温拌橡胶沥青混合料应力吸收层路用性能研究

2012-11-15李斌江苏东南交通工程咨询监理有限公司江苏宿迁

中国科技信息 2012年1期

关键词：温拌集料橡胶

李斌江苏东南交通工程咨询监理有限公司，江苏宿迁

李斌江苏东南交通工程咨询监理有限公司，江苏宿迁

本文通过在橡胶沥青中加入温拌沥青改性剂，使得橡胶沥青的拌和和压实温度得到明显降低，原来橡胶沥青按常规施工过于黏稠以至影响施工性能的问题得到明显改善，同时其高温稳定性及低温抗裂性也能得到明显提高。

橡胶沥青;应力吸收层;高温稳定性;低温抗裂性

概述

温拌沥青混合料指在沥青中加入温拌沥青改性剂，通过降低结合料的高温黏度来降低混合料的拌和温度和压实温度，达到节约能源，减少拌制厂气体的排放，改善工厂和施工现场的工作状况。

温拌橡胶沥青结合料是指在橡胶沥青中融入温拌料的技术。大量的研究表明，橡胶沥青的拌和和压实温度要远远高于普通沥青混合料。笔者在橡胶沥青中加入温拌沥青改性剂来降低橡胶沥青的拌和和压实温度，以改善其在施工温度下过于黏稠以至影响施工性能的问题，并同时改善其它路用性能指标。

1 温拌橡胶沥青应力吸收层级配设计

作为应力吸收层结构，其厚度通常在2cm左右，为保证摊铺的均匀性及提高混合料的低温韧性，必须使用粒径较小的混合料；但现行规范中的砂粒式混合料的高温稳定性下较差，通常仅适用于非机动车道，在大交通量的道路上使用小粒径的沥青混合料时，还必须考虑其在高温下抵抗荷载变形的能力；因此必须对应力吸收层的级配进行设计。

橡胶沥青应力吸收层中的碎石宜选用优质玄武岩，应洁净、干燥、无风化、无杂质，满足表1的技术要求。

表1 碎石（橡胶沥青应力吸收层）技术要求

过高的施工温度不仅将导致施工能耗和成本的增加，同时将在施工现场排放出大量有害气体。为了降低施工期的有害气体排放，笔者引进了温拌技术。

图1 胶粉掺量对沥青胶结料高温黏度的影响

为降低橡胶沥青的施工温度、减少施工过程中的烟尘排放、提高现场碾压效果，本项目引进了温拌技术。选用了上海诚鸿到了材料有限公司的SAK温拌剂。分别采用1%、2%和3%的掺量制备温拌橡胶沥青，测定其黏度，试验结果如图1所示。

由图2试验结果可以看出，在相同温度下，随着温拌剂掺量的增加，胶结料的黏度下降。本次试验中较为适宜的温拌剂掺量为 2%。

图2 温拌剂掺量对橡胶沥青黏度的影响

依据各项原材料的试验结果，制备橡胶沥青混合料试件，试验温度控制如表2所示：

表2 试验温度

在已有的骨架密实型粗集料级配的基础上，通过不同级配的细集料对混合料性能的影响，其中重点研究混合料的高温性能。首先根据密实骨架理论，进行粗集料级配设计，由于细集料主要与沥青形成胶浆，填充粗集料的空隙，并将其黏结在一起，所以细集料的级配与混合料性能密切相关，通过对4组不同的级配进行常规马歇尔试验，然后再进行车辙试验，最后对细集料级配不同的各种骨架密实型作综合评价，选出高温性能最好的应力吸收层混合料级配见表3。

表3 应力吸收层沥青混合料级配

依据已有试验结果，本次试验重点对油石比分别为6.5%和6.0%的两组混合料的性能进行了检验。试验结果如表4所示。

表4 橡胶沥青混合料马歇尔试验结果

由表4述试验结果可以看出，油石比为6.0%时，混合料的空隙率为2.5%，马歇尔稳定度为13.2kN；当油石比增加到6.5%时，空隙率下降到1.8%，稳定度下降到11.3kN。

2 温拌橡胶沥青应力吸收层混合料高低温性能验证

为进一步测试混合料的性能及评价其高温稳定性，采用上述配合比，进行混合料的车辙试验。试验结果如表5所示。

表5 车辙试验结果

由表5所述试验结果可以看出，两组混合料均具有良好的高温稳定性。综合混合料的各项性能，建议混合料的油石比为6.1%。

为进一步验证橡胶应力吸收层的低温性能，采用SHRP的约束试件温度应力试验仪（TSRST）对不同混合料的低温断裂温度进行了测试。

图3 约束试件温度应力试验仪（TSRST）及试件

TSRST试验是将棱柱状试件固定在刚性的上下拉头上，并利用液氮按规定速度降低试件的温度，随着温度的降低，试件内的温度应力将不断增加；当温度应力增加到试件的抗拉强度时，将导致试件的断裂，因此TSRST试验也被称为冻断试验。根据美国SHRP的研究成果，TSRST试验能够有效的模拟沥青路面的低温开裂情况。

为了对比分析橡胶沥青混合料的低温性能，本课题分别采用SBS改性沥青制备了AC-13混合料和SMA-13混合料，并与橡胶沥青混合料进行对比。冻断试验结果如图4所示。可以看出，随着温度的降低，各混合料内的温度应力均呈增加趋势，并且当温度降低到-10℃后，温度应力的累计速度明显增加；当应力超过试件所能承受的极限时，将导致试件的断裂。

由于采用了相同的沥青胶结料，AC-13和SMA-13混合料的冻断温度基本相同，为-20℃～-21℃，但由于SMA混合料中的粉胶比高于AC混合料，也即自由沥青含量较少，因此SMA混合料的温度应力上升相对较快，同时其可承受的温度应力也高于AC混合料。

橡胶沥青混合料的温度应力上升曲线与SMA混合料类似，其原因可能是两者均属于骨架密实型结构；但橡胶沥青混合料的承受的最大温度应力明显高于SMA混合料，提高了近50%，从而使橡胶沥青混合料的冻断温度降低到了-26℃。冻断试验结果进一步明确表明橡胶沥青混合料具有非常好的低温抗裂性能。