橡胶沥青混合料设计关键影响因素研究

2014-08-05张云骜

黑龙江交通科技 2014年9期

张云骜

(江苏省交通科学研究院股份有限公司)

1 前言及工程概况

橡胶沥青技术可以有效改善沥青混合料的路用性能，延长路面的使用寿命，延缓路面反射裂缝的形成，改善行车安全，降低交通噪音。作为一项新兴技术，人们对于胶粉的改性机理、橡胶沥青结合料的制备与性能评价、混合料设计与路用性能等都缺乏统一的认识。在工程应用中经常出现各种问题，如施工难度大，难以压实，高温稳定性不足，沥青用量过多造成的建造成本过高等。

本文以某城市绕城高速公路为实际案例对废胎胶粉改性沥青应用技术进行了研究。公路全长37.2km，双向六车道，设计时速100km/h。由于沿线居民区较多，为了节能降噪，上面层采用橡胶沥青路面。

2 试验设计

本文对20 目和40 目橡胶沥青进行研究，分别对应添加矿粉和不添加矿粉，以及是否控制胶粉干涉区间。试验涉及影响因素为:胶粉目数、矿粉含量、2.36～4.75 mm 比例。

2.1 橡胶沥青混合料体积指标分析

借鉴SMA 混合料配合比设计中沥青用量的计算，初拟沥青用量，空隙率取4%，借鉴并修正最佳油石比公式如下

式中:Qb为最佳油石质量比;Qr为胶粉质量分数(与集料之比);Gr为胶粉有效密度;α 为考虑橡胶沥青溶胀效应的体积修正系数;Gb为沥青的密度;Gsb为集料的密度;C 为合成矿料的沥青吸收系数;W 为集料的吸水率。

2.2 试验材料和仪器

试验所用橡胶沥青为20 目、40 目，基质沥青为道路A级70 号，胶粉种类为斜交胎，胶粉沥青掺加比例为18∶82。制备工艺为180 ℃下，低速搅拌1 h。橡胶沥青性能指标见表1。

表1 橡胶沥青指标

本文借鉴美国成熟橡胶沥青级配，采用高比例粗集料的级配特点，以形成骨架结构。粗集料选取玄武岩。细集料采用机制石灰岩。各种集料基本性能见表2 和3。矿粉为机制石灰岩，视密度为2.702 g/cm3。橡胶沥青混合料配合比见表4。

表2 粗集料指标

表3 细集料指标

表4 橡胶沥青混合料配合比

20 目胶粉颗粒主要与2.36～4.75 mm 档发生干涉作用，A、B 分别对应高、低比例(5%，8%)。40 目胶粉颗粒主要与0.6～2.36 mm 档发生干涉作用，D、E 分别对应高、低(12%，7%)。C、F 两种级配为矿粉含量为0 的断级配。

室内成型的橡胶沥青混合料使用自动拌和机拌合，拌合时间180 s+90 s，每组试件个数4～6 个。拌合温度175 ℃。

3 实验数据及分析

3.1 体积指标分析

经过马歇尔配合比设计，所对应的体积指标见表5。

从表中数据不难看出，40 目橡胶沥青的压实难度要低于20 目橡胶沥青。

对于20 目橡胶沥青混合料，2.36～4.75 mm 档百分比含量对于体积参数和最佳油石比影响明细。图1 说明，在固定油石比6.8%条件下，橡胶沥青混合料的空隙率随该档含量增加而增加，证明20 目橡胶沥青与该档集料的干涉作用明显，应该严格控制该档含量。对于40 目橡胶沥青，0.6～2.36 mm 档百分比对体积参数和最佳油石比影响明显。图2 说明，在保持油石比6.7%条件下，橡胶沥青混合料的空隙率随着该档含量的增加而增加，证明应该控制该档含量。