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作者簡介曠小林(1962 ,男,江西永新人,高級工程師,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研究曠小林(江西公路開發總公司,江西南昌 330038摘 要介紹江西景德鎮至鷹潭(景鷹高速公路橡膠粉改性瀝青混凝土路面性能的試驗研究成果,從橡膠粉改性瀝青的路用性能試驗、橡膠粉改性瀝青混合料試驗和工程實體檢測3個層面討論了這種路面的性能。關鍵詞高速公路;瀝青路面;橡膠粉改性瀝青;試驗研究中圖分類號U 416.217 文獻標識碼

2、B 文章編號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60年代以來,美國、瑞典、英國、法國、比利時、澳大利亞等國家先后開展了橡膠瀝青和橡膠粉瀝青混凝土的應用研究。在環保理念和新技術的共同推動下,橡膠粉在道路工程中的應用及其研究得到了很大的發展。近十多年來我國也積極開展了橡膠粉改性瀝青的研究和應用工作。工程實踐表明,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,抵抗重交通和不良氣候等方面都有明顯的優勢1-3。本文介紹江西景德鎮至鷹潭(景鷹高速公路橡膠粉改性瀝青混凝土路面的試驗研究成果,從橡膠粉改性瀝青的路用性能試驗、橡膠粉改性瀝青混合料試驗和工程實體檢測3個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,一般都要進行預先加工處理,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。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,一般分為粗碎和細碎,分別在不同的設備上完成;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時,變脆易碎使得機械破碎很容易粉碎成粉末狀物質;第三種是化學試劑法。為盡量不破壞橡膠的素質并考慮到工地條件限制,我們選擇加工相對簡單的常溫粉碎法。1.2 橡膠粉粒徑規格的選定根據我國的橡膠粉生產情況,按細

5、度分為3種規格:粗膠粉:40目以下(0.425mm 以上;!細膠粉:4080目(0.4250.180mm ;微細膠粉:80200目(0.1800075mm 。1.3 橡膠粉改性瀝青生產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工藝。干法的特點是加工工藝簡單,不需要特殊的設備因而成本低,缺點是橡膠粉拌和散布均勻性難以控制,路面易出現松散、剝落等早期病害;濕法工藝早期加工成本較高,但具有設計簡單路面性能良好等優點。景鷹高速公路采用濕法,加工工藝為180%下簡單機械拌和60m i n ,并和國內有經驗廠家天津海泰環保科技發展有限公司展開合公路工程35卷作。2 橡膠粉改性瀝青路用性能試驗試

6、驗研究通過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,并和規范規定的普通瀝青、改性瀝青技術要求及原基質瀝青、SBS改性瀝青的技術參數進行對比,來評價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。試驗橡膠粉采用40目和80目兩種顆粒,基質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 不同細度的橡膠粉試驗結果為了研究橡膠粉顆粒細度對改性后瀝青性能的影響,兩種瀝青分別摻入18%的40目和80目兩種不同細度橡膠粉進行對比試驗,結果見表1。從試驗結果發現隨著細度的提高,粘度有所降表1 不同細度瀝青的試驗結果瀝青類型針入度延度軟化點初始軟點粘度

7、135% 25%5%5%15%TF OT后質量變化/%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。考慮到針入度和延度指標的不確定性及離散性,評價橡膠粉改性瀝青的改性效果主要是粘度指標,通過對不同的目數的橡膠粉顆粒進行粘度評價和比較,發現粘度下降很快,而40目橡膠改性后的瀝青粘度較理想,所以本次研究重點放在40目的橡膠粉改性瀝青性能上。2.2 對橡膠粉改性瀝青的評價根據國內標準常用的瀝青指標評價體系,對40目的橡膠粉改性瀝青進行了高溫性能、低溫性能和抗老化性能試驗,得出以下結論:橡膠

