改性瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)

摘要:鑒于聚合物改性瀝青可以明顯改善瀝青混凝土路面的低溫和高溫性能，延長道路使用壽命，因此聚合物改性瀝青已經(jīng)成為全球?yàn)r青路面的首選。本次高速公路項(xiàng)目的路面上面層組成配合比設(shè)計(jì)就添加和利用了石灰?guī)r集料和SBS改性瀝青(基質(zhì)瀝青為韓國SK重交瀝青AH-70)來進(jìn)行配合比篩選和設(shè)計(jì)，并得出最佳瀝青用量和瀝青混凝土密度，總結(jié)SBS改性瀝青混凝土相比于普通瀝青混凝土具有更好性能。

關(guān)鍵詞:聚合物改性瀝青;SBS;配合比設(shè)計(jì);馬歇爾試驗(yàn)

中圖分類號:U416.216文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1000-8136(2010)03-0014-03

聚合物改性瀝青是全球?yàn)r青改性中普遍采用的材料，它主要是將占瀝青含量3 %～5 %的塑料、橡膠等聚合物加入瀝青中，能大大改善其使用性能，顯著延長路面服務(wù)年限、降低噪聲、提高行車舒適性和安全性，其中以SBS比較常見。[1]

苯乙烯系熱塑性彈性體(又稱為苯乙烯系嵌段共聚物Styreneic Block Copolymers，簡稱SBCs)，目前是世界產(chǎn)量最大、與橡膠性能最為相似的一種熱塑性彈性體。目前，SBCs系列品種中主要有4種類型，即:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS);苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS);苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS);苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯型嵌段共聚物(SEPS)。SEBS和SEPS分別是SBS和SIS的加氫共聚物。SBS苯乙烯類熱塑性彈性體是SBCs中產(chǎn)量最大(占70 %以上)、成本最低、應(yīng)用較廣的一個(gè)品種，是以苯乙烯、丁二烯為單體的三嵌段共聚物，兼有塑料和橡膠的特性，被稱為“第三代合成橡膠”。與丁苯橡膠相似，SBS可以和水、弱酸、堿等接觸，具有優(yōu)良的拉伸強(qiáng)度，表面摩擦系數(shù)大，低溫性能好，電性能優(yōu)良，加工性能好等特性，成為目前消費(fèi)量最大的熱塑性彈性體。SBS作為建筑瀝青和道路瀝青的改性劑可明顯改進(jìn)瀝青的耐候性和耐負(fù)載性能。目前SBS主要用于橡膠制品、樹脂改性劑、粘合劑和瀝青改性劑四大應(yīng)域。在橡膠制品方面，SBS模壓制品主要用于制鞋(鞋底)工業(yè)，擠出制品主要用于膠管和膠帶;作為樹脂改性劑，少量SBS分別與聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)共混，可明顯改善制品的低溫性能和沖擊強(qiáng)度;SBS作為粘合劑具有高固體物質(zhì)含量、快干、耐低溫的特點(diǎn);SBS作為建筑瀝青和道路瀝青的改性劑可明顯改進(jìn)瀝青混凝土路面的耐久性、低溫和高溫路用性能。[2]

本次高速公路項(xiàng)目根據(jù)礦料和礦粉來源及篩分確定下面層采用重交瀝青AC-25面層結(jié)構(gòu)，集料均為江西省德安縣白云嶺石料場石灰?guī)r，礦粉為江西省德安華隆重質(zhì)碳酸鈣廠生產(chǎn)，瀝青為深圳路安特高新技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SBS改性瀝青(基質(zhì)瀝青為韓國SK重交瀝青AH-70);瀝青混合料礦料級配范圍在《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004基礎(chǔ)上采用粗型密級配，馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及瀝青混合料性能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)按現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行，并進(jìn)行高速公路下面層組成級配設(shè)計(jì)和確定最佳瀝青用量。

1集料原材料試驗(yàn)

根據(jù)本次高速公路項(xiàng)目的路面等級、沿線氣候條件、交通特性等及所提供的原材料和設(shè)計(jì)要求，下面層集料均采用白云嶺石料場石灰?guī)r，試樣為:1#料20 mm～30 mm，2#料10 mm～20 mm，3#料5 mm～10 mm，4#料0 mm～5 mm，礦粉采用德安華隆重質(zhì)碳酸鈣廠所生產(chǎn)的礦粉。其中集料視密度試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1集料視密度試驗(yàn)結(jié)果(水溫度:20 ℃)

材料名稱集料的烘干

質(zhì)量ma(g)集料的水中

質(zhì)量mw(g)視密度(g/cm3)平均值

(g/cm3)

1#料

20 mm～30 mm1500.2956.12.7522.752

1500.1955.82.751

2#料

10 mm～20 mm1500.4958.02.7612.752

1500.2954.52.744

3#料

5 mm～10 mm1000.0635.12.7352.737

1000.1635.52.739

材料名稱試樣重

m0(g)試樣、水和容

量瓶重m1 (g)水和容量

瓶重m2(g)視密度

(g/cm3)平均值

(g/cm3)

4#料

0 mm～5 mm500.11093.5776.52.7272.724

500.01111.9795.32.721

2瀝青材料試驗(yàn)

本研究首先對“韓國SK”重交瀝青AH-70(摻加3 %的SBS)進(jìn)行試驗(yàn)，用以評價(jià)基質(zhì)瀝青的性能。具體的試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2瀝青基本性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)溫度 / ℃針入度(0.1mm)規(guī)范要求試驗(yàn)方法

