橡胶粉改性沥青路面性能的试验研究-

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作者简介旷小林(1962 ,男,江西永新人,高级工程师,研究方向:公路工程建造与管理。橡胶粉改性沥青路面性能的试验研究旷小林(江西公路开发总公司,江西南昌 330038摘 要介绍江西景德镇至鹰潭(景鹰高速公路橡胶粉改性沥青混凝土路面性能的试验研究成果,从橡胶粉改性沥青的路用性能试验、橡胶粉改性沥青混合料试验和工程实体检测3个层面讨论了这种路面的性能。关键词高速公路;沥青路面;橡胶粉改性沥青;试验研究中图分类号U 416.217 文献标识码

2、B 文章编号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、纪60年代以来,美国、瑞典、英国、法国、比利时、澳大利亚等国家先后开展了橡胶沥青和橡胶粉沥青混凝土的应用研究。在环保理念和新技术的共同推动下,橡胶粉在道路工程中的应用及其研究得到了很大的发展。近十多年来我国也积极开展了橡胶粉改性沥青的研究和应用工作。工程实践表明,橡胶粉沥青混凝土在降低路面噪音,延缓反射裂缝,减薄沥青路面,抵抗重交通和不良气候等方面都有明显的优势1-3。本文介绍江西景德镇至鹰潭(景鹰高速公路橡胶粉改性沥青混凝土路面的试验研究成果,从橡胶粉改性沥青的路用性能试验、橡胶粉改性沥青混合料试验和工程实体检测3个层面讨论了这种路面的性能。1 橡胶粉及改性沥青的加工工艺1.1 橡胶粉加工生

4、产废旧橡胶制品中一般都含有纤维和金属等非橡胶骨架材料,所以在废旧轮胎粉碎前,一般都要进行预先加工处理,其中包括:分类。一般分为子午轮胎和斜交轮胎;!去除。一般去除轮胎的钢丝和纤维;切割。将轮胎分片切割成方便粉碎的片段;#清洗。除去污渍和杂质。粉碎。目前橡胶粉粉碎工艺通常有3种方法:一是常温粉碎法,一般分为粗碎和细碎,分别在不同的设备上完成;二是低温冷冻法,该法原理是将橡胶材料在低温处于玻璃状态时,变脆易碎使得机械破碎很容易粉碎成粉末状物质;第三种是化学试剂法。为尽量不破坏橡胶的素质并考虑到工地条件限制,我们选择加工相对简单的常温粉碎法。1.2 橡胶粉粒径规格的选定根据我国的橡胶粉生产情况,按细

5、度分为3种规格:粗胶粉:40目以下(0.425mm 以上;!细胶粉:4080目(0.4250.180mm ;微细胶粉:80200目(0.1800075mm 。1.3 橡胶粉改性沥青生产工艺橡胶粉在路面工程中的使用,主要有湿法和干法两种生产工艺。干法的特点是加工工艺简单,不需要特殊的设备因而成本低,缺点是橡胶粉拌和散布均匀性难以控制,路面易出现松散、剥落等早期病害;湿法工艺早期加工成本较高,但具有设计简单路面性能良好等优点。景鹰高速公路采用湿法,加工工艺为180%下简单机械拌和60m i n ,并和国内有经验厂家天津海泰环保科技发展有限公司展开合公路工程35卷作。2 橡胶粉改性沥青路用性能试验试

6、验研究通过掺配不同粒径和不同掺量的橡胶粉改性沥青的路用性能试验,并和规范规定的普通沥青、改性沥青技术要求及原基质沥青、SBS改性沥青的技术参数进行对比,来评价橡胶粉改性沥青的路用性能,主要是高温性能、低温性能和老化性能。试验橡胶粉采用40目和80目两种颗粒,基质沥青分别采用埃索公司的ESSO70#和壳牌公司的S H ELL70#两种。2.1 不同细度的橡胶粉试验结果为了研究橡胶粉颗粒细度对改性后沥青性能的影响,两种沥青分别掺入18%的40目和80目两种不同细度橡胶粉进行对比试验,结果见表1。从试验结果发现随着细度的提高,粘度有所降表1 不同细度沥青的试验结果沥青类型针入度延度软化点初始软点粘度

7、135% 25%5%5%15%TF OT后质量变化/%25%残留针入度25%残留针入度比/%5%延度15%延度15%残留延度比/%5%残留延度比/%低,各个温度下针入度都有不同程度提高,而另一方面延度也有所提高。考虑到针入度和延度指标的不确定性及离散性,评价橡胶粉改性沥青的改性效果主要是粘度指标,通过对不同的目数的橡胶粉颗粒进行粘度评价和比较,发现粘度下降很快,而40目橡胶改性后的沥青粘度较理想,所以本次研究重点放在40目的橡胶粉改性沥青性能上。2.2 对橡胶粉改性沥青的评价根据国内标准常用的沥青指标评价体系,对40目的橡胶粉改性沥青进行了高温性能、低温性能和抗老化性能试验,得出以下结论:橡胶