8、粉能夠提高瀝青的高溫性能,主要表現在針入度降低、軟化點和粘度提高;!橡膠粉能夠提高瀝青的抗老化性能,表現為殘留針入度的提高和質量損失減少;橡膠粉改性瀝青和常用SBS改性瀝青相比,從試驗數據看各個方面的指標都接近或已超過,只有軟化點和延度指標有所不足,需要在進一步的混合料試驗中加以研究。#由于橡膠粉存在未完全溶賬現象,顆粒拌和分布也不會完全均勻,所以試驗數據離散性較大,需要在后續混合料相關試驗中進一步確認;表2給出ESSO+20%橡膠粉、S H ELL+18%橡膠粉改性瀝青和SBS改性瀝青性能指標對照表。表2 三種瀝青的性能指標對照表瀝青種類25%針入度/0.1mm15%針入度/0.1mm5%延

9、度/c m15%延度/c m軟化點/%初始軟化點/%135%粘度/(Pa&sTFOT后質量變化/%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本次瀝青混合料設計以景鷹高速公路CP 2路面標AC 13型上面層和AC 20中面層兩種SBS改性瀝青混合料設計,在參照公路瀝青路面設計規范(和公路瀝青路面施工規范(J T J F40 2004進行同種級配設計,以比較橡膠粉改性瀝青和SBS改性瀝青混合料的實際性能。78第3期曠小林:橡膠粉改性瀝青路面性能的試驗研究3.1 力學指標性能試驗表明,橡膠粉改性瀝青混合料無側限抗壓強度略低于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 高溫穩定性能本次試驗主要采用車轍試驗進行高溫穩定性能研究,動穩定度是反映瀝青混合料高溫抵抗永久變形性能一個指標,它較馬歇爾穩定指標更為直觀。動穩定度愈高,瀝青混合料的抗車轍能力愈強,高溫穩定性愈好。試驗表明,SBS動穩定次數達4500次以上,而橡膠粉動穩定也在4000左右,同樣具有很好的高溫性能。考慮到橡膠粉顆粒具有一定的彈性,易變形車轍深度檢測值可能有所夸大,實際高溫穩定性可能比試驗值好。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境與氣候條件下抵

11、抗重復荷載作用而不產生破裂的能力。本次研究采用劈裂試驗評價其性能,以下為3種應力水平的抗疲勞次數試驗結果。試驗結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的損害之一,主要是指水經由瀝青路面孔隙、裂縫進入瀝青路面內部后,在凍融、車輛輪胎動荷載產生的動水壓力或真空抽吸沖刷反復作用下,水分逐漸滲入瀝青與礦料的界面或瀝青內部,使瀝青與礦料之間的粘附性降低并逐漸喪失粘結能力,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,通常評價瀝青混合料水穩定性試驗有殘留穩定度試驗和凍融劈裂試驗。凍融劈裂試驗可用來檢驗橡膠粉改性瀝青混合料的抗水損害能

12、力即水穩定性,測定指標為凍融劈裂強度比(TSR,TSR值愈大水穩定性愈好。凍融劈裂試驗表明,不同級配下的橡膠粉改性瀝青混合料的TSR值均滿足施工技術規范,并相較SBS的TSR值大,反映了橡膠粉改性瀝青混合料的水穩定性能良好。浸水馬歇爾試驗是我國最常用的檢定瀝青混合料水穩定性能試驗。浸水馬歇爾試驗發現橡膠粉改性瀝青混合料的殘留穩定度要比SBS高5%左右。3.5 低溫抗裂性能瀝青路面開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,當氣溫下降時瀝青路面相應要收縮,但由于路面結構內的基層和面層之間的摩阻力而路面不設伸縮縫,使得瀝青面層內部產生溫度應力。這些應力即會產生低溫開裂,不僅破壞

13、路面的連續性、整體性和美觀,而且從裂縫處不斷進入的水分使基層甚至路基軟化,導致路面承載力下降,加速路面破壞,嚴重危及了道路的使用壽命和質量。瀝青混合料低溫彎曲試驗可用來評價混合料的抗彎強度、破壞彎拉應變及破壞時的彎曲勁度模量,這些指標越好表明低溫抗裂性越好。低溫彎曲試驗結果表明,橡膠粉改性瀝青各項抗裂指標接近或優于SBS。3.6 對橡膠粉改性瀝青混合料的評價通過AC 13、AC 20兩種混合料的單軸壓縮試驗、車轍試驗、劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗和小梁彎曲試驗等,發現橡膠粉改性瀝青混合料的水穩定性、低溫性能和抗疲勞性能都相當好,已達到并超過了SBS改性瀝青性能,但車轍試驗中動穩定次數

