橡膠粉改性瀝青路面性能的試驗(yàn)研究-

1、第35卷,第3期2010年6月公路工程H ighway Engi n eeringV o.l 35,N o .3Jun.,2010收稿日期2010 04 10作者簡(jiǎn)介曠小林(1962 ,男,江西永新人,高級(jí)工程師,研究方向:公路工程建造與管理。橡膠粉改性瀝青路面性能的試驗(yàn)研究曠小林(江西公路開(kāi)發(fā)總公司,江西南昌 330038摘 要介紹江西景德鎮(zhèn)至鷹潭(景鷹高速公路橡膠粉改性瀝青混凝土路面性能的試驗(yàn)研究成果,從橡膠粉改性瀝青的路用性能試驗(yàn)、橡膠粉改性瀝青混合料試驗(yàn)和工程實(shí)體檢測(cè)3個(gè)層面討論了這種路面的性能。關(guān)鍵詞高速公路;瀝青路面;橡膠粉改性瀝青;試驗(yàn)研究中圖分類號(hào)U 416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

2、B 文章編號(hào)1674 0610(201003 0077 04Test Research on Perfor mance of RubberM odifiedAsphalt Concrete Pave m entsKUANG X iaolin(Jiangx iH i g h w ay Deve l o pm ent Corporati o n ,Nanchang ,Ji a ngx i 335508,Ch i n aK ey wordsexpress w ay ;asphalt pave m en;t r ubber m odified asphal;t test research0 引言20世

3、紀(jì)60年代以來(lái),美國(guó)、瑞典、英國(guó)、法國(guó)、比利時(shí)、澳大利亞等國(guó)家先后開(kāi)展了橡膠瀝青和橡膠粉瀝青混凝土的應(yīng)用研究。在環(huán)保理念和新技術(shù)的共同推動(dòng)下,橡膠粉在道路工程中的應(yīng)用及其研究得到了很大的發(fā)展。近十多年來(lái)我國(guó)也積極開(kāi)展了橡膠粉改性瀝青的研究和應(yīng)用工作。工程實(shí)踐表明,橡膠粉瀝青混凝土在降低路面噪音,延緩反射裂縫,減薄瀝青路面,抵抗重交通和不良?xì)夂虻确矫娑加忻黠@的優(yōu)勢(shì)1-3。本文介紹江西景德鎮(zhèn)至鷹潭(景鷹高速公路橡膠粉改性瀝青混凝土路面的試驗(yàn)研究成果,從橡膠粉改性瀝青的路用性能試驗(yàn)、橡膠粉改性瀝青混合料試驗(yàn)和工程實(shí)體檢測(cè)3個(gè)層面討論了這種路面的性能。1 橡膠粉及改性瀝青的加工工藝1.1 橡膠粉加工生

4、產(chǎn)廢舊橡膠制品中一般都含有纖維和金屬等非橡膠骨架材料,所以在廢舊輪胎粉碎前,一般都要進(jìn)行預(yù)先加工處理,其中包括:分類。一般分為子午輪胎和斜交輪胎;!去除。一般去除輪胎的鋼絲和纖維;切割。將輪胎分片切割成方便粉碎的片段;#清洗。除去污漬和雜質(zhì)。粉碎。目前橡膠粉粉碎工藝通常有3種方法:一是常溫粉碎法,一般分為粗碎和細(xì)碎,分別在不同的設(shè)備上完成;二是低溫冷凍法,該法原理是將橡膠材料在低溫處于玻璃狀態(tài)時(shí),變脆易碎使得機(jī)械破碎很容易粉碎成粉末狀物質(zhì);第三種是化學(xué)試劑法。為盡量不破壞橡膠的素質(zhì)并考慮到工地條件限制,我們選擇加工相對(duì)簡(jiǎn)單的常溫粉碎法。1.2 橡膠粉粒徑規(guī)格的選定根據(jù)我國(guó)的橡膠粉生產(chǎn)情況,按細(xì)

