有机降粘剂掺量对橡胶沥青混合料性能影响研究

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第38卷，第4期公路工程Vo1．38，No．42013年8月HighwayEngineeringAug．，2013有机降粘剂掺量对橡胶沥青混合料性能影响研究杨国良，苗二东，郭伟，石岩，管哲，吴旷怀(广州大学土木工程学院，广东广州510006)[摘要】为了降低橡胶沥青混合料过高的成型压实温度，同时使其具备良好的路用性能，提出了掺人Sasobit有机温拌剂降低其压实温度的方法，研究了不同温拌剂掺量下的橡胶沥青混合料路用性能。该方法在拌和温度150℃、压实温度140℃下分别进行了l％、3％和5％这3个温拌剂掺量下的浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。与此同时，对3％温拌剂掺量分别进行了140℃、150℃和160℃这3个压实温度下的车辙试验。试验结果显示，掺入Sasobit温拌剂后的橡胶沥青混合料可降低压实成型温度2O一3O℃，且各种试验条件下的马歇尔体积参数及其路用性能评价指标均满足密级配沥青混合料技术要求，压实温度140℃、3％温拌剂掺量下的综合路用性能最优。【关键词]橡胶沥青混合料；有机降粘温拌剂；压实温度；温拌剂掺量；路用性能【中图分类号]U414．1[文献标识码】A[文章编号]1674—0610(2013)04—0090-04DoseEfectsofOrganicViscosity-reducerWarmMixAdditiveonServicePerformancesofRubberAsphaltMixtureYANGGuoliang，MIAOErdong，GUOWei，SHIYan，GUANZhe，wuKuanghuai(SchoolofCivilEngineeringofGuangzhouUniversity，Guangzhou，Guangdong510006，China)[Abstract]Tosolvethehighcompactiontemperatureofrubberasphaltmixture，withbetterserviceperformances，anapproachtoreducehighcompactiontemperatureofrubberasphaltmixturebasedonSosabitorganicwarmmixadditiveisproposedandtheserviceperformancesofrubberasphaltmixturewithdifferentwarmmixadditivedosearetested．TheimmersionMarshalltestandfreeze—thawsplittingtestaredoneunder150℃mixingtemperature．140℃compactiontemperaturesandthreedosagesofwarmmixadditive，1％，3％and5％．Atthesametime，rutresistancetestsareconductedwith3％warmmixad—ditiveunderthreecompactiontemperatures，140cl=、150℃and160℃．TestresultsindicatethatthevolumetriccharacteristicparametersofMarshallspecimensandtheassessmentindicesofserviceperform—ancesallsatisfythetechnicalrequirementsofdensegradeasphaltmixtureonconditionthatcompactiontemperatureisreduced20℃一30℃．Atthesametime，thegeneralserviceperformanceswiththetom—．binationof140℃compactiontemperatureand3％warmmixadditivedoseissuperiortothatof&herc0mbinations．[Keywords]rubberasphaltmixture；organicviscosity—reducerwarmmixadditive；compactiontemperature；warmmixadditivedose；serviceperformances由废旧轮胎与沥青材料混熔而成的橡胶沥青材沥青混合料而言，它需要相当高的拌和、摊铺与压实料近年来已经被作为一种新型的路面材料广泛应用成型温度才能达到预期的压实效果。如此高的生产于国内外各级道路工程中。