14、和SBS略有差距,但也滿足規范要求。4 工程實體的檢測和評價為檢查橡膠粉改性瀝青的實際路用性能效果,本次研究選定景鷹高速公路路面CP2標(k123+ 200k151+475中的5km試驗路段作為上、中面層路面性能工程實體檢測。4.1 表面滲水根據公路路基路面測試規程J TJ059 95(中的T0791 95規定,利用一定水壓作用在瀝青路面空隙中發生滲透,以單位時間內水頭損失量作為滲水系數,mL/m i n。AC 13檢測點數15個,其滲水系數平均值22.4mL/m in;AC 20檢測點數15個,其滲水系數平均值19.2mL/m i n,滲水量都很小。4.2 鉆芯取樣AC 13鉆芯試驗5個平均

15、壓實度98.54%,其中最大99.4%、最小97.6%,合格率100%;AC 20鉆芯試驗5個平均壓實度98.64%,其中最大99 6%、最小97.8%,合格率100%。4.3 構造深度檢測點數15個,構造深度平均值0.83mm>規范標準0.55mm,滿足要求。4.4 面層抗滑本次研究采用擺式摩擦系數測定儀進行潮濕狀態下的路面摩擦系數測量,共測15個點,擺值平均值54;標準差1.304;變異系數2.4,完全滿足規范79公路工程35卷要求,具有很強的抗滑要求。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噪音,通過對試驗路段測定噪音降低了4dB。4.6 工

16、程實體試驗路的評價通過現場配比設計、施工以及檢測可以認為密級配橡膠粉改性瀝青混合料適用于道路鋪筑,對于其長期路用性能,則需經過長期行車荷載的檢驗才能得出結論,目前景鷹高速公路通車時間已近1a,試驗路未出現坑槽、裂縫等早期病害,初步效果明顯。5 經濟效益和環保效果5.1 經濟效益按目前重交瀝青、改性瀝青和橡膠粉的市場價計算,分別對上面層S HELL+18%橡膠粉改性瀝青、中面層ESSO+20%與SBS改性瀝青材料價格進行比較。計算表明,各層每公里可節約成本為:上面層12.3萬元;中面層14.5萬元;兩層共計26.8萬元,經濟效益明顯。5.2 環保效果根據測算每生產1t橡膠粉需消耗廢舊輪胎240條

17、,按這個數據計算,每公里共消耗輪胎量11308條,環保效果顯著。由于橡膠粉的高彈性使得路面的彈性增加,因而不但行車更舒適同時具有吸收輪胎震動的效果,能降低行車噪音4dB,減少了對沿線居民的干擾。6 結語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,延長道路壽命,大量回收廢舊輪胎,節約路面成本,其經濟、社會效益巨大,是一種值得推廣的路面型式。參考文獻1 孫大權,仲崇民,廖克儉,等.我國改性道路瀝青發展狀況J.撫順石油學院學報,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計與應用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用成套技術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與指標體系J.中南公路工程,2007,32(1:111-114.5 侯彥明,高敏杰,高俊啟.橡膠瀝青應力吸收層疲勞性能試驗研究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用研究和發展J.湖南交通科技,2008,34(1:32-33.(上接第66頁1> p1;同理,當 1一定時,要使橫張預應力鋼筋的伸長率 滿足設計要求,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,在預應力布束時,應結合 p1、 p2靈活的選擇下彎點位置。4 結論對既有體外預應力技術進行了綜述性分析,探討了橫張體外預應力束的調控時機,并給出了調控時機的計算方法。同時,探討了預應力束張拉空間,理論分析了其上下張拉角度與張拉空間的關系,進一步完善了橫張體外預應力體系,亦可供設計參考。參考文獻1 中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司.混凝土橋梁加固理論研