5、度分為3種規(guī)格:粗膠粉:40目以下(0.425mm 以上;!細(xì)膠粉:4080目(0.4250.180mm ;微細(xì)膠粉:80200目(0.1800075mm 。1.3 橡膠粉改性瀝青生產(chǎn)工藝橡膠粉在路面工程中的使用,主要有濕法和干法兩種生產(chǎn)工藝。干法的特點(diǎn)是加工工藝簡(jiǎn)單,不需要特殊的設(shè)備因而成本低,缺點(diǎn)是橡膠粉拌和散布均勻性難以控制,路面易出現(xiàn)松散、剝落等早期病害;濕法工藝早期加工成本較高,但具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單路面性能良好等優(yōu)點(diǎn)。景鷹高速公路采用濕法,加工工藝為180%下簡(jiǎn)單機(jī)械拌和60m i n ,并和國(guó)內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)廠家天津海泰環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司展開(kāi)合公路工程35卷作。2 橡膠粉改性瀝青路用性能試驗(yàn)試

6、驗(yàn)研究通過(guò)摻配不同粒徑和不同摻量的橡膠粉改性瀝青的路用性能試驗(yàn),并和規(guī)范規(guī)定的普通瀝青、改性瀝青技術(shù)要求及原基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,來(lái)評(píng)價(jià)橡膠粉改性瀝青的路用性能,主要是高溫性能、低溫性能和老化性能。試驗(yàn)橡膠粉采用40目和80目?jī)煞N顆粒,基質(zhì)瀝青分別采用埃索公司的ESSO70#和殼牌公司的S H ELL70#兩種。2.1 不同細(xì)度的橡膠粉試驗(yàn)結(jié)果為了研究橡膠粉顆粒細(xì)度對(duì)改性后瀝青性能的影響,兩種瀝青分別摻入18%的40目和80目?jī)煞N不同細(xì)度橡膠粉進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表1。從試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著細(xì)度的提高,粘度有所降表1 不同細(xì)度瀝青的試驗(yàn)結(jié)果瀝青類型針入度延度軟化點(diǎn)初始軟點(diǎn)粘度

7、135% 25%5%5%15%TF OT后質(zhì)量變化/%25%殘留針入度25%殘留針入度比/%5%延度15%延度15%殘留延度比/%5%殘留延度比/%低,各個(gè)溫度下針入度都有不同程度提高,而另一方面延度也有所提高?？紤]到針入度和延度指標(biāo)的不確定性及離散性,評(píng)價(jià)橡膠粉改性瀝青的改性效果主要是粘度指標(biāo),通過(guò)對(duì)不同的目數(shù)的橡膠粉顆粒進(jìn)行粘度評(píng)價(jià)和比較,發(fā)現(xiàn)粘度下降很快,而40目橡膠改性后的瀝青粘度較理想,所以本次研究重點(diǎn)放在40目的橡膠粉改性瀝青性能上。2.2 對(duì)橡膠粉改性瀝青的評(píng)價(jià)根據(jù)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)常用的瀝青指標(biāo)評(píng)價(jià)體系,對(duì)40目的橡膠粉改性瀝青進(jìn)行了高溫性能、低溫性能和抗老化性能試驗(yàn),得出以下結(jié)論:橡膠

8、粉能夠提高瀝青的高溫性能,主要表現(xiàn)在針入度降低、軟化點(diǎn)和粘度提高;!橡膠粉能夠提高瀝青的抗老化性能,表現(xiàn)為殘留針入度的提高和質(zhì)量損失減少;橡膠粉改性瀝青和常用SBS改性瀝青相比,從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看各個(gè)方面的指標(biāo)都接近或已超過(guò),只有軟化點(diǎn)和延度指標(biāo)有所不足,需要在進(jìn)一步的混合料試驗(yàn)中加以研究。#由于橡膠粉存在未完全溶賬現(xiàn)象,顆粒拌和分布也不會(huì)完全均勻,所以試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性較大,需要在后續(xù)混合料相關(guān)試驗(yàn)中進(jìn)一步確認(rèn);表2給出ESSO+20%橡膠粉、S H ELL+18%橡膠粉改性瀝青和SBS改性瀝青性能指標(biāo)對(duì)照表。表2 三種瀝青的性能指標(biāo)對(duì)照表瀝青種類25%針入度/0.1mm15%針入度/0.1mm5%延