国内外众多研究结温度，不仅需要消耗大量的燃料与能源，增加了废气果显示，采用橡胶沥青混合料铺筑的沥青路面和粉尘的排放，污染了环境，而且对现场施工人员身具有非常良好的路用性能。但橡胶沥青?昆合料却存体健康也造成一定的潜在危害。与此同时，高温拌在最为突出的一个问题，就是相对于普通热拌热铺和也会使得沥青胶结料老化变硬，粘结力下降，导致[收稿13期】2012—11—19[基金项目】广州大学土木工程学院大学生创新训练项目(201212)；住房和城乡建设部科技计划项目(2011一K4—5)；广州大学引进人才科研启动项目(200813)[作者简介】杨国良(1977一)，男，广东肇庆人，工学博士，副教授，主要从事道路工程领域的教学与研究。 第4期杨国良，等：有机降粘剂掺量对橡胶沥青混合料性能影响研究91橡胶沥青混合料的路用性能衰退甚至恶化。若拌和l原材料性能检测温度过低，势必造成橡胶沥青混合料压实度不足，空隙率过大，增大了橡胶沥青路面出现早期破坏的可1．1粗集料能性。因此，本文采用掺入Sasobit温拌剂有-机降粘本研究采用花岗岩粗集料，其性能检测指标如的方法，分析不同Sasobit温拌剂掺量对橡胶沥青混表1所示。合料性能影响，探讨其合理的有机降粘温拌剂掺量。由检测结果看到，粗集料所测各项指标符合表1粗集料技术性能指标Table1technicalperformanceindicesofcoarseaggregate《沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)沥青面表2细集料技术性能指标Table2technicalperformanceindicesoffineaggregste层粗集料技术要求的规定。表观相棱角砂当1．2细集料对密度性／s量／％本研究采用花岗岩细集料，其性能检测指标如技术要求高速公路及一级公路表面层《2-50《30《6O检验结果2．7202175表2所示。检测结果表明，细集料所测各项指标符合《沥1．3填料青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)沥青面层细本研究采用的填料是石灰石矿粉，其性能检测集料技术要求的规定。指标如表3所示。表3矿粉技术性能指标Table3technicalperformanceindicesofmineralpowder检测结果表明，矿粉技术指标均符合《沥青路缺点。同时，它适用于所有石油沥青，显著提高沥青面施工技术规范》(JTGF40—2004)矿粉技术要求在6OcIC下的粘度，同时降低其在135qC下的粘度。的规定。2矿料级配组成设计1．4橡胶沥青橡胶沥青胶结料由泰普克AH一70重交沥青内本研究采用公称最大粒径为l3．2mnq的骨架掺18％的胶粉在190℃高温下搅拌45min配制而密实型间断密级配RAC～13，矿料级配组成设计采成橡胶沥青的基本性能如表4所示。用矿料主骨料空隙体积填充法(CAVF法)，其设计表4橡胶沥青基本性能理论及计算过程可参照文献[10]，级配设计曲线如Table4basicperformancesofrubberasphalt图1所示。lOO．O90．0零805℃弹性恢复／％177℃旋转粘度／(Pa·s)．0露70060．01．5温拌剂本研究采用南非SasolWax公司生产的Sasobit卿20．0l00温拌剂，它是一种聚烯烃类的沥青降粘剂，在煤和天0．00．然气中提取得到。Sasobit降粘剂的熔点约99℃，0·15筛孔尺寸，mm在搅拌温度超过116℃时可完全溶于橡胶沥青中。图1RAC一13级配设计曲线在加热条件下仅需简单机械搅拌即可稳定地分散于Figure1gradationcurveofrubberasphaltmixtureRAC一13沥青中，避免了一般聚合物改性剂易离析、难拌和的 92公路工程38卷众多试验研究表明，橡胶沥青混合料压实成型3试验结果与分析温度应在170oC左右才可达到预期效果，但在合理3．1试验结果的Sasobit温拌剂的掺量下，可降低橡胶沥青混合料根据产品说明书和相关研究文献可知，Sasobit施工温度20℃一30℃。因此在本试验中，集料与温拌剂的掺量一般为胶结料质量的2％～4％较为温拌橡胶沥青的拌和温度采用150℃，压实成型温合适，因此本研究分别采用1％、3％和5％这3个掺度则为140℃。温拌橡胶沥青混合料WMRAC一13量。在配制橡胶沥青的同时掺人Sasobit温拌剂，经配合比设计采用马歇尔试验设计方法，试件双面击简单搅拌即可形成温拌橡胶沥青。再与矿料热拌，实75次，设计空隙率取5％，最终试验确定最佳油即可形成温拌橡胶沥青混合料。石比为7．4％，其马歇尔体积特征参数如表6所示。表6温拌橡胶沥青混合料WMRAC-13马歇尔试验结果Table6MarshalltestresultsofwarmmixrubberasphaltmixtureWMRAC—l3注：为热拌聚合物SBS类改性沥青混合料技术标准(表面层Ac13)。