股份有限公司)

1 前言及工程概況

橡膠瀝青技術可以有效改善瀝青混合料的路用性能，延長路面的使用壽命，延緩路面反射裂縫的形成，改善行車安全，降低交通噪音。作為一項新興技術，人們對于膠粉的改性機理、橡膠瀝青結合料的制備與性能評價、混合料設計與路用性能等都缺乏統一的認識。在工程應用中經常出現各種問題，如施工難度大，難以壓實，高溫穩定性不足，瀝青用量過多造成的建造成本過高等。

本文以某城市繞城高速公路為實際案例對廢胎膠粉改性瀝青應用技術進行了研究。公路全長37.2km，雙向六車道，設計時速100km/h。由于沿線居民區較多，為了節能降噪，上面層采用橡膠瀝青路面。

2 試驗設計

本文對20 目和40 目橡膠瀝青進行研究，分別對應添加礦粉和不添加礦粉，以及是否控制膠粉干涉區間。試驗涉及影響因素為:膠粉目數、礦粉含量、2.36～4.75 mm 比例。

2.1 橡膠瀝青混合料體積指標分析

借鑒SMA 混合料配合比設計中瀝青用量的計算，初擬瀝青用量，空隙率取4%，借鑒并修正最佳油石比公式如下

式中:Qb為最佳油石質量比;Qr為膠粉質量分數(與集料之比);Gr為膠粉有效密度;α 為考慮橡膠瀝青溶脹效應的體積修正系數;Gb為瀝青的密度;Gsb為集料的密度;C 為合成礦料的瀝青吸收系數;W 為集料的吸水率。

2.2 試驗材料和儀器

試驗所用橡膠瀝青為20 目、40 目，基質瀝青為道路A級70 號，膠粉種類為斜交胎，膠粉瀝青摻加比例為18∶82。制備工藝為180 ℃下，低速攪拌1 h。橡膠瀝青性能指標見表1。

表1 橡膠瀝青指標

本文借鑒美國成熟橡膠瀝青級配，采用高比例粗集料的級配特點，以形成骨架結構。粗集料選取玄武巖。細集料采用機制石灰巖。各種集料基本性能見表2 和3。礦粉為機制石灰巖，視密度為2.702 g/cm3。橡膠瀝青混合料配合比見表4。

表2 粗集料指標

表3 細集料指標

表4 橡膠瀝青混合料配合比

20 目膠粉顆粒主要與2.36～4.75 mm 檔發生干涉作用，A、B 分別對應高、低比例(5%，8%)。40 目膠粉顆粒主要與0.6～2.36 mm 檔發生干涉作用，D、E 分別對應高、低(12%，7%)。C、F 兩種級配為礦粉含量為0 的斷級配。

室內成型的橡膠瀝青混合料使用自動拌和機拌合，拌合時間180 s+90 s，每組試件個數4～6 個。拌合溫度175 ℃。

3 實驗數據及分析

3.1 體積指標分析

經過馬歇爾配合比設計，所對應的體積指標見表5。

從表中數據不難看出，40 目橡膠瀝青的壓實難度要低于20 目橡膠瀝青。

對于20 目橡膠瀝青混合料，2.36～4.75 mm 檔百分比含量對于體積參數和最佳油石比影響明細。圖1 說明，在固定油石比6.8%條件下，橡膠瀝青混合料的空隙率隨該檔含量增加而增加，證明20 目橡膠瀝青與該檔集料的干涉作用明顯，應該嚴格控制該檔含量。對于40 目橡膠瀝青，0.6～2.36 mm 檔百分比對體積參數和最佳油石比影響明顯。圖2 說明，在保持油石比6.7%條件下，橡膠瀝青混合料的空隙率隨著該檔含量的增加而增加，證明應該控制該檔含量。