9、度/c m15%延度/c m軟化點(diǎn)/%初始軟化點(diǎn)/%135%粘度/(Pa&sTFOT后質(zhì)量變化/%25%針入度/0.1mm25%針入度比/%15%延度/c m15%延度比%3 橡膠粉改性瀝青混合料試驗(yàn)本次瀝青混合料設(shè)計(jì)以景鷹高速公路CP 2路面標(biāo)AC 13型上面層和AC 20中面層兩種SBS改性瀝青混合料設(shè)計(jì),在參照公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(和公路瀝青路面施工規(guī)范(J T J F40 2004進(jìn)行同種級(jí)配設(shè)計(jì),以比較橡膠粉改性瀝青和SBS改性瀝青混合料的實(shí)際性能。78第3期曠小林:橡膠粉改性瀝青路面性能的試驗(yàn)研究3.1 力學(xué)指標(biāo)性能試驗(yàn)表明,橡膠粉改性瀝青混合料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度略低于SBS改

10、性瀝青,抗壓回彈模量小于SBS 改性瀝青混合料,表明在同樣荷載作用下,橡膠粉改性瀝青混合料的變形比SBS改性瀝青混合料的大。3.2 高溫穩(wěn)定性能本次試驗(yàn)主要采用車(chē)轍試驗(yàn)進(jìn)行高溫穩(wěn)定性能研究,動(dòng)穩(wěn)定度是反映瀝青混合料高溫抵抗永久變形性能一個(gè)指標(biāo),它較馬歇爾穩(wěn)定指標(biāo)更為直觀。動(dòng)穩(wěn)定度愈高,瀝青混合料的抗車(chē)轍能力愈強(qiáng),高溫穩(wěn)定性愈好。試驗(yàn)表明,SBS動(dòng)穩(wěn)定次數(shù)達(dá)4500次以上,而橡膠粉動(dòng)穩(wěn)定也在4000左右,同樣具有很好的高溫性能?？紤]到橡膠粉顆粒具有一定的彈性,易變形車(chē)轍深度檢測(cè)值可能有所夸大,實(shí)際高溫穩(wěn)定性可能比試驗(yàn)值好。3.3 抗疲勞性能瀝青混合料的抗疲勞性能是指其在特定荷載環(huán)境與氣候條件下抵

11、抗重復(fù)荷載作用而不產(chǎn)生破裂的能力。本次研究采用劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)其性能,以下為3種應(yīng)力水平的抗疲勞次數(shù)試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明橡膠粉改性瀝青混合料普遍高于SBS。3.4 抗水害性能水損害是瀝青路面常見(jiàn)的損害之一,主要是指水經(jīng)由瀝青路面孔隙、裂縫進(jìn)入瀝青路面內(nèi)部后,在凍融、車(chē)輛輪胎動(dòng)荷載產(chǎn)生的動(dòng)水壓力或真空抽吸沖刷反復(fù)作用下,水分逐漸滲入瀝青與礦料的界面或?yàn)r青內(nèi)部,使瀝青與礦料之間的粘附性降低并逐漸喪失粘結(jié)能力,從而使瀝青膜逐漸從礦料表面剝離、瀝青混合料掉粒、松散,造成瀝青路面整體性破壞,通常評(píng)價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)有殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)。凍融劈裂試驗(yàn)可用來(lái)檢驗(yàn)橡膠粉改性瀝青混合料的抗水損害能

