粗胶粉断级配橡胶沥青在公路工程中的应用

粗胶粉断级配橡胶沥青在公路工程中的应用吴春颖博士主任工程师高工江苏交通科学研究院2011年3月橡胶沥青分类材料工艺技术产品橡胶粉（轮胎处理）湿法干法橡胶沥青橡胶粉改性沥青混合料现场混合麦克唐纳法工厂混合其他特殊工艺略大型普通型大块型国外的调研高粘橡胶沥青(WetProcess-HighViscosity）——湿拌现场：需要采用较高的橡胶粉用量一般在15％以上，且采用粒径较大的胶粉（如20目胶粉）其粘度较高，177℃粘度通常要求在1.5Pa·s以上可存储橡胶沥青(WetProcess-NoAgitation)——湿拌工厂化：细橡胶粉并用胶体磨加工，由于橡胶粉很细，能较好的熔融、分散于沥青中，可存储一段时间不会发生离析。可像常用的SBS改性沥青一样厂拌生产，远距离运输施工。干法胶粉改性沥青胶粉直接添加到正在搅拌的拌和楼中，但由于拌和时间较短，较少的反应，胶粉也难以发生充分的熔胀作用。在国外一般摊铺在路面的中下面层或更低的层位，而较少摊铺在表面层。

橡胶沥青制备技术湿拌法高温搅拌+反应现场加工高掺量20%左右粗胶粉采用20目胶粉胶粉选择面宽降低能耗，比40目胶粉成本降低200~250元/吨。原材料基质沥青70号道路石油沥青橡胶粉常温研磨法生产类型货车轮胎胶粉、小汽车轮胎胶粉细度20目、40目及60目。胶粉细度20目40目60目20目40目60目

货车胶粉橡胶沥青的复数剪切模量小车胶粉橡胶沥青的复数剪切模量振荡板胶结料橡胶粉种类图3动态剪切试验（76℃）的相位角δ图4动态剪切试验（76℃）的复数模量G*振荡板胶结料橡胶粉掺量不同掺量76℃复数剪切模量不同掺量-18℃蠕变劲度S12%16%20%24%177℃粘度胶粉掺量,%12161820试验方法177℃粘度,Pa·s1.301.902.008.10ASTMD4402橡胶沥青的高温性能、低温性能等都随着掺量增加而提高；综合考虑施工性能，对于研究所用的原材料和工艺条件，橡胶沥青的胶粉掺量以16～18％左右比较合适。橡胶沥青：现场湿拌法20目橡胶粉应用范围：橡胶沥青AR-SAMI断级配橡胶沥青AR-AC橡胶沥青AR-OGFC橡胶沥青桥面防水层橡胶沥青抗裂层ARCS橡胶粉技术要求20目货车轮胎胶粉密度1.150.05g/cm3

无铁丝或其它杂质纤维比例应不超过0.5%筛孔尺寸(mm)通过率(%)2.001001.1865~1000.6020~1000.300~450.0750~5橡胶沥青技术要求与胶粉用量设计橡胶沥青技术要求胶粉用量设计方法177℃粘度为设计指标项目技术要求试验方法粘度，177℃，Pa·s1.5-4.0T0625－2000针入度，25℃，100g，5s，0.1mm，最小25T0604－2000软化点，℃，最小57T0606－2000弹性恢复，25℃，1h，最小80T0662－2000橡胶沥青制备工艺橡胶粉基质沥青185~190℃高速搅拌175~180℃反应60min泵送至拌和楼或短期存放加载—卸载应变曲线VS累积应变曲线在相同的加载条件下，橡胶沥青的总变形小、变形回复能力好，残余变形小。重复蠕变试验评价指标一致表明橡胶沥青的高温性能明显优于SBS改性沥青和基质沥青。橡胶沥青混合料的发展史碎石封层应力吸收夹层密级配混合料开级配混合料断级配混合料19601970198019902000SerjiAmirkhanian,DirectorofARTSClemsonUniversity-CivilEngineeringDepartment加州运输部关于厚度减薄的建议在大量室内试验和项目实践的基础上(750个项目)与普通沥青路面比较厚度减薄超过50%联邦公路管理局认可断级配橡胶沥青混合料(AR-AC13S)国外两种断级配橡胶沥青混合料亚里桑那、加州、佛罗里达州，课题称之为AR-AC13A减少2.36mm以下的用量，严格控制0.075mm用量；德州，课题称之为AR-AC13B按照SMA的思路，增加粗集料用量，2.36~4.75mm间断，橡胶沥青构成玛蹄脂。国外两种橡胶沥青混合料对比嵌挤性能分析

混合料类型粗集料松方密度（g/cm3）粗集料合成毛体积密度（g/cm3）VCADRCVCAmixAR-AC13A1.672.83040.9841.65AR-AC13B1.672.82940.9735.76水稳定性对比混合料类型非条件（0.5h）条件(48h)残留稳定度S0(%)要求(%)空隙率(%)马歇尔稳定度(kN)空隙率(%)浸水马歇尔稳定度(kN)AR-AC13A4.87.124.87.2090.3≥855.27.655.06.774.78.595.57.14平均值4.97.795.17.04AR-AC13B3.67.163.86.4390.74.07.153.56.893.87.423.66.38平均值3.87.243.66.57水稳定性对比混合料类型非条件条件TSR(%)要求(%)空隙率(%)劈裂强度(MPa)空隙率(%)劈裂强度(MPa)AR-AC13A6.60.87916.50.623481.1≥806.20.89536.70.66405.90.76826.00.7754平均值6.20.84756.40.6876AR-AC13B5.11.08135.00.932781.74.81.05454.50.79724.71.01105.00.8422平均值4.91.04894.80.8574冻融劈裂试验