温拌橡胶沥青混合料WMRAC一13浸水马歇尔试验结果以及相关技术标准要求¨如表7所示。表7温拌橡胶沥青混合料WMRAC-13浸水马歇尔残留稳定度试验Table7immersedMarshallresidualstabilityofWarmmixrubberasphaltmixtureWMRAC一13注：为热拌聚合物SBS类改性沥青混合料技术标准。与此同时，温拌橡胶沥青t昆合料WMRAC一13冻表9温拌橡胶沥青混合料WMRAC一13车辙试验Table9wheelruttingtestresultsofwarmmixrubberasphalt融劈裂试验结果以及相关技术标准要求¨如表8mixtureWMRAC．13所示。表8温拌橡胶沥青混合料WMRAC-13冻融劈裂试验Table8freeze—thawsplittingtestresultsofwarmmixrubberasphaltmixtureWMRAC一13注：+为热拌聚合物SBS类改性沥青混合料技术标准。此外，对Sasobit温拌剂的掺量为3％的温拌橡胶沥青混合料WMRAC一13进行了高温车辙性能试注：为热拌聚合物SBS类改性沥青混合料技术标准。验，试验结果如表9所示。3．2试验分析a．从表6马歇尔试验结果可知： 第4期杨国良，等：有机降粘剂掺量对橡胶沥青混合料性能影响研究93①在本研究设计的拌和与压实成型温度下，各的最小。种掺量下的Sasobit温拌橡胶沥青混合料WMRAC—d．从表9车辙试验结果看到：l3的马歇尔稳定度、流值、空隙率和矿料间隙率均①在3％Sasobit温拌剂掺量下，不同拌和与成满足《沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)中型温度下的温拌橡胶沥青混合料WMRAC一13的动热拌聚合物SBS类改性沥青混合料的技术要求，但稳定度均满足相关技术规范要求，而且随着拌和与饱和度接近或略超过规范上限值。成型温度的提高，温拌橡胶沥青混合料WMRAC一13②随着Sasobit温拌剂掺量的增加，Sasobit温的动稳定度逐渐增大、车辙深度逐渐减小、变形速率拌橡胶沥青混合料WMRAC一13的稳定度先减后增，逐渐降低。流值先增后减，毛体积密度、饱和度逐级增大，而空②在拌和温度170℃、成型温度160oC试验条隙率、矿料间隙率却逐级减小。件下，3％Sasobit温拌剂掺量的温拌橡胶沥青混合料③若取设计空隙率为5％，Sasobit温拌剂掺量WMRAC一13的车辙深度与无添加温拌剂的橡胶沥为3％的温拌橡胶沥青混合料WMRAC一13的拌和青混合料相当，但动稳定度却提高了将近38％，变与成型温度与一般SBS改性沥青混合料相当，且比形速率降低了将近63％。一般橡胶沥青混合料RAC一13降低了20cI=。4结论b．从表7浸水马歇尔试验结果可以发现：①在拌和温度150c【=、压实成型温度140c【=条①采用马歇尔试验进行Sasobit温拌橡胶沥青件下，各种掺量下的Sasobit温拌橡胶沥青混合料混合料配合比设计是可行的，马歇尔试验检测结果WMRAC一13浸水马歇尔残留稳定度比均满足《沥青均满足相应技术规范要求。路面施工技术规范》(JTGF40～2004)中热拌聚合物②不同Sasobit温拌剂掺量下的温拌橡胶沥青SBS类改性沥青混合料的技术要求。混合料WMRAC一13均满足相关性能技术规范要求，②在同一拌和与击实成型温度下，随着Sasobit且其拌和与成型温度比一般橡胶沥青混合料RAC—温拌剂掺量的增加，浸水30rain和48h的马歇尔l3降低了20～30℃。稳定度均先减后增；1％和3％掺量的浸水30min和③随着Sasobit温拌剂掺量的增加，浸水马歇48h的马歇尔稳定度相差不大，且略有下降，但5％尔残留稳定度比逐渐下降，但冻融劈裂强度比却随一掺量的却增大较多；而浸水马歇尔残留稳定度比均之提高。．‘逐渐减小。④掺加Sasobit温拌剂在有效降低橡胶沥青混．③在相同的拌和与击实成型温度以及不同sa—合最料优拌。和与成型压实温度的同时，也明显提高了混sobit温拌剂掺量试验条件下，48h浸水马歇尔稳定合料路用性能。综合考虑温度与掺量的影响，拌和度均比30min的大，且均大于规范规定的浸水马歇温度150℃、压实温度140℃、Sasobit温拌剂掺量尔残留稳定度比85％技术要求40％以上。为3％组合条件下的温拌橡胶沥青混合料综合性能c．从表8冻融劈裂试验结果可知：①在拌和温度150c【二、压实成型温度140℃条件下，随着Sasobit温拌剂掺量的增加，冻融前与冻融后的劈裂强度均逐渐增大。②在本试验设定的拌和与击实成型温度下，随着Sasobit温拌剂掺量的增加，l％和3％温拌剂掺量的冻融后劈裂强度均比冻融前的小，但相差不大；而5％温拌剂掺量的冻融后劈裂强度均比冻融前的稍大。