溫拌橡膠瀝青混合料性能研究

王 高 ，李興全 ，李 寧

（1.云南省公路開(kāi)發(fā)投資有限責(zé)任公司，云南昆明650200；2.云南省公路科學(xué)技術(shù)研究院，云南昆明，650200）

0 前言

溫拌橡膠瀝青混合料較低的拌和及壓實(shí)溫度，既可以節(jié)約大量的能源消耗，也能保證在氣溫較低的環(huán)境下能夠順利的施工，從而延長(zhǎng)每年的施工季節(jié)，還能避免瀝青改性拌和過(guò)程中的老化。橡膠瀝青的良好性能也能夠保證瀝青路面的長(zhǎng)期使用性能。

筆者在參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)及大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)干摻法和濕摻法兩種橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)工藝橡膠粉摻量、TOR（維他連接劑）摻量和溫拌劑摻量進(jìn)行了研究。將橡膠粉的合理?yè)搅慷?8%（占橡膠瀝青總量的比例），干摻法中將TOR（維他連接劑）的合理?yè)搅慷?.5%（占橡膠粉的比例），將溫拌劑的合理?yè)搅慷?.5%（干摻法）和3.0%（濕摻法）（占橡膠瀝青的比例）。

吸取國(guó)內(nèi)外級(jí)配的經(jīng)驗(yàn)，干摻法決定采用密級(jí)配，濕摻法決定采用斷級(jí)配（見(jiàn)表1）；干摻法最佳瀝青用量為5.2%，濕摻法最佳瀝青用量為6.6%；配合比設(shè)計(jì)結(jié)論表明干摻法和濕摻法的性能都滿足規(guī)范要求，并且體現(xiàn)出優(yōu)良的性能。

表1 干摻法及濕摻法級(jí)配一覽表

通過(guò)對(duì)比分析兩種生產(chǎn)工藝的溫拌橡膠瀝青混合料與 AC-25（基質(zhì)瀝青）、AC-20（SBS 改性瀝青）、SMA-13在高溫性能、低溫性能、抗疲勞性能、抗水損害性能和抗老化性能的差異，研究?jī)煞N生產(chǎn)工藝溫拌橡膠瀝青混合料路用性能的優(yōu)良性。

1 高溫穩(wěn)定性分格（見(jiàn)圖1）

試驗(yàn)溫度60℃，車輪行走速度42次/min，荷載應(yīng)力為0.7MPa，試驗(yàn)時(shí)間為60min。

從圖1中可以看出，溫拌橡膠瀝青混合料的高溫性能無(wú)論是干摻法和濕摻法都要比基質(zhì)瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料、SMA瀝青混合料的要高；而干摻法溫拌橡膠瀝青混合料的高溫性能要比濕摻法的還要高。橡膠粉的摻入增加了瀝青的軟化點(diǎn)和彈性恢復(fù)，使得瀝青在較高溫度情況下還能保持一定的粘度，能與礦料進(jìn)行有效的裹覆，因而能提高瀝青混合料的高溫性能。干摻法溫拌橡膠瀝青混合料由于添加了TOR（維他連接劑），促進(jìn)了橡膠粉與瀝青的化學(xué)膠合，也促進(jìn)了橡膠瀝青與礦料之間的膠合，而且連續(xù)級(jí)配瀝青用量較低，因此動(dòng)穩(wěn)定度較濕摻法略高。

2 低溫抗裂性能分析（見(jiàn)圖2）

15℃的延度不適合用來(lái)評(píng)價(jià)橡膠瀝青的低溫性能，目前常用5℃延度來(lái)評(píng)價(jià)。隨著橡膠粉的摻加，橡膠瀝青的5℃延度明顯增加。由于橡膠瀝青低溫延度的增加，使得溫拌橡膠瀝青混合料在低溫情況下，雖然有較大的應(yīng)變，仍能保持不脆斷的狀態(tài)。從圖2可以看出，干摻法和濕摻法瀝青混合料的低溫性能都能滿足規(guī)范的要求，而且要比AC-25（基質(zhì)瀝青）和AC-20（SBS改性瀝青）的要高。

3 抗疲勞性能分析

采用UTM試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)，單向無(wú)側(cè)壓，模具使用劈裂試驗(yàn)的夾具。試驗(yàn)試件采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾擊實(shí)試件，試驗(yàn)預(yù)壓力為10kPa，預(yù)壓時(shí)間為1min。施加的荷載為正弦脈沖荷載，脈沖時(shí)間0.1s，間隔0.9s，試驗(yàn)溫度為15℃。

疲勞試驗(yàn)的過(guò)程如下：先進(jìn)行15℃試驗(yàn)溫度下的劈裂試驗(yàn)，得到劈裂試驗(yàn)荷載的最大值PT（平行4個(gè)試件），應(yīng)力比=試驗(yàn)荷載/最大荷載。劈裂試驗(yàn)荷載最大值試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2所列。

