稳定型橡胶改性沥青超薄磨耗层的研究与应用

稳定型橡胶改性沥青超薄磨耗层的研究与应用

石鹏扬

重庆交通大学

摘要：近年来绿色环保、节能减排观念越来越深入人心，通过使用废旧轮胎加工成橡胶粉，添加沥青制成的稳定沥青橡胶已得到相关建设部门的认可，并受到越来越多学者的青睐。超薄磨耗层改性沥青在制造过程中加入其他相关材料，结合橡胶沥青的优点，制成橡胶沥青改良产品。改进后的橡胶沥青满足了车辆的行驶稳定性，主要包括：①提高了车辆行驶时的降噪能力；②轮胎和地面之间的摩擦力得到改善；③在较强紫外线保持较高稳定型；④不易沉淀；⑤吸光能力较高。根据这些特点，稳定型橡胶改性沥青在道路路表面磨耗层中得到使用。本文在内蒙古赤峰市红山区市政道路进行试验，对稳定型橡胶改性沥青超薄磨耗层的各个性能指标进一步研究。

关键词：稳定型橡胶改性沥青、配合比设计、性能指标、超薄磨耗层

0引言

随着我国经济发展，我国经济增长仍为粗放型增长方式，环境污染问题仍然没有得到有效改善，节能减排工作在社会发展中越来越受到关注。近年来，我国许多已经建成的道路出现损坏，沥青面层出现泛油、车辙、推移等病害。根据我国路面结构特点，材料特点，交通状况条件，我国道路广泛采用半刚性基层，沥青面层主要受到剪应力、压应力的作用，在保证基层强度的条件下，沥青面层裂缝、车辙、老化、渗水等问题亟待解决。在此背景下，解决路面病害，保证绿色施工、节能减排，超薄磨耗层技术的优势充分体现。

1国内外研究现状

1.1国外研究现状

上世纪九十年代，英国Nicholls进行了薄层实验研究，研究发现，除了微表处不适用于道路，其他表面层具有良好的状况。九十年代后，美国Novachip技术得到广泛应用，表现为将混合料摊铺于改性乳化沥青粘层。之后技术日渐成熟，许多学者提出在磨耗层中添加纤维的方法，可以起到增强、吸油、抗滑、抗渗的作用。经过多年的研究，国外的橡胶沥青路面有很大提高，并在美国等许多国家得到大规模应用。

1.2国内研究现状

我国起步晚，借鉴国外的超薄磨耗层技术，在城市道路、高速公路、干线公路上都有很大应用。在20世纪90年代，我国使用的路面材料型号为SAC-13和SAC-10。2000年，沙庆林原始指导的济青高速公路采用超薄磨耗层。2017年，陈炎大量研究了稳定橡胶改性沥青的路用性能，并对此做出评价，以这些研究为基础，为了达到更好的效果，通过改变改性沥青的含量来改善沥青混合料的综合性能。

2配合比的设计研究

2.1原材料性能评价与选择

选材与普通沥青所需基本相同，需要检验合格后使用。

2.1.1稳定型橡胶沥青

1. 基质沥青

采用70#沥青，具有沥青含量高、与聚合物改性剂相容性好、粘结性能好、对橡胶沥青稳定的特性，用胶体不稳定指数IC来评价产品的稳定性，通常当IC≤0.35时，胶体结构是稳定的。

2. 添加剂

橡胶经过脱硫和添加稳定剂得到稳定型橡胶改性添加剂，为暗灰色片状物质，颗粒大小。

3. 改性沥青的制备

通过SBS改性沥青设备，按照SBS生产工艺，经过预处理后的正常发育，即可获得储存稳定的橡胶改性沥青。

4. 改性沥青的性能

将该产品与普通橡胶沥青和SBS改性沥青进行了对比。

其软化点高于普通沥青，且具有良好的软化性能和较好的延性。

2.1.2粗集料

在混合前，对粗集料的表面光滑度、表面清洁度、表面干湿程度进行检验。

2.1.3细集料

测试0-3毫米细骨料的相关指标。

2.1.4填料

测试所用矿粉的相关指标。

根据相关规范，矿粉的相关指标满足要求。

2.2目标配合比设计

2.2.1集料筛分及矿粉组成设计

为了使超薄磨耗层沥青混合料的性能良好，高温抗车辙、低温抗裂、耐水性、抗滑性等指标需要满足要求，实验中设置有7.23mm筛孔，并减少了2.36-4.75mm用量，形成密实型间断借配。

2.2.2最佳油石比确定

油石比作为稳定型橡胶改性沥青的一项重要指标，确定油石比是必须进行的一项重要环节。实验过程中考虑到原材料比例及体积密度油石比采用5.5%、6.0%、6.5%、7.0%。

设计孔隙率符合3%-6%的标准要求，最佳沥青石比的确定需要考虑材料的各项指标，混合料的孔隙率按重量进行评价，通过插值法得到最佳沥青石比。

2.3沥青混合料的性能检验

在采用最佳油石比的条件下，对沥青的高温稳定性和水稳定性进行了试验。

由上表知，渗水系数、冻融系数、残留稳定性作为主要指标满足规范要求，其余各项指标都符合相关规范的标准。

3路用性能的研究

测试了超薄磨耗层混合料的性能，测试了其高温、低温和水稳定性。同时，结合粘结性能测试了拉伸粘结强度，并研究了超薄磨耗层混合料的回弹模量。

3.1高温稳定性

作为粘弹性材料，沥青混合料在高温条件产生塑性不可逆变形，根据相关规定，高温稳定性的检测一般采用车辙试验，通过道路试车数据对高温性能进行评估，经研究发现，道路承载能力达到原先1.3倍。

根据规范要求由上表知，重交通条件试验标准大于2500次/mm，动稳定度指标超过下层70#A沥青AC-16相应的1000次/mm标准，超薄磨耗层沥青混合料满足规范要求。

3.2低温抗裂性

采用小梁弯曲试验方法测定了超薄磨耗层沥青混合料的低温抗裂性能。低温破坏应变越大，沥青混合料的低温抗裂能力越强。

根据规范要求由上表可知，超薄磨耗层极限损害在3000μ以上，其低温抗裂性能良好。

3.3水稳定性

浸水条件下，水损害严重，沥青与石料的粘结性能低，造成路面石料松散剥落，因此有必要提高沥青的水稳定性。粘附性实验和水稳定性实验常用来表征路面的水稳定性。

根据试验数据，超薄磨损层的Marshall残余稳定性和冻融劈裂强度均大于85%和80%的下限，表明其水稳定性合格。

3.4抗压回弹模量

根据规范要求，压缩回弹模量是沥青路面结构设计的基本参数，该试验因设备成本低、试验简单而得到广泛应用。本研究采用压缩回弹模量来分析超薄磨耗层的力学性能。

在20℃条件下掺入10%的橡胶粉，超薄磨耗层混合料的回弹模量具有显著提高，材料结构刚度具有很大改善，这种材料可以承受更大荷载，也就是说在相同荷载下，减少了路面的面层厚度。

4结语

通过上述研究，取得了以下结论：

1) 混合料的级配设计应考虑填料颗粒的特性。应采用不连续级配，以减少细骨料的用量，并用体积法确定沥青石比。

2) 在高温稳定性方面，稳定的沥青橡胶混合料性能更好，低温变形能力好，拉应力大。

3) 压缩回弹模量随胶粉掺量的变化而变化，且高于基层沥青混合料的压缩回弹模量。

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