8、粉能够提高沥青的高温性能,主要表现在针入度降低、软化点和粘度提高;!橡胶粉能够提高沥青的抗老化性能,表现为残留针入度的提高和质量损失减少;橡胶粉改性沥青和常用SBS改性沥青相比,从试验数据看各个方面的指标都接近或已超过,只有软化点和延度指标有所不足,需要在进一步的混合料试验中加以研究。#由于橡胶粉存在未完全溶账现象,颗粒拌和分布也不会完全均匀,所以试验数据离散性较大,需要在后续混合料相关试验中进一步确认;表2给出ESSO+20%橡胶粉、S H ELL+18%橡胶粉改性沥青和SBS改性沥青性能指标对照表。表2 三种沥青的性能指标对照表沥青种类25%针入度/0.1mm15%针入度/0.1mm5%延

9、度/c m15%延度/c m软化点/%初始软化点/%135%粘度/(Pa&sTFOT后质量变化/%25%针入度/0.1mm25%针入度比/%15%延度/c m15%延度比%3 橡胶粉改性沥青混合料试验本次沥青混合料设计以景鹰高速公路CP 2路面标AC 13型上面层和AC 20中面层两种SBS改性沥青混合料设计,在参照公路沥青路面设计规范(和公路沥青路面施工规范(J T J F40 2004进行同种级配设计,以比较橡胶粉改性沥青和SBS改性沥青混合料的实际性能。78第3期旷小林:橡胶粉改性沥青路面性能的试验研究3.1 力学指标性能试验表明,橡胶粉改性沥青混合料无侧限抗压强度略低于SBS改

10、性沥青,抗压回弹模量小于SBS 改性沥青混合料,表明在同样荷载作用下,橡胶粉改性沥青混合料的变形比SBS改性沥青混合料的大。3.2 高温稳定性能本次试验主要采用车辙试验进行高温稳定性能研究,动稳定度是反映沥青混合料高温抵抗永久变形性能一个指标,它较马歇尔稳定指标更为直观。动稳定度愈高,沥青混合料的抗车辙能力愈强,高温稳定性愈好。试验表明,SBS动稳定次数达4500次以上,而橡胶粉动稳定也在4000左右,同样具有很好的高温性能。考虑到橡胶粉颗粒具有一定的弹性,易变形车辙深度检测值可能有所夸大,实际高温稳定性可能比试验值好。3.3 抗疲劳性能沥青混合料的抗疲劳性能是指其在特定荷载环境与气候条件下抵

11、抗重复荷载作用而不产生破裂的能力。本次研究采用劈裂试验评价其性能,以下为3种应力水平的抗疲劳次数试验结果。试验结果表明橡胶粉改性沥青混合料普遍高于SBS。3.4 抗水害性能水损害是沥青路面常见的损害之一,主要是指水经由沥青路面孔隙、裂缝进入沥青路面内部后,在冻融、车辆轮胎动荷载产生的动水压力或真空抽吸冲刷反复作用下,水分逐渐渗入沥青与矿料的界面或沥青内部,使沥青与矿料之间的粘附性降低并逐渐丧失粘结能力,从而使沥青膜逐渐从矿料表面剥离、沥青混合料掉粒、松散,造成沥青路面整体性破坏,通常评价沥青混合料水稳定性试验有残留稳定度试验和冻融劈裂试验。冻融劈裂试验可用来检验橡胶粉改性沥青混合料的抗水损害能

12、力即水稳定性,测定指标为冻融劈裂强度比(TSR,TSR值愈大水稳定性愈好。冻融劈裂试验表明,不同级配下的橡胶粉改性沥青混合料的TSR值均满足施工技术规范,并相较SBS的TSR值大,反映了橡胶粉改性沥青混合料的水稳定性能良好。浸水马歇尔试验是我国最常用的检定沥青混合料水稳定性能试验。浸水马歇尔试验发现橡胶粉改性沥青混合料的残留稳定度要比SBS高5%左右。3.5 低温抗裂性能沥青路面开裂是路面的主要病害之一。沥青路面的面层直接暴露在大气作用之下,当气温下降时沥青路面相应要收缩,但由于路面结构内的基层和面层之间的摩阻力而路面不设伸缩缝,使得沥青面层内部产生温度应力。这些应力即会产生低温开裂,不仅破坏

