泡沫温拌橡胶沥青混合料成型温度确定及路用性能研究

贾鹏飞

(苏交科集团股份有限公司 江苏南京 210000)

泡沫温拌橡胶沥青混合料成型温度确定及路用性能研究

贾鹏飞

(苏交科集团股份有限公司 江苏南京 210000)

为研究泡沫温拌橡胶沥青混合料成型温度及其路用性能，选择江苏地区常用的AR－AC－13橡胶沥青混合料，分别在120℃、130℃、140℃、150℃和160℃下成型马歇尔试件，通过最佳空隙率法确定其成型温度，并通过车辙试验、低温小梁弯曲试验和冻融劈裂试验验证其路用性能。结果表明，泡沫温拌橡胶沥青混合料的成型温度为138℃，泡沫温拌技术可降低橡胶沥青混合料成型温度25℃以上，且其路用性能良好。

道路工程;橡胶沥青;泡沫温拌;成型温度;路用性能

E-mail:jiapengfeisjk@sina.com

引言

随着经济发展，道路交通量和车辆轴载不断增加，传统道路石油沥青已无法满足高温、高荷载和高动水压力对路面材料的要求，因此改性沥青受到广泛关注。另一方面，随着汽车保有量持续增长，各国均面临大量废旧轮胎的处理难题。橡胶沥青是以废轮胎胶粉作为改性剂，通过大量试验研究和路面服务证明，橡胶沥青混合料在抗老化性能和抗疲劳性能方面要优于聚合物改性沥青混合料的性能，其次高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害能力都比较好。当橡胶沥青的抗疲劳性能与道路石油沥青的抗疲劳性能相同时，使用橡胶沥青进行施工的路面可比使用道路石油沥青施工的路面减少一半的厚度，并且在橡胶沥青路面上行车时会明显感觉平稳、舒适、噪音低等优点，从而更有利于人身安全和身心健康。每年我国进行路面维护和修复都是一笔很大的开支，而橡胶沥青的上述优点使得沥青路面降低了各种损害，从而延长了沥青路面的使用寿命，为国家的经济节省了不少的支出。因此，橡胶沥青被广泛的推广应用［1－4］。但是，橡胶沥青在生产施工过程中，需将沥青加热至180℃，集料加热至190℃，在摊铺和压实过程中，混合料温度不低于150℃。如此高的施工温度，不仅造成资源浪费和使沥青胶结料老化，更重要的是，在施工过程中会排放大量的CO2、CO、SO2、NOx和粉尘等有害物质，损害施工人员的健康和周围的环境［5－7］。因此，如何降低橡胶沥青混合料施工温度，从而降低环境污染和对施工人员的危害至关重要。泡沫温拌技术和其他添加剂类的温拌技术相比，不需要任何添加剂，是一种真正的绿色筑路技术。本文通过最佳空隙率法确定橡胶沥青混合料的成型温度，并验证其路用性能。

1 试验材料和方法

1.1 试验原材料

(1)基质沥青

本文采用70#道路石油沥青作为基质沥青。按照规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20－2011)［8］的要求以及SHRP试验方法［9］对70#道路石油沥青的各项性能指标进行了测试，结果如(表1)所示。

表1 70#道路石油沥青基本性能指标

(2)橡胶粉

本文采用的废胶粉选用货车轮胎胶粉，胶粉尺寸为20目，以废旧轮胎为原材料，在常温下经过粉碎、分离、除金属、筛选等活化和脱硫等一系列工序处理制成［10］，胶粉的技术指标如(表2，3)所示。

表2 废旧胶粉物理技术指标

1.2 泡沫橡胶沥青制备

(1)橡胶沥青制备

橡胶沥青制备采用70#道路石油沥青为基质沥青，20目胶粉为改性剂，胶粉掺量为内掺18%(橡胶粉占制备后橡胶沥青的比例);将基质沥青加热至180℃后，将胶粉加入基质沥青中高速剪切60min。

