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1、干法橡胶沥青混合料性能影响参数研究 干法橡胶沥青混合料性能影响参数研究 干法橡胶沥青混合料性能影响参数研究李 聪， 李志刚， 张建孔(解放军理工大学野战工程学院，江苏 南京 210007)摘 要：橡胶沥青工艺主要分为湿法和干法，干法工艺应用较少。结合京秦高速公路维修罩面工程，采用干法工艺，系统研究了橡胶沥青混合料的级配、橡胶粉掺量和焖料温度时间。室内外试验结果表明，干法橡胶沥青混合料采用骨架密实(粗型)连续级配，水稳定性、高低温稳定性均满足规范要求，且比间断级配具有更好的施工和易性和更低的成本。胶粉掺量为沥青用量的18%而不是制作橡胶沥青采用的20%，混合料的焖料温度为18010 ，焖料时间大
2、于1 h。CTOR橡胶粉提高了混合料的路用性能，可以用于改性沥青路面。关键词：橡胶沥青；干法；路用性能；影响参数1 干法橡胶沥青路面技术概述橡胶沥青作为路用材料，具有较强的高温稳定性、低温抗裂性、抗老化、抗疲劳、抗水损坏等特性。自从20世纪40年代美国路面工程首次使用橡胶沥青以来，经过半个多世纪的发展，目前橡胶沥青路面技术已经形成较为完善的湿法和干法两大工艺1-2。国内湿法应用较多，技术相对成熟。然而湿法生产橡胶沥青，需要增加搅拌罐和反应罐，增加了拌合工序，同时生产出来的橡胶沥青必须尽快使用，否则橡胶沥青质量会大幅下降，这是因为时间一长橡胶粉会被沥青逐步降解，而失去改性作用；后来采用过现场加工
3、橡胶沥青的方法，但由于沥青拌合时温度高，加工过程中产生较大的空气污染，并使得橡胶沥青过于粘稠，难以施工3。干法工艺是指将橡胶粉直接加入集料中，然后喷入热基质沥青拌制成橡胶沥青混合料，该种直接添加橡胶粉的方法对沥青路面性能改善效果不明显，一直未能推广应用。近年国内有部分地方采用一种进口的促进橡胶粉与沥青反应的添加剂维他连接剂，来试验干法沥青混合料，取得了不错的效果3-4。国内自主研发的橡胶反应剂CTOR，价格只有维他连接剂的一半，混合料造价比SBS改性沥青混合料低，性能与维他干法橡胶沥青混合料基本一致5。但干法工艺试验应用仍较少，对路用性能研究的不够系统深入，文献也较少。因此笔者所在课题组系统深
4、入研究干法橡胶沥青混合料的设计,其施工性能的影响参数，并将成果在京秦高速公路维修罩面工程上应用。2 干法橡胶沥青混合料设计与施工工艺参数试验分析国内外对湿法橡胶沥青进行了大量细致的研究工作，基本确定橡胶粉含量为沥青的15%20%，这样的比例能获取较好的橡胶沥青性能。干法橡胶沥青混合料在应用过程中也沿用了这个原则，但是否为最佳掺量有待验证。此外国内多篇文献和编制的设计施工指南，均指出橡胶沥青无论湿法还是干法，均应采用间断级配6，但也有文献指出干法也可采用连续级配3。干法橡胶沥青混合料与湿法最大的一个不同点是，需要在摊铺前在一定温度下焖料一段时间，以促进橡胶粉与沥青的反应(湿法橡胶沥青在生产过程中
5、已经完成这一步)。维他干法橡胶沥青混合料采用了国外的经验：焖料温度180 ，时间1 h。下面就上述橡胶沥青混合料干法的施工参数进行试验验证。2.1 不同级配干法橡胶沥青混合料性能对比表1是京秦高速公路维修罩面工程原先拟采用的级配，并委托河北省科研院所进行配比设计。从这个级配可以看出，2.36和1.18之间矿料较少，0.6到0.075之间也少，呈现断级配状态。采用马歇尔设计法，基质沥青最佳油石比是4.7%，胶粉用量是沥青用量的18%，胶粉目数30目。限于篇幅，具体的设计过程省略。表1 间断级配矿料合成级配筛孔/mm 1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075合成级配