高温、低温性能对比

车辙试验结果

混合料类型油石比(%)动稳定度(次/mm)123平均要求AR-AC13A8.23938315030003363≥3000AR-AC13B8.34200420052504550混合料类型抗弯拉强度(MPa)劲度模量(MPa)破坏应变(με)要求(με)AR-AC13A7.8612413.23283≥2000AR-AC13B7.9242341.43400低温小梁弯曲试验两种混合料外观

AR-AC13A外观

AR-AC13B外观

AR-AC13S课题对断级配橡胶沥青混合料设计进行了不断摸索、总结、调整、优化。形成了具有特色的橡胶沥青断级配混合料设计体系，称之为AR-AC13S。AZTexasAR-AC13S混合料——嵌挤密实江苏省AR-AC13S江苏省AR-AC13S：级配更为间断，矿料间隙率VMA更大，为容纳胶粉提供空间；高油石比，发挥橡胶沥青抗裂性能，提高耐久性；铺面构造深度更大，提高性能安全性。橡胶粉颗粒断级配集料AR-AC13S型断级配混合料设计标准试验项目技术标准马歇尔试验指标击实次数（次）两面各75次稳定度（kN）不小于5.0流值（0.1mm）20～50空隙率（%）5.5±1.0沥青饱和度（%）70～85矿料间隙率VMA(%)不小于19.0性能验证要求浸水残留稳定度（%）不小于85冻融残留强度比（%）不小于80车辙试验动稳定度（次/mm）不小于3000弯曲破坏应变(με)不小于2000水稳定性混合料类型马歇尔稳定度（kN）浸水马歇尔稳定度（kN）残留稳定度SO（%）要求（%）AR-AC13S8.637.9792.4≥85SMA-13S10.039.2692.3AC-13C13.1511.8289.9混合料类型试件空隙率（%）非条件劈裂强度（MPa）条件劈裂强度（MPa）劈裂强度比（%）要求（%）AR-AC13S6.01.00270.815281.3≥80SMA-13S5.31.02390.828880.9AC-13C6.31.06440.901784.7浸水马歇尔试验冻融劈裂试验高温性能混合料类型油石比（%）车辙动稳定度（次/mm）要求123平均AR-AC138.64846484648464846＞3000SMA-136.17000572752505992AC-13C5.23938370635003715车辙动稳定度试验低温性能-10℃小梁弯曲试验混合料类型最大荷载跨中挠度抗弯拉强度（MPa）劲度模量（MPa）破坏应变要求(N)（mm）（με）（με）AR-AC13S0.500.929.171922.54823>2000SMA-13S1.260.6210.692767.53270AK-13S0.930.537.672727.22815约束试件温度应力试验（TSRST)四点梁弯曲疲劳试验AR-AC13与SMA13SPT试验对比注：表示通常的行车荷载作用时间国内橡胶沥青应用情况截至2008年，江苏、天津、北京、广东、四川、河北、山东、河南、浙江、安徽等10多个省市研究或应用了橡胶沥青技术。应用橡胶沥青技术的省份2005开始研究2006总结提高2007技术成熟2008应用推广《橡胶改性沥青在高速公路上的应用研究》；第一条橡胶沥青试验路G328泰州段维修。标志工程：沿海高速公路、常武路维修；完善了AR-AC13S设计方法。标志工程：2007年宁常高速公路；形成完整技术体系：SAMI、AR-AC13S、AR-OGFC13S、桥面防水粘结层；2007年，“橡胶沥青应用技术交流会”。标志工程：宁杭高速公路二期工程；国际认可：承办2009年国际橡胶沥青会议AR2009。江苏省橡胶沥青技术发展历程AsphaltRubber2009国际橡胶沥青大会（AR2009)2009年11月2~4日中国·南京橡胶沥青大使AR-AC13S设计实例

（宁常高速28km，9200吨橡胶沥青）AR-AC13S马歇尔试验结果项目浸水马歇尔试验S0(%)冻融劈裂试验TSR(%)车辙试验动稳定度（次/mm）低温小粱试验破坏应变（με

）试验指标89.888.036722950技术要求858030002000级配类型油石比（%）稳定度（kN）流值（0.1mm）VMA(%)空隙率（%）VFA(%)毛体积相对密度AR-AC13S8.48.4522.621.935.6274.352.433要求≥5.020-50≥195.5±170-85/AR-AC13S性能验证试验结果AR-AC13施工与过程质量控制施工工艺：类似于改性沥青SMA，钢轮压实；质量控制压实度：马氏98%，理论压实度92~96%渗水系数：80ml/min4.3湿拌法拌和工艺要求橡胶沥青加热温度的提高；190-200℃拌和楼沥青泵的改善；拌和时间的延长；外掺剂水泥加入拌和仓后先与矿料干拌10s，再加入橡胶沥青湿拌40s。拌和温度的提高。165-175℃碾压工艺要求为防止橡胶沥青粘结橡胶轮胎，不宜使用胶轮压路机。AR-AC建议碾压组合：初压：钢轮前静后振2遍；复压：钢轮振动碾压4遍；终压：钢轮静压1～2遍。2005年，泰州328省道加铺工程2006年常州市常武路2006年沿海高速公路2006年张家港中华路2008年常州S340省道2006年泰高高速公路2007年宁常高速2008年宁杭高速二期2010南京绕城高速改扩建

2005年8月通车，进出泰州的重要干线现有路面状况：未见裂缝、坑塘等病害车辙深度3.0mm构造深度0.78mm

泰州328省道加铺工程橡胶沥青AR-AC134cmAR-SAMI旧水泥路面AR-AC应用项目2006年8月通车，常州至武进的干线现有路面状况：未见裂缝、坑塘等病害车辙深