257160～80T0604-2000

試驗(yàn)溫度 / ℃延度 / cm規(guī)范要求試驗(yàn)方法

15>100≮100T0605-1993

軟化點(diǎn) / ℃規(guī)范要求試驗(yàn)方法

60.1≮44T0606-2000

3瀝青混合料試驗(yàn)

3.1集料篩分試驗(yàn)及合成級配組成設(shè)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)方案和設(shè)計(jì)要求，瀝青混合料試驗(yàn)中、下面層試驗(yàn)結(jié)果已完成，試驗(yàn)材料中下面層為江西德安白云嶺石料場石灰?guī)r，通過篩分和摻配，試驗(yàn)確定合成級配曲線圖見圖1。集料篩分試驗(yàn)結(jié)果及通過率見表3。

表3AC-25篩孔通過率和合成級配組成設(shè)計(jì)

材料名稱配合成分

/ %通過下列篩孔(mm)重量百分?jǐn)?shù) / %

31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075

20 mm～30 mm17100.077.98.40.60.00.00.00.00.00.00.00.00.0

10 mm～20 mm28100.0100.085.057.544.817.10.30.00.00.00.00.00.0

5 mm～10 mm23100.0100.0100.0100.0100.093.24.20.40.00.00.00.00.0

0 mm～5 mm28100.0100.0100.0100.0100.0100.094.655.936.626.017.014.010.4

礦粉4100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.099.894.687.0

合成級配 / %100.096.280.271.267.558.231.519.714.211.38.87.76.4

設(shè)計(jì)要求

通過率 / %中值100.095.082.574.066.555.038.029.022.516.011.08.55.0

上限值100.0100.090.083.076.065.052.042.033.024.017.013.07.0

下限值100.090.075.065.057.045.024.016.012.08.05.04.03.0

圖1下面層AC-25級配曲線圖

3.2馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

AC-25下面層馬歇爾試驗(yàn)和瀝青用量曲線圖見表4。

3.3瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)

AC-25下面層浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表4馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

試件編號油石比 / %試件相對密度穩(wěn)定度 / kN流值(0.1mm)空隙率VV / %瀝青體積百分率 / %礦料間隙率VMA / %瀝青飽和度VFA / %

實(shí)際理論

13.52.4332.58911.131.876.07.813.856.5

23.82.4422.57711.782.155.28.513.762.0

34.12.4492.56610.952.674.69.113.766.4

44.42.4612.55510.183.023.79.913.672.8

54.72.4732.5449.243.542.810.613.479.1

技術(shù)要求3.5～4.7實(shí)測實(shí)測≥81.5～4.03～6/≥1155～70

備注確認(rèn)最佳瀝青用量油石比OAC=4.1 %，對應(yīng)的瀝青混合料密度ρ o=2.449 g/cm3。

表5AC-25下面層浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

油石比 / %浸水48 h浸水30 min～40 min殘余穩(wěn)定度 / %規(guī)范要求 / %

實(shí)測密度(g/cm3)穩(wěn)定度 / kN流值(0.1mm)實(shí)測密度(g/cm3)穩(wěn)定度 / kN流值(0.1mm)

4.12.4499.093.382.45610.462.5784.0≮80

2.4509.123.812.44510.082.24

2.4598.423.292.45410.302.44

2.4488.723.762.45610.362.55

2.4448.503.282.46110.732.69

2.4489.563.642.44211.612.42

平均值2.4508.903.532.45210.592.48

備 注規(guī)范要求普通瀝青混合料浸水馬歇爾殘余穩(wěn)定度不應(yīng)小于80 %(潮濕區(qū)和濕潤區(qū));

該瀝青混合料浸水馬歇爾殘余穩(wěn)定度滿足JTG F40-2004規(guī)范要求。

4結(jié)論

(1)從混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果來看，瀝青混合料的最佳瀝青用量為OAC1=4.21 %，由相應(yīng)于密度最大值、穩(wěn)定度最大值、目標(biāo)空隙率(或中值)的瀝青用量a1、a2、a3的平均值確定，其中a1=4.7 %，a2=3.8 %，a3=4.13 %;OAC2=3.9 %，由OACmin與OACmax的中值確定，其中OACmin=3.92 %，OACmax=4.24 %，由此得出高速公路下面層的最佳瀝青用量OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.1 %。

(2)從浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果來看，SBS改性瀝青混凝土性能相比于普通瀝青混凝土更好。

參考文獻(xiàn)

1 周殿銘.普通瀝青混凝土與改性瀝青混凝土三大指標(biāo)及力學(xué)性質(zhì)的初探.長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)(社會科學(xué)版)，2009.10(1):35～37

2 黃孟元. SBS改性瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工控制.湖南交通科技，2009.35(2):75～79

Modify Match Ratio of the Bituminous Concrete Design

Yi Ying

Abstract: Seeing that the polymer modified pitch can be obviously improved the low gentle high-temperature performance of the pitch concrete road surface， lengthen one in way service life， so the polymer modified pitch has already become first-selection on road surface of global pitch . This expressway of projects the road surface above layer makes up match ratio and adds and utilizes limestones to collect material and SBS modified pitch when being designed(The host pitch is Korea S. The country SK hands in pitch AH-70 again)carry on match ratio to screen and design， it is dense to draw best pitch consumption and bituminous concrete degree， summarize SBS modify bituminous concrete compare on ordinary bituminous concrete having kind performance.

Key words: polymer modified pitch; SBS; match ratio design; marshall tests