表2 各種瀝青混合料劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果一覽表

用UTM機(jī)進(jìn)行疲勞性能試驗(yàn)，單向無(wú)側(cè)壓，使用劈裂試驗(yàn)的夾具，采用應(yīng)力控制方式，試驗(yàn)中應(yīng)力比為：0.35、0.40、0.45，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3 所示。

從圖3可以看出，隨著應(yīng)力比的增加，各瀝青混合料劈裂疲勞的循環(huán)次數(shù)都在減少；隨著應(yīng)力比的增加，在應(yīng)力比為0.35時(shí)SMA-13的疲勞循環(huán)次數(shù)比 ARC-16（干）和 ARC-16（濕）要高，在應(yīng)力比為0.4時(shí)SMA-13的疲勞循環(huán)次數(shù)與ARC-16（干）和ARC-16（濕）相當(dāng)，在應(yīng)力比為0.45時(shí)SAM-13的疲勞循環(huán)次數(shù)要比ARC-16（干）和ARC-16（濕）要小，這說(shuō)明隨著應(yīng)力比的增大溫拌橡膠瀝青混合料的疲勞循環(huán)次數(shù)逐漸超越了SMA-13，溫拌橡膠瀝青混合料更能抵抗重載交通情況下的疲勞破壞。從兩種級(jí)配溫拌橡膠瀝青混合料疲勞循環(huán)次數(shù)的對(duì)比來(lái)看，ARC-16（干）比 ARC-16（濕）要略高，這與TOR（維他連接劑）的摻入有關(guān)。

4 抗水損害性能分析（見(jiàn)圖4、圖5）

從圖4可以看出，各瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果是滿足規(guī)范要求的，從圖5可以看出，各瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果都滿足規(guī)范要求。從圖4和圖5可以看出，無(wú)論是浸水馬歇爾試驗(yàn)還是凍融劈裂試驗(yàn)，溫拌橡膠瀝青混合料的抗水損害性能與AC-25（基質(zhì)瀝青）、AC-20（SBS改性瀝青）和SMA-13相比相差不大。

5 抗老化性能分析

本文依據(jù)JTJ052-2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T0734熱拌瀝青混合料老化試驗(yàn)方法，對(duì)四種瀝青混合料ARC-16（干）、ARC-16（濕）、HARC-16（干）和 HARC-16（濕）分別進(jìn)行短期老化和長(zhǎng)期老化后，成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)。因?yàn)槔匣鬄r青與石料的粘附力降低，會(huì)導(dǎo)致水穩(wěn)定性減弱，故采用凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)老化后的抗水損壞性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)圖6和圖7所示。

從圖6和圖7可以看出，從總體趨勢(shì)來(lái)看老化后TSR會(huì)降低，不過(guò)降低的幅度不是很大。干摻法的TSR要比濕摻法的略高；溫拌橡膠瀝青混合料比熱拌橡膠瀝青混合料的TSR要高。這是因?yàn)闇匕鑴┮灿幸欢ǖ母纳苹旌狭闲阅艿淖饔茫欢唐诶匣腡SR要比長(zhǎng)期的高，符合常規(guī)的認(rèn)知。

6 結(jié)論

（1）目前橡膠瀝青混合料有干摻法和濕摻法兩種生產(chǎn)工藝，濕摻法由于橡膠粉與瀝青接觸比較充分反應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)所以性能比較優(yōu)良；而干摻法由于摻入了TOR（維他連接劑）使得不但性能和濕摻法媲美，從工藝上又比濕摻法簡(jiǎn)單方便，故而該課題采用添加TOR（維他連接劑）的干摻法。

（2）目前干摻法主要采用密級(jí)配而濕摻法主要采用斷級(jí)配。密級(jí)配干摻法更符合中國(guó)的常規(guī)用法，而斷級(jí)配濕摻法更符合國(guó)外的做法。這樣就可以從性能上對(duì)比國(guó)內(nèi)外級(jí)配方面的差異。

（3）對(duì)密級(jí)配干摻法及斷級(jí)配濕摻法的配合比進(jìn)行了設(shè)計(jì)。配合比設(shè)計(jì)結(jié)論表明，干摻法和濕摻法溫拌橡膠瀝青混合料各項(xiàng)路用性能指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，并且體現(xiàn)出優(yōu)良的性能。

（4）從路用性能的對(duì)比研究中，溫拌橡膠瀝青擁有優(yōu)良的高溫性能和低溫性能；抗疲勞性能和抗水損害性能相比較SMA-13差一些，不過(guò)都滿足規(guī)范要求；可以說(shuō)溫拌橡膠瀝青混合料是一種環(huán)保性能優(yōu)良的瀝青混合料。

[1]JTJ 052-2000，瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2]JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]王聞.摻加TOR橡膠改性瀝青及混合料技術(shù)性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

[4]王旭東,李美江,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.

[5]劉月嬌.橡膠瀝青及其SMA混合料技術(shù)性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010.