橡胶沥青抗裂层高温性能试验研究

2016-11-18孙湘俊陈善祥

城市道桥与防洪 2016年7期

关键词：车辙集料橡胶

孙湘俊，陈善祥，刘　广

（1.广东首汇城建设计有限公司，广东广州 510075；2.嘉应学院，广东梅州 514015；3.浙江温州沈海高速公路有限公司，浙江温州325038）

橡胶沥青抗裂层高温性能试验研究

孙湘俊1，陈善祥2，刘广3

（1.广东首汇城建设计有限公司，广东广州 510075；2.嘉应学院，广东梅州 514015；3.浙江温州沈海高速公路有限公司，浙江温州325038）

运用旋转压实仪成型试件，采用改进的Superpave设计方法进行抗裂层沥青混合料设计，通过单层车辙试验和双层车辙试验分析橡胶沥青抗裂层高温性能。结果表明：改进的Superpave设计方法适合抗裂层沥青混合料设计；橡胶沥青抗裂层高温性能不足，但对路面结构的高温性能影响有限；橡胶沥青抗裂层路面结构的高温性能良好并有很大的提升空间。

道路工程；橡胶沥青；抗裂层；改进Superpave设计方法；高温性能

0　引言

我国公路建设事业经过二十余年的蓬勃发展，公路网规模不断扩大，早期修建的公路相继进入大修和改造期。在旧水泥路面或沥青路面大修和改造中，加铺沥青罩面能有效地改善旧路的使用性能，但由于旧路普遍存在接缝或裂缝，在行车荷载及自然环境等因素共同作用下，易产生反射裂缝，严重影响了加铺层的使用质量和寿命。传统的设置玻纤格栅、土木布等土工织物的措施未能取得很好的抗裂效果。采用加铺抗裂层能很好地消解接缝或裂缝处的应力集中现象，降低沥青罩面层底荷载应力和温度应力，延缓反射裂缝产生，延长沥青罩面的使用寿命［3-5］。已有研究表明：橡胶沥青抗裂层具有很好的低温抗裂性能及疲劳性能［3-7］。但处于中面层的抗裂层受温度影响较大，对抗裂层的高温性能进行评价很有必要，尤其在南方高温地区，开展抗裂层的高温性能研究很有实用价值和现实意义。本文在现有工程材料的基础上采用改进的Superpave设计方法进行混合料设计，对橡胶沥青抗裂层单层混合料及其组合结构双层沥青混合料进行高温性能实验研究。

1　原材料性质

1.1橡胶沥青性质

本研究采用湿法工艺制备橡胶沥青，以SK70#基质沥青作为调和沥青，橡胶粉细度20目，橡胶粉掺量为外掺15%。先将基质沥青加热到160℃左右，再加入橡胶粉，在190℃左右用高速剪切机剪切改性60 min，得到的橡胶沥青性能见表1。

表1　橡胶沥青性能

1.2粗集料

本研究的粗集料采用玄武岩，产地湖南株洲，其技术性质见表2。

表2　粗集料技术性质

1.3细集料

本研究的细集料采用玄武岩，产地湖南株洲，其技术性质见表3。

表3　细集料技术性质

2　橡胶沥青混合料配合比设计

2.1改进的Superpave设计方法

抗裂层具有大变形、不透水和结构层厚度小的特点，是一种沥青含量大、空隙率小和级配细的砂粒式沥青混合料。传统马歇尔方法不适合该种混合料的设计。已有资料表明，体积参数指标（特别是空隙率）与沥青混合料性能之间具有很好的相关性，因而采用体积设计法进行抗裂层混合料设计，并对Superpave体积设计法进行了适当改进：试件尺寸为直径150 mm，高度约115 mm；设计旋转压实次数为125次；设计孔隙率为0.5%～3%；矿料间隙率要求大于20%；沥青填隙率为85%～98%；粉胶比为0.5～1.6；孔隙率为2.0%±0.2%时所对应的沥青用量为最佳沥青用量。

2.2混合料级配

根据所选三档集料（编号为1#、2#、3#）的级配组成，经过多次掺配优选出满足改进的Superpave设计方法基本要求的橡胶沥青抗裂层混合料矿料级配，其中1#集料、2#集料、3#集料和矿粉的掺配比例分别为25%、25%、40%、10%，集料级配及矿料合成级配见表4。

表4　橡胶沥青抗裂层混合料级配

2.3最佳沥青用量

本试验采用的橡胶沥青以橡胶粉：70#基质沥青=15：85的掺配比经高速剪切制备而成，初定混合料油石比为8.5%、9%、10%、11%，用旋转压实仪（SGC）制备直径为150 mm、高度约115 mm的圆柱体试件，采用进行体积性能测试，其体积性能见表5，其空隙率曲线如图1所示。

表5　橡胶沥青抗裂层混合料体积性能

图1　橡胶沥青抗裂层混合料空隙率曲线

从混合料体积性能表可以看出，该混合料十分密实，几乎不吸水，也几乎不透水。从空隙率曲线可以看出，橡胶沥青混合料空隙率随着油石比的增大而减小，当油石比为8.5%时，橡胶沥青混合料空隙率为2.358%，当油石比为9%时，橡胶沥青混合料空隙率为1.894%。依据孔隙率为2.0%± 0.2%时所对应的沥青用量为最佳沥青的要求，通过对空隙率曲线进行线形归纳分析，确定橡胶沥青混合料的最佳用油量为8.8%。