12、力即水穩(wěn)定性,測(cè)定指標(biāo)為凍融劈裂強(qiáng)度比(TSR,TSR值愈大水穩(wěn)定性愈好。凍融劈裂試驗(yàn)表明,不同級(jí)配下的橡膠粉改性瀝青混合料的TSR值均滿足施工技術(shù)規(guī)范,并相較SBS的TSR值大,反映了橡膠粉改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性能良好。浸水馬歇爾試驗(yàn)是我國(guó)最常用的檢定瀝青混合料水穩(wěn)定性能試驗(yàn)。浸水馬歇爾試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)橡膠粉改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度要比SBS高5%左右。3.5 低溫抗裂性能瀝青路面開(kāi)裂是路面的主要病害之一。瀝青路面的面層直接暴露在大氣作用之下,當(dāng)氣溫下降時(shí)瀝青路面相應(yīng)要收縮,但由于路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的基層和面層之間的摩阻力而路面不設(shè)伸縮縫,使得瀝青面層內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。這些應(yīng)力即會(huì)產(chǎn)生低溫開(kāi)裂,不僅破壞

13、路面的連續(xù)性、整體性和美觀,而且從裂縫處不斷進(jìn)入的水分使基層甚至路基軟化,導(dǎo)致路面承載力下降,加速路面破壞,嚴(yán)重危及了道路的使用壽命和質(zhì)量。瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)可用來(lái)評(píng)價(jià)混合料的抗彎強(qiáng)度、破壞彎拉應(yīng)變及破壞時(shí)的彎曲勁度模量,這些指標(biāo)越好表明低溫抗裂性越好。低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明,橡膠粉改性瀝青各項(xiàng)抗裂指標(biāo)接近或優(yōu)于SBS。3.6 對(duì)橡膠粉改性瀝青混合料的評(píng)價(jià)通過(guò)AC 13、AC 20兩種混合料的單軸壓縮試驗(yàn)、車(chē)轍試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和小梁彎曲試驗(yàn)等,發(fā)現(xiàn)橡膠粉改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性、低溫性能和抗疲勞性能都相當(dāng)好,已達(dá)到并超過(guò)了SBS改性瀝青性能,但車(chē)轍試驗(yàn)中動(dòng)穩(wěn)定次數(shù)

14、和SBS略有差距,但也滿足規(guī)范要求。4 工程實(shí)體的檢測(cè)和評(píng)價(jià)為檢查橡膠粉改性瀝青的實(shí)際路用性能效果,本次研究選定景鷹高速公路路面CP2標(biāo)(k123+ 200k151+475中的5km試驗(yàn)路段作為上、中面層路面性能工程實(shí)體檢測(cè)。4.1 表面滲水根據(jù)公路路基路面測(cè)試規(guī)程J TJ059 95(中的T0791 95規(guī)定,利用一定水壓作用在瀝青路面空隙中發(fā)生滲透,以單位時(shí)間內(nèi)水頭損失量作為滲水系數(shù),mL/m i n。AC 13檢測(cè)點(diǎn)數(shù)15個(gè),其滲水系數(shù)平均值22.4mL/m in;AC 20檢測(cè)點(diǎn)數(shù)15個(gè),其滲水系數(shù)平均值19.2mL/m i n,滲水量都很小。4.2 鉆芯取樣AC 13鉆芯試驗(yàn)5個(gè)平均

15、壓實(shí)度98.54%,其中最大99.4%、最小97.6%,合格率100%;AC 20鉆芯試驗(yàn)5個(gè)平均壓實(shí)度98.64%,其中最大99 6%、最小97.8%,合格率100%。4.3 構(gòu)造深度檢測(cè)點(diǎn)數(shù)15個(gè),構(gòu)造深度平均值0.83mm>規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)0.55mm,滿足要求。4.4 面層抗滑本次研究采用擺式摩擦系數(shù)測(cè)定儀進(jìn)行潮濕狀態(tài)下的路面摩擦系數(shù)測(cè)量,共測(cè)15個(gè)點(diǎn),擺值平均值54;標(biāo)準(zhǔn)差1.304;變異系數(shù)2.4,完全滿足規(guī)范79公路工程35卷要求,具有很強(qiáng)的抗滑要求。4.5 面層降噪橡膠粉改性瀝青路面由于橡膠顆粒的高彈性,使得路面具有吸收輪胎震動(dòng)噪音,通過(guò)對(duì)試驗(yàn)路段測(cè)定噪音降低了4dB。4.6 工