6、10098.870.335.226.921.113.711.19.89.0级配范围10010074403225201613101009566302317131086课题组采用了沥青路面设计规范AC-13C的级配进行了对比试验，级配范围见表2，试验结果见表3。基质沥青最佳油石比是4.8%，胶粉用量是沥青用量的18%。表2 连续级配矿料合成级配筛孔/mm 1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075合成级配100.098.070.237.630.221.116.39.37.35.2级配范围100100805340302318128100956030201510754表3
7、 不同级配橡胶沥青混合料性能试验结果级配类型高温稳定性/(动稳定度/次)低温抗裂性/(最大破坏应变-1)残留稳定度/%冻融劈裂/%间断级配5982303694.791连续级配5360289494.585.6技术要求300025008580基质沥青最佳油石比是4.8%，胶粉用量是沥青用量的18%，混合料拌和温度是180 ，拌和完成后180 保温1 h 成型，击实成型温度165 。从高温稳定性能来看间断级配的性能要略好于连续级配，但差距不大；而低温抗裂性能和水稳定性能两者基本相同；并且连续级配的各项性能也都能满足规范要求。另一方面由于间断级配对石料技术性能要求高于连续级配，且费用高。工程中在满足路
8、用性能技术要求的前提下可以考虑采用规范的粗型连续级配。2.2 不同胶粉含量干法橡胶沥青混合料性能对比混合料的级配采用表2所示，基质沥青用量为4.8%，胶粉含量采用了15%、17.5%和20%三种，混合料拌和温度是180 ，拌和完成后180 保温1 h 后成型，击实成型温度165 。配方性能和马歇尔试验结果如表4表7所示。表4 AC-13C(橡胶粉改性沥青混合料)马歇尔试验结果油石比/%橡胶粉/%反应剂/%密度/(gcm-3)空隙率/%饱和度/%稳定度/kN流值/0.1mm矿料间隙率/%4.80.69(15%)0.0552.4285.365.415.616.815.34.80.805(17.5%
9、)0.0552.4344.967.415.217.115.14.80.92(20%)0.0552.4384.669.114.617.614.9注：橡胶粉、反应剂掺量为占混合料质量的百分数，橡胶粉掺量括号内数字为与沥青用量的百分比。下同。表5 沥青混合料浸水马歇尔试验结果油石比/%橡胶粉/%反应剂/% 浸水(3040min) 稳定度/kN流值/0.1mm 浸水(48h) 稳定度/kN流值/0.1mm残留稳定度/%4.80.69(15%)0.05515.616.814.918.295.54.80.805(17.5%)0.05515.217.114.419.694.74.80.92(20%)0.05
10、514.617.613.822.494.5表6 沥青混合料车辙试验结果油石比/%橡胶粉/%反应剂/%动稳定度/(次mm-1)总变形量/mm4.80.69(15%)0.05550452.7864.80.805(17.5%)0.05552642.7324.80.92(20%)0.05553602.697表7 沥青混合料冻融劈裂强度试验油石比/%橡胶粉/%反应剂/%未冻融劈裂强度/MPa冻融劈裂强度/MPa冻融劈裂强度比/%4.80.69(15%)0.0551.261.0684.14.80.805(17.5%)0.0551.020.8583.34.80.92(20%)0.0550.930.8081.
