泡沫溫拌橡膠瀝青混合料成型溫度確定及路用性能研究

賈鵬飛

(蘇交科集團股份有限公司 江蘇南京 210000)

泡沫溫拌橡膠瀝青混合料成型溫度確定及路用性能研究

賈鵬飛

(蘇交科集團股份有限公司 江蘇南京 210000)

為研究泡沫溫拌橡膠瀝青混合料成型溫度及其路用性能，選擇江蘇地區常用的AR－AC－13橡膠瀝青混合料，分別在120℃、130℃、140℃、150℃和160℃下成型馬歇爾試件，通過最佳空隙率法確定其成型溫度，并通過車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗和凍融劈裂試驗驗證其路用性能。結果表明，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的成型溫度為138℃，泡沫溫拌技術可降低橡膠瀝青混合料成型溫度25℃以上，且其路用性能良好。

道路工程;橡膠瀝青;泡沫溫拌;成型溫度;路用性能

E-mail:jiapengfeisjk@sina.com

引言

隨著經濟發展，道路交通量和車輛軸載不斷增加，傳統道路石油瀝青已無法滿足高溫、高荷載和高動水壓力對路面材料的要求，因此改性瀝青受到廣泛關注。另一方面，隨著汽車保有量持續增長，各國均面臨大量廢舊輪胎的處理難題。橡膠瀝青是以廢輪胎膠粉作為改性劑，通過大量試驗研究和路面服務證明，橡膠瀝青混合料在抗老化性能和抗疲勞性能方面要優于聚合物改性瀝青混合料的性能，其次高溫穩定性、低溫抗裂性、抗水損害能力都比較好。當橡膠瀝青的抗疲勞性能與道路石油瀝青的抗疲勞性能相同時，使用橡膠瀝青進行施工的路面可比使用道路石油瀝青施工的路面減少一半的厚度，并且在橡膠瀝青路面上行車時會明顯感覺平穩、舒適、噪音低等優點，從而更有利于人身安全和身心健康。每年我國進行路面維護和修復都是一筆很大的開支，而橡膠瀝青的上述優點使得瀝青路面降低了各種損害，從而延長了瀝青路面的使用壽命，為國家的經濟節省了不少的支出。因此，橡膠瀝青被廣泛的推廣應用［1－4］。但是，橡膠瀝青在生產施工過程中，需將瀝青加熱至180℃，集料加熱至190℃，在攤鋪和壓實過程中，混合料溫度不低于150℃。如此高的施工溫度，不僅造成資源浪費和使瀝青膠結料老化，更重要的是，在施工過程中會排放大量的CO2、CO、SO2、NOx和粉塵等有害物質，損害施工人員的健康和周圍的環境［5－7］。因此，如何降低橡膠瀝青混合料施工溫度，從而降低環境污染和對施工人員的危害至關重要。泡沫溫拌技術和其他添加劑類的溫拌技術相比，不需要任何添加劑，是一種真正的綠色筑路技術。本文通過最佳空隙率法確定橡膠瀝青混合料的成型溫度，并驗證其路用性能。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗原材料

(1)基質瀝青

本文采用70#道路石油瀝青作為基質瀝青。按照規范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20－2011)［8］的要求以及SHRP試驗方法［9］對70#道路石油瀝青的各項性能指標進行了測試，結果如(表1)所示。

表1 70#道路石油瀝青基本性能指標

(2)橡膠粉

本文采用的廢膠粉選用貨車輪胎膠粉，膠粉尺寸為20目，以廢舊輪胎為原材料，在常溫下經過粉碎、分離、除金屬、篩選等活化和脫硫等一系列工序處理制成［10］，膠粉的技術指標如(表2，3)所示。

表2 廢舊膠粉物理技術指標

1.2 泡沫橡膠瀝青制備

(1)橡膠瀝青制備

橡膠瀝青制備采用70#道路石油瀝青為基質瀝青，20目膠粉為改性劑，膠粉摻量為內摻18%(橡膠粉占制備后橡膠瀝青的比例);將基質瀝青加熱至180℃后，將膠粉加入基質瀝青中高速剪切60min。

(2)泡沫溫拌橡膠瀝青制備

采用德國維特根WLB 10發泡試驗機在室內對橡膠瀝青進行發泡，發泡溫度為180℃，用水量為3% (水占橡膠瀝青的比例)。

1.3 混合料配合比設計

混合料采用江蘇地區常用的AR－AC－13橡膠瀝青混合料，其級配曲線如(圖1)所示。

圖1 泡沫溫拌橡膠瀝青混合料級配曲線

1.4 成型溫度確定方法

采用最佳空隙率法確定泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的成型溫度。泡沫溫拌技術可降低施工溫度20℃以上，因此，分別在 120℃、130℃、140℃、150℃和160℃下采用馬歇爾擊實法成型試件，當空隙率達到最小時為最佳成型溫度。