16、程實(shí)體試驗(yàn)路的評(píng)價(jià)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)配比設(shè)計(jì)、施工以及檢測(cè)可以認(rèn)為密級(jí)配橡膠粉改性瀝青混合料適用于道路鋪筑,對(duì)于其長(zhǎng)期路用性能,則需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期行車(chē)荷載的檢驗(yàn)才能得出結(jié)論,目前景鷹高速公路通車(chē)時(shí)間已近1a,試驗(yàn)路未出現(xiàn)坑槽、裂縫等早期病害,初步效果明顯。5 經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效果5.1 經(jīng)濟(jì)效益按目前重交瀝青、改性瀝青和橡膠粉的市場(chǎng)價(jià)計(jì)算,分別對(duì)上面層S HELL+18%橡膠粉改性瀝青、中面層ESSO+20%與SBS改性瀝青材料價(jià)格進(jìn)行比較。計(jì)算表明,各層每公里可節(jié)約成本為:上面層12.3萬(wàn)元;中面層14.5萬(wàn)元;兩層共計(jì)26.8萬(wàn)元,經(jīng)濟(jì)效益明顯。5.2 環(huán)保效果根據(jù)測(cè)算每生產(chǎn)1t橡膠粉需消耗廢舊輪胎240條

17、,按這個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算,每公里共消耗輪胎量11308條,環(huán)保效果顯著。由于橡膠粉的高彈性使得路面的彈性增加,因而不但行車(chē)更舒適同時(shí)具有吸收輪胎震動(dòng)的效果,能降低行車(chē)噪音4dB,減少了對(duì)沿線居民的干擾。6 結(jié)語(yǔ)橡膠粉改性瀝青用于高速公路路面,可以有效地改善路面性能,延長(zhǎng)道路壽命,大量回收廢舊輪胎,節(jié)約路面成本,其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益巨大,是一種值得推廣的路面型式。參考文獻(xiàn)1 孫大權(quán),仲崇民,廖克儉,等.我國(guó)改性道路瀝青發(fā)展?fàn)顩rJ.撫順石油學(xué)院學(xué)報(bào),1999,19(4:21-28.2 孫妍楓,楊志成,張 鋒,等.廢舊輪胎橡膠粉瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)與應(yīng)用J.公路,2009(3:158-161.3 王旭東,李美江,

18、路凱冀.橡膠瀝青及混凝土應(yīng)用成套技術(shù)M.北京:人民交通出版社,2008.4 黃文元,張隱西.道路路面用橡膠瀝青的性能特點(diǎn)與指標(biāo)體系J.中南公路工程,2007,32(1:111-114.5 侯彥明,高敏杰,高俊啟.橡膠瀝青應(yīng)力吸收層疲勞性能試驗(yàn)研究J.公路工程,2009,34(2:80-82.6 羅 妮.廢橡膠粉在道路工程中的應(yīng)用研究和發(fā)展J.湖南交通科技,2008,34(1:32-33.(上接第66頁(yè)1> p1;同理,當(dāng) 1一定時(shí),要使橫張預(yù)應(yīng)力鋼筋的伸長(zhǎng)率 滿足設(shè)計(jì)要求,必須 1> p2(其中, p1就是上最小張拉角; p2就是下最小張拉角。綜上,在預(yù)應(yīng)力布束時(shí),應(yīng)結(jié)合 p1、 p2靈活的選擇下彎點(diǎn)位置。4 結(jié)論對(duì)既有體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行了綜述性分析,探討了橫張?bào)w外預(yù)應(yīng)力束的調(diào)控時(shí)機(jī),并給出了調(diào)控時(shí)機(jī)的計(jì)算方法。同時(shí),探討了預(yù)應(yīng)力束張拉空間,理論分析了其上下張拉角度與張拉空間的關(guān)系,進(jìn)一步完善了橫張?bào)w外預(yù)應(yīng)力體系,亦可供設(shè)計(jì)參考。參考文獻(xiàn)1 中鐵大橋局集團(tuán)武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司.混凝土橋梁加固理論研