③在同一拌和与击实成型温度、不同Sasobit温拌剂掺量试验条件下，冻融劈裂强度比均大于规范80％的技术要求20％以上，且随着Sasobit温拌剂掺量的增加而增大，5％温拌剂掺量下的冻融劈裂强度比最大，3％温拌剂掺量的次之，1％温拌剂掺量 98公路工程38卷化钠固相的含量几乎起同等重要的作用；硫酸钠在量几乎与氯化钠含量无关，而仅仅随硫酸钠含量的温度低于17．9℃时，在全固相区，将转溶成芒硝，故增加而增加。在全固相区硫酸钠固相含量随着硫酸钠含量的增加10结论而增加；芒硝固相含量在硫酸钠含量较大时，随着含水量的增加而迅速减少，而在含水量较大时，随着硫根据NaC1一NaSO一HO三元水盐体系的相酸钠含量的增加而迅速增加。平衡理论，分析了盐渍土中冰固相、冰盐固相、氯化钠固相、硫酸钠固相、芒硝固相等各固相随盐渍土温9氯化钠与硫酸钠含量对各相含量的影响度与含水量、温度与氯化钠含量、温度与硫酸钠含当氯化钠与硫酸钠含量变化如表6所示时，类量、含水量与氯化钠含量、含水量与硫酸钠含量、氯似地，由于体系温度恒为l0℃，故体系中冰固相、冰化钠与硫酸钠含量的变化规律。为定量分析和掌握盐固相恒为0。并且由于体系温度低于17．9oC，且盐渍土的工程特性变化规律及盐渍土病害的产生机盐渍土相坐标未通过含有s的相区，故硫酸钠固相理提供了重要的理论基础。也恒为0，其他固相含量的变化规律见图7。表6氯化钠与硫酸钠含量变化表[参考文献]Table6ChangetableofNaC1andNa2SO4content[1]房建宏．重盐碱地区公路翻浆处治技术、材料及工艺的研究[R]．青海：青海省公路科研勘测设计院，2003．[2]徐攸在．盐渍土地基[M]．北京：中国建筑工业出版社，1993．[3]于新，孙文浩，赵徐祥，等．滨海地区改良盐渍土的微观特性研究[J]．公路工程，20IJ(6)．[4]徐攸在．盐渍土地基[M]．北京：中国建筑工业出版社，1993．[5]牛自得，程芳琴．水盐体系相图及其应用[M]．天津：天津大学出版社，2001．、、[6]张立新，徐学祖，陶兆样，等．含氯化钠盐冻土中溶液的二次相咖抽缸变分析[J]．自然科学进展，1993(1)．舔幂镒[7]徐学祖．冻土物理学[M]，北京：地质出版社，2001．催馁[8]高江平，杨荣尚．含氯化钠硫酸盐渍土在单向降温时水分和盐分迁移规律的研究[J]．西安公路交通大学学报，l997，l7(3)：22—25．氯化钠含量／％氯化钠含量／％[9]燕宪国．盐渍土水盐迁移特性与强度特征分析[J]．公路工程(a)氯化钠固相(b)芒硝同相与运输，2009(202)：93—98．图7氯化钠含量与硫酸钠含量对各相含量的影响[1O]包卫星，谢永利，杨晓华．天然盐渍土冻融循环时水盐迁移规Figure7EffectsofNaC1andNa2SO4contentonsolidphases律及强度变化试验研究[J]．工程地质学报，2006，14(03)：380—384．氯化钠固相含量随着氯化钠含量与硫酸钠含量[11]吴爱红，顾强康，李婉．盐渍土机场毛细水迁移试验研究的增加而增加，且其含量等高线的方向导数与坐标[J]．路基工程，2008(6)：137—138．轴几乎成45。，因此，氯化钠与硫酸钠含量对氯化钠[12]张诚，于新，陈俊，等．基于响应曲面法的盐渍土改良方案研究[J]．公路工程，2012(3)．固相的含量几乎起同等重要的作用；但芒硝固相含(上接第93页)MaterialsinCivilEngineering，2012，24(6)：715—724．[8]肖川，凌天清．废旧橡胶粉改性沥青材料在道路工程中的应[5]LiseaneP．T．L．Fontes，Glie6rioTrieh&，JorgeC．Pals，PauloA．A．Pereira．Evaluatingpermanentdeformationinas-用与研究[J]．公路工程，2009，34(4)：49—53．phahrubbermixtures[J]．ConstructionandBuildingMateri—[9]Liu，Yamin，Han，Sen，Zhang，Zhongjie，Xu，Ouming．De-signandevaluationofgap—gradedasphaltrubbermixturesals，2010，24(7)：1193—1200．[6]耿立涛，任瑞波，郭玉清，等．应力吸收层沥青混合料的试验研[J]．Materials＆Design，2012(35)：873—877．究[J]．建筑材料学报，2012，15(4)：570—574．[1O]张肖宁，王绍怀，吴旷怀．沥青混合料组成设计的CAVF法[J]．公路，2OO1(12)：17—20．[7]MorenoNavarro，Fernando；RubioGamez，M．Carmen．In—flueneeofCrumbRubberontheIndirectTensileStrengthandJRGF40—2004，公路沥青路面施工技术规范[s]．StiffnessModulusofHotBituminousMixes『J]．Journalof