溫拌橡膠瀝青混合料應力吸收層路用性能研究

李斌 江蘇東南交通工程咨詢監理有限公司，江蘇 宿遷

溫拌橡膠瀝青混合料應力吸收層路用性能研究

李斌 江蘇東南交通工程咨詢監理有限公司，江蘇 宿遷

本文通過在橡膠瀝青中加入溫拌瀝青改性劑，使得橡膠瀝青的拌和和壓實溫度得到明顯降低，原來橡膠瀝青按常規施工過于黏稠以至影響施工性能的問題得到明顯改善，同時其高溫穩定性及低溫抗裂性也能得到明顯提高。

橡膠瀝青;應力吸收層;高溫穩定性;低溫抗裂性

概述

溫拌瀝青混合料指在瀝青中加入溫拌瀝青改性劑，通過降低結合料的高溫黏度來降低混合料的拌和溫度和壓實溫度，達到節約能源，減少拌制廠氣體的排放，改善工廠和施工現場的工作狀況。

溫拌橡膠瀝青結合料是指在橡膠瀝青中融入溫拌料的技術。大量的研究表明，橡膠瀝青的拌和和壓實溫度要遠遠高于普通瀝青混合料。筆者在橡膠瀝青中加入溫拌瀝青改性劑來降低橡膠瀝青的拌和和壓實溫度，以改善其在施工溫度下過于黏稠以至影響施工性能的問題，并同時改善其它路用性能指標。

1 溫拌橡膠瀝青應力吸收層級配設計

作為應力吸收層結構，其厚度通常在2cm左右，為保證攤鋪的均勻性及提高混合料的低溫韌性，必須使用粒徑較小的混合料；但現行規范中的砂粒式混合料的高溫穩定性下較差，通常僅適用于非機動車道，在大交通量的道路上使用小粒徑的瀝青混合料時，還必須考慮其在高溫下抵抗荷載變形的能力；因此必須對應力吸收層的級配進行設計。

橡膠瀝青應力吸收層中的碎石宜選用優質玄武巖，應潔凈、干燥、無風化、無雜質，滿足表1的技術要求。

表1 碎石（橡膠瀝青應力吸收層）技術要求

過高的施工溫度不僅將導致施工能耗和成本的增加，同時將在施工現場排放出大量有害氣體。為了降低施工期的有害氣體排放，筆者引進了溫拌技術。

圖1 膠粉摻量對瀝青膠結料高溫黏度的影響

為降低橡膠瀝青的施工溫度、減少施工過程中的煙塵排放、提高現場碾壓效果，本項目引進了溫拌技術。選用了上海誠鴻到了材料有限公司的SAK溫拌劑。分別采用1%、2%和3%的摻量制備溫拌橡膠瀝青，測定其黏度，試驗結果如圖1所示。

由圖2試驗結果可以看出，在相同溫度下，隨著溫拌劑摻量的增加，膠結料的黏度下降。本次試驗中較為適宜的溫拌劑摻量為 2%。

圖2 溫拌劑摻量對橡膠瀝青黏度的影響

依據各項原材料的試驗結果，制備橡膠瀝青混合料試件，試驗溫度控制如表2所示：

表2 試驗溫度

在已有的骨架密實型粗集料級配的基礎上，通過不同級配的細集料對混合料性能的影響，其中重點研究混合料的高溫性能。首先根據密實骨架理論，進行粗集料級配設計，由于細集料主要與瀝青形成膠漿，填充粗集料的空隙，并將其黏結在一起，所以細集料的級配與混合料性能密切相關，通過對4組不同的級配進行常規馬歇爾試驗，然后再進行車轍試驗，最后對細集料級配不同的各種骨架密實型作綜合評價，選出高溫性能最好的應力吸收層混合料級配見表3。

表3 應力吸收層瀝青混合料級配

依據已有試驗結果，本次試驗重點對油石比分別為6.5%和6.0%的兩組混合料的性能進行了檢驗。試驗結果如表4所示。

表4 橡膠瀝青混合料馬歇爾試驗結果

由表4述試驗結果可以看出，油石比為6.0%時，混合料的空隙率為2.5%，馬歇爾穩定度為13.2kN；當油石比增加到6.5%時，空隙率下降到1.8%，穩定度下降到11.3kN。

2 溫拌橡膠瀝青應力吸收層混合料高低溫性能驗證

為進一步測試混合料的性能及評價其高溫穩定性，采用上述配合比，進行混合料的車轍試驗。試驗結果如表5所示。

表5 車轍試驗結果

由表5所述試驗結果可以看出，兩組混合料均具有良好的高溫穩定性。綜合混合料的各項性能，建議混合料的油石比為6.1%。

為進一步驗證橡膠應力吸收層的低溫性能，采用SHRP的約束試件溫度應力試驗儀（TSRST）對不同混合料的低溫斷裂溫度進行了測試。

圖3 約束試件溫度應力試驗儀（TSRST）及試件

TSRST試驗是將棱柱狀試件固定在剛性的上下拉頭上，并利用液氮按規定速度降低試件的溫度，隨著溫度的降低，試件內的溫度應力將不斷增加；當溫度應力增加到試件的抗拉強度時，將導致試件的斷裂，因此TSRST試驗也被稱為凍斷試驗。根據美國SHRP的研究成果，TSRST試驗能夠有效的模擬瀝青路面的低溫開裂情況。

為了對比分析橡膠瀝青混合料的低溫性能，本課題分別采用SBS改性瀝青制備了AC-13混合料和SMA-13混合料，并與橡膠瀝青混合料進行對比。凍斷試驗結果如圖4所示。可以看出，隨著溫度的降低，各混合料內的溫度應力均呈增加趨勢，并且當溫度降低到-10℃后，溫度應力的累計速度明顯增加；當應力超過試件所能承受的極限時，將導致試件的斷裂。

由于采用了相同的瀝青膠結料，AC-13和SMA-13混合料的凍斷溫度基本相同，為-20℃～-21℃，但由于SMA混合料中的粉膠比高于AC混合料，也即自由瀝青含量較少，因此SMA混合料的溫度應力上升相對較快，同時其可承受的溫度應力也高于AC混合料。

橡膠瀝青混合料的溫度應力上升曲線與SMA混合料類似，其原因可能是兩者均屬于骨架密實型結構；但橡膠瀝青混合料的承受的最大溫度應力明顯高于SMA混合料，提高了近50%，從而使橡膠瀝青混合料的凍斷溫度降低到了-26℃。凍斷試驗結果進一步明確表明橡膠瀝青混合料具有非常好的低溫抗裂性能。

3 結語

3.1 試驗結果表明，隨著橡膠顆粒的加入，瀝青膠結料的高溫性能和低溫性能均有明顯改善。橡膠瀝青作為應力吸收層對反射裂縫的抑制作用明顯。

3.2 為降低橡膠瀝青的施工溫度、減少施工過程中的煙塵排放、提高現場碾壓效果 ，通過對橡膠瀝青膠結料粘溫曲線的測定，確定溫拌劑摻量為2%。

3.3 本文分別通過車轍試驗和凍斷試驗，檢驗和驗證橡膠瀝青應力吸收層混合料具有良好的高溫穩定性和低溫抗裂性。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.01.022

作者簡歷

李斌 1982年07月24日 江蘇宿遷。