2 試驗結果與分析

2.1 混合料成型溫度確定

分別在120℃、130℃、140℃、150℃和160℃下成型馬歇爾試件，雙面擊實75次，其空隙率如(表4)所示。

表4 不同成型溫度下混合料空隙率

泡沫溫拌橡膠瀝青混合料空隙率與成型溫度間的關系如(圖2)所示。

從(圖2)中可知，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料空隙率與成型溫度近似呈2次相關，根據其擬合公式y= 0.0026x2－0.718x+54.306可知，當成型溫度為138℃時混合料空隙率達到最低，因此，確定泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的成型溫度為138℃。

圖2 混合料空隙率與成型溫度關系圖

2.2 混合料路用性能

在138℃時成型馬歇爾試件，驗證路用性能。

(1)體積指標

泡沫溫拌橡膠瀝青混合料體積指標如(表5)。

表5 橡膠瀝青混合料體積指標

從(表5)中可知，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料體積指標均良好。

(2)混合料高溫性能

采用車轍試驗評價泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的高溫性能，采用現行規范推薦采用的試驗參數:試驗溫度為 60℃，輪壓為 0.7MPa，車轍試件尺寸為300mm×300mm×50mm。試驗過程中測定車轍試件的變形與試驗時間或者車輪碾壓次數之間的關系，通過計算得到泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的動穩定度(DS)，結果如(表6)所示。

圖3 車轍試驗

表6 混合料車轍試驗結果

從(表6)中可知，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的動穩定度遠高于規范要求，高溫性能良好。

(3)混合料低溫性能

采用低溫小梁彎曲試驗評價泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的低溫性能。低溫小梁彎曲試驗是在規定尺寸的小梁試件跨中施加集中荷載直至斷裂破壞的試驗，通過破壞時最大荷載計算瀝青混合料標準小梁的抗彎強度，通過破壞時跨中撓度計算混合料破壞時的彎拉應變，抗彎強度和彎拉應變的比值即為混合料的彎曲勁度模量。試驗采用現行規范推薦參數:試件尺寸為250mm×30mm×35mm，試驗溫度為－10℃，試驗加載速率為50mm/min，結果如(表7)所示。

圖4 低溫小梁彎曲試驗

表7 混合料低溫小梁彎曲試驗結果

從(表7)中可以看出，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料低溫性能良好。

(4)混合料水穩定性

采用凍融劈裂試驗評價泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的水穩定性。凍融劈裂試驗是在規定條件下對瀝青混合料進行凍融循環，測定在瀝青混合料受到水損害后與未受水損害的劈裂強度比，以此來評價瀝青混合料的水穩定性。試驗采用現行規范推薦參數:冷凍溫度為－18℃，時間為16h，高溫水浴溫度60℃，時間為24h，試驗溫度為25℃，加載速率為50mm/min，結果如(表8)所示。

圖5 劈裂強度試驗

表8 混合料凍融劈裂強度試驗結果

從(表8)中可以看出，泡沫溫拌橡膠瀝青混合料凍融劈裂強度滿足技術要求，表明混合料水穩定性良好。

3 結語

(1)泡沫溫拌橡膠瀝青混合料的成型溫度為138℃，泡沫溫拌技術可降低橡膠瀝青混合料成型溫度25℃以上;

(2)泡沫溫拌橡膠瀝青混合料路用性能良好。

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［5］李祝龍，丁小軍，趙述增等，瀝青混合料應用中的環境保護［J］.交通運輸工程學報，2004，4(4):1－4.

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［10］劉日鑫.膠粉改性瀝青材料［D］.昆明:昆明理工人學，2002.

Research on the determ ination of com paction tem perature and pavement performance of foamed CRMA m ixture

JIAPengfei
(Jiangsu Transportation Institute，Nanjing 210000)

In order to investigate the compaction temperature and pavement performance of foamed CRMA(crumb rubbermodified asphalt) mixture，AR－AC－13 CRMA mixture common used in Jiangsu Province，China was selected in this study.The Marshall samples of foamed CRMA mixture were compacted at120℃，130℃，140℃，150℃ and 160℃.The compaction temperature of foamed CRMA mixture was determined by the best air void and the pavement performance of thatwas evaluated by rutting test，beam bending testand freeze－thaw split test.The results show that the compaction temperature of foamed CRMA mixture is 138℃ and foamed warm mixed asphalt technology can reduce the compaction temperature of CRMA mixture about25℃.In addition，foamed CRMAmixtures havewell pavement performance.

road engineering;crumb rubbermodified asphalt(CRMA);foamed warm mixed asphalt;compaction temperature;pavement performance

TU99

A

1004－6135(2015)11－0031－04

賈鵬飛(1983.01－ )，男，工程師。

2015－10－10

賈鵬飛(1983.01－ )，男，工程師，主要從事公路工程與市政工程設計研究方面的工作。