11、6从表中数据可以看出，混合料的水稳定性随着胶粉掺量的增加而降低，与之相反的是高温稳定性随着胶粉掺量的增加而提高；同时根据施工经验，马歇尔体积指标中的空隙率最好控制在5%左右。综合以上三点可以得出，胶粉掺量以沥青的17.5%拌和得到的混合料性能最佳。考虑到施工过程中可能存在的误差，胶粉掺量定为沥青质量的18%，京秦实体工程采用了这个胶粉比例。2.3 不同焖料温度干法橡胶沥青混合料性能对比采用表2配比，基质沥青用量为4.8%，胶粉掺量18%，混合料拌和温度是180 ，拌和后分别在170 、180 、190 下保温1 h 后成型，击实成型温度165 。做了不同焖料温度的车辙和冻融试验，见表8和表9。
12、表8 车辙试验温度/动稳定度/(次mm-1)动稳定度平均值/(次mm-1)45min变形/mm60min变形/mm1706774481257931.8932.7341.9862.8911807000525061252.5281.4482.6181.5681905206732562661.9932.5262.1142.612表9 冻融循环劈裂强度试验温度/常温/MPa冻融/MPa冻融劈裂强度比值/%1700.820.6882.91800.860.7283.71900.880.7484.1总体而言，随着焖料温度的增高，性能越好。从车辙结果来看，焖料温度180190 比较合适；从冻融劈裂试验来看，焖
13、料温度带来的影响差距较小。考虑到经济性因素，建议焖料温度为180 ，允许10 的误差。2.4 不同焖料时间干法橡胶沥青混合料性能对比混合料的级配采用表2所示，基质沥青用量为4.8%，胶粉掺量为18%，混合料拌和温度是180 ，拌和完成后180 分别保温0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h后成型，击实成型温度165 。不同焖料时间试验结果见表10。表10 橡胶沥青混合料性能验证表闷料时间/h冻融劈裂比/%动稳定度/(次mm-1)0.583.537201.084.253501.584.963002.085.26700数据显示，焖料时间越长性能越好，如果焖料不足1 h，动稳定度较小。因此建
14、议，焖料时间不少于1 h，不设置上限，这样一般混合料的运输时间均能满足要求。3 结束语干法橡胶沥青混合料在国内应用较少，研究的也不是很多，基本上遵循国外的经验。本文通过室内试验和实体工程验证，说明干法橡胶沥青混合料与湿法橡胶沥青混合料在级配设计、橡胶粉用量及施工参数上有诸多不同。建议干法沥青混合料采用骨架密实的连续级配，矿粉用量少于2%；胶粉最佳含量为沥青用量的18%，焖料时间大于1 h，焖料温度控制在180 ，允许10 的误差。试验结果也表明通过添加CTOR橡胶粉反应剂，提高了混合料的路用性能，在水稳定性、高温稳定性和低温抗裂性方面满足改性沥青混合料的规范要求，且相对于湿法施工简便，可以用于
15、改性沥青路面。参考文献：1孙大权，金福根橡胶沥青路面湿法和干法技术研究进展J.石油沥青，2008，22(6)：1-52王 翼，黄卫东美国橡胶沥青使用现状介绍J中外公路,2009，29(6)：274-2773王 鹏，王 捷.维他橡胶沥青混合料的性能与应用C/2009年国际橡胶沥青大会中文论文集.南京：国际橡胶沥青路面协会，2009：152-1554潘 健，朱激恒，金晓磊，等.TOR沥青橡胶在常熟通港路养护改善工程中的应用J.交通世界，2008 (11)：56-605许光宇，李志刚.小浪底专线改造工程CTOR干法橡胶沥青混合料性能研究J.交通科技，2013(6)：90-926陈舜明，杜 莘，金年喜
16、,等.骨架嵌挤密实结构的TOR沥青橡胶混合料及其抗车辙性能的研究J.公路交通科技:应用技术版，2010(6)：130-135A Study of the Performance-Affecting Parameters for the Dry-Process Rubber-Bitumen MixtureLi Cong， Li Zhigang， Zhang Jiankong(The Field Engineering College of the University of Science and Technology of the PLA,Nanjing 210007，China)Abstra
17、ct：The processes for rubber bitumen usually fall into two kinds:the wet and the dry process but the dry process is relatively less used.With the maintaining and surfacing project of the Beijing-Qinhuangdao Expressway as a practical example,a systematic study is made of the gradation of the rubber-as
18、phalt mixture with the dry process, the amount of rubber powder mixed and the maintaining temperature and time for the mixture. The results of both indoor and outdoor experiments show that the dry-process rubber-asphalt mixture with the skeleton-dense continuous gradation performs well in water stab
19、ility, and high-and-low-temperature stability which meet the requirements of the technical specifications,is also good inworkability and costs less in construction than with the gap gradation.The rubber powder dosage is 18% of the asphalt content rather than 20% used by the wet-process rubber bitume
20、n.The temperature for maintaining the rubber bitumen mixture is 18010 and the maintaining time would better be longer than 1 hour.The CTOR crumb rubber powder improves the pavement performance and thus can be applied to the pavement of modified asphalt.Key words：rubber-bitumen;dry-process;pavement performance;performance-affecting parameter收稿日期：2014-10-09作者简介：李 聪(1989)，男，硕士研究生，研究方向为道路桥梁应急抢修理论与技术 DOI：10.13219/j.gjgyat.2015.01.006中图分类号：U414文献标识码：A文章编号：1672-3953(2015)01-0020-05百度搜索“就爱阅读”,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网,您的在线图书馆 11