13、路面的连续性、整体性和美观,而且从裂缝处不断进入的水分使基层甚至路基软化,导致路面承载力下降,加速路面破坏,严重危及了道路的使用寿命和质量。沥青混合料低温弯曲试验可用来评价混合料的抗弯强度、破坏弯拉应变及破坏时的弯曲劲度模量,这些指标越好表明低温抗裂性越好。低温弯曲试验结果表明,橡胶粉改性沥青各项抗裂指标接近或优于SBS。3.6 对橡胶粉改性沥青混合料的评价通过AC 13、AC 20两种混合料的单轴压缩试验、车辙试验、劈裂试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和小梁弯曲试验等,发现橡胶粉改性沥青混合料的水稳定性、低温性能和抗疲劳性能都相当好,已达到并超过了SBS改性沥青性能,但车辙试验中动稳定次数

14、和SBS略有差距,但也满足规范要求。4 工程实体的检测和评价为检查橡胶粉改性沥青的实际路用性能效果,本次研究选定景鹰高速公路路面CP2标(k123+ 200k151+475中的5km试验路段作为上、中面层路面性能工程实体检测。4.1 表面渗水根据公路路基路面测试规程J TJ059 95(中的T0791 95规定,利用一定水压作用在沥青路面空隙中发生渗透,以单位时间内水头损失量作为渗水系数,mL/m i n。AC 13检测点数15个,其渗水系数平均值22.4mL/m in;AC 20检测点数15个,其渗水系数平均值19.2mL/m i n,渗水量都很小。4.2 钻芯取样AC 13钻芯试验5个平均

15、压实度98.54%,其中最大99.4%、最小97.6%,合格率100%;AC 20钻芯试验5个平均压实度98.64%,其中最大99 6%、最小97.8%,合格率100%。4.3 构造深度检测点数15个,构造深度平均值0.83mm>规范标准0.55mm,满足要求。4.4 面层抗滑本次研究采用摆式摩擦系数测定仪进行潮湿状态下的路面摩擦系数测量,共测15个点,摆值平均值54;标准差1.304;变异系数2.4,完全满足规范79公路工程35卷要求,具有很强的抗滑要求。4.5 面层降噪橡胶粉改性沥青路面由于橡胶颗粒的高弹性,使得路面具有吸收轮胎震动噪音,通过对试验路段测定噪音降低了4dB。4.6 工

16、程实体试验路的评价通过现场配比设计、施工以及检测可以认为密级配橡胶粉改性沥青混合料适用于道路铺筑,对于其长期路用性能,则需经过长期行车荷载的检验才能得出结论,目前景鹰高速公路通车时间已近1a,试验路未出现坑槽、裂缝等早期病害,初步效果明显。5 经济效益和环保效果5.1 经济效益按目前重交沥青、改性沥青和橡胶粉的市场价计算,分别对上面层S HELL+18%橡胶粉改性沥青、中面层ESSO+20%与SBS改性沥青材料价格进行比较。计算表明,各层每公里可节约成本为:上面层12.3万元;中面层14.5万元;两层共计26.8万元,经济效益明显。5.2 环保效果根据测算每生产1t橡胶粉需消耗废旧轮胎240条

17、,按这个数据计算,每公里共消耗轮胎量11308条,环保效果显著。由于橡胶粉的高弹性使得路面的弹性增加,因而不但行车更舒适同时具有吸收轮胎震动的效果,能降低行车噪音4dB,减少了对沿线居民的干扰。6 结语橡胶粉改性沥青用于高速公路路面,可以有效地改善路面性能,延长道路寿命,大量回收废旧轮胎,节约路面成本,其经济、社会效益巨大,是一种值得推广的路面型式。参考文献1 孙大权,仲崇民,廖克俭,等.我国改性道路沥青发展状况J.抚顺石油学院学报,1999,19(4:21-28.2 孙妍枫,杨志成,张 锋,等.废旧轮胎橡胶粉沥青混凝土路面设计与应用J.公路,2009(3:158-161.3 王旭东,李美江,

18、路凯冀.橡胶沥青及混凝土应用成套技术M.北京:人民交通出版社,2008.4 黄文元,张隐西.道路路面用橡胶沥青的性能特点与指标体系J.中南公路工程,2007,32(1:111-114.5 侯彦明,高敏杰,高俊启.橡胶沥青应力吸收层疲劳性能试验研究J.公路工程,2009,34(2:80-82.6 罗 妮.废橡胶粉在道路工程中的应用研究和发展J.湖南交通科技,2008,34(1:32-33.(上接第66页1> p1;同理,当 1一定时,要使横张预应力钢筋的伸长率 满足设计要求,必须 1> p2(其中, p1就是上最小张拉角; p2就是下最小张拉角。综上,在预应力布束时,应结合 p1、 p2灵活的选择下弯点位置。4 结论对既有体外预应力技术进行了综述性分析,探讨了横张体外预应力束的调控时机,并给出了调控时机的计算方法。同时,探讨了预应力束张拉空间,理论分析了其上下张拉角度与张拉空间的关系,进一步完善了横张体外预应力体系,亦可供设计参考。参考文献1 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司.混凝土桥梁加固理论研