(2)泡沫温拌橡胶沥青制备

采用德国维特根WLB 10发泡试验机在室内对橡胶沥青进行发泡，发泡温度为180℃，用水量为3% (水占橡胶沥青的比例)。

1.3 混合料配合比设计

混合料采用江苏地区常用的AR－AC－13橡胶沥青混合料，其级配曲线如(图1)所示。

图1 泡沫温拌橡胶沥青混合料级配曲线

1.4 成型温度确定方法

采用最佳空隙率法确定泡沫温拌橡胶沥青混合料的成型温度。泡沫温拌技术可降低施工温度20℃以上，因此，分别在 120℃、130℃、140℃、150℃和160℃下采用马歇尔击实法成型试件，当空隙率达到最小时为最佳成型温度。

2 试验结果与分析

2.1 混合料成型温度确定

分别在120℃、130℃、140℃、150℃和160℃下成型马歇尔试件，双面击实75次，其空隙率如(表4)所示。

表4 不同成型温度下混合料空隙率

泡沫温拌橡胶沥青混合料空隙率与成型温度间的关系如(图2)所示。

从(图2)中可知，泡沫温拌橡胶沥青混合料空隙率与成型温度近似呈2次相关，根据其拟合公式y= 0.0026x2－0.718x+54.306可知，当成型温度为138℃时混合料空隙率达到最低，因此，确定泡沫温拌橡胶沥青混合料的成型温度为138℃。

图2 混合料空隙率与成型温度关系图

2.2 混合料路用性能

在138℃时成型马歇尔试件，验证路用性能。

(1)体积指标

泡沫温拌橡胶沥青混合料体积指标如(表5)。

表5 橡胶沥青混合料体积指标

从(表5)中可知，泡沫温拌橡胶沥青混合料体积指标均良好。

(2)混合料高温性能

采用车辙试验评价泡沫温拌橡胶沥青混合料的高温性能，采用现行规范推荐采用的试验参数:试验温度为 60℃，轮压为 0.7MPa，车辙试件尺寸为300mm×300mm×50mm。试验过程中测定车辙试件的变形与试验时间或者车轮碾压次数之间的关系，通过计算得到泡沫温拌橡胶沥青混合料的动稳定度(DS)，结果如(表6)所示。

图3 车辙试验

表6 混合料车辙试验结果

从(表6)中可知，泡沫温拌橡胶沥青混合料的动稳定度远高于规范要求，高温性能良好。

(3)混合料低温性能

采用低温小梁弯曲试验评价泡沫温拌橡胶沥青混合料的低温性能。低温小梁弯曲试验是在规定尺寸的小梁试件跨中施加集中荷载直至断裂破坏的试验，通过破坏时最大荷载计算沥青混合料标准小梁的抗弯强度，通过破坏时跨中挠度计算混合料破坏时的弯拉应变，抗弯强度和弯拉应变的比值即为混合料的弯曲劲度模量。试验采用现行规范推荐参数:试件尺寸为250mm×30mm×35mm，试验温度为－10℃，试验加载速率为50mm/min，结果如(表7)所示。

图4 低温小梁弯曲试验

表7 混合料低温小梁弯曲试验结果

从(表7)中可以看出，泡沫温拌橡胶沥青混合料低温性能良好。

(4)混合料水稳定性

采用冻融劈裂试验评价泡沫温拌橡胶沥青混合料的水稳定性。冻融劈裂试验是在规定条件下对沥青混合料进行冻融循环，测定在沥青混合料受到水损害后与未受水损害的劈裂强度比，以此来评价沥青混合料的水稳定性。试验采用现行规范推荐参数:冷冻温度为－18℃，时间为16h，高温水浴温度60℃，时间为24h，试验温度为25℃，加载速率为50mm/min，结果如(表8)所示。

图5 劈裂强度试验

表8 混合料冻融劈裂强度试验结果

从(表8)中可以看出，泡沫温拌橡胶沥青混合料冻融劈裂强度满足技术要求，表明混合料水稳定性良好。

3 结语

(1)泡沫温拌橡胶沥青混合料的成型温度为138℃，泡沫温拌技术可降低橡胶沥青混合料成型温度25℃以上;

(2)泡沫温拌橡胶沥青混合料路用性能良好。

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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

贾鹏飞(1983.01－ )，男，工程师。

2015－10－10

贾鹏飞(1983.01－ )，男，工程师，主要从事公路工程与市政工程设计研究方面的工作。