粗膠粉斷級配橡膠瀝青在公路工程中的應(yīng)用

粗膠粉斷級配橡膠瀝青在公路工程中的應(yīng)用吳春穎博士主任工程師高工江蘇交通科學研究院2011年3月橡膠瀝青分類材料工藝技術(shù)產(chǎn)品橡膠粉（輪胎處理）濕法干法橡膠瀝青橡膠粉改性瀝青混合料現(xiàn)場混合麥克唐納法工廠混合其他特殊工藝略大型普通型大塊型國外的調(diào)研高粘橡膠瀝青(WetProcess-HighViscosity）——濕拌現(xiàn)場：需要采用較高的橡膠粉用量一般在15％以上，且采用粒徑較大的膠粉（如20目膠粉）其粘度較高，177℃粘度通常要求在1.5Pa·s以上可存儲橡膠瀝青(WetProcess-NoAgitation)——濕拌工廠化：細橡膠粉并用膠體磨加工，由于橡膠粉很細，能較好的熔融、分散于瀝青中，可存儲一段時間不會發(fā)生離析?？上癯Ｓ玫腟BS改性瀝青一樣廠拌生產(chǎn)，遠距離運輸施工。干法膠粉改性瀝青膠粉直接添加到正在攪拌的拌和樓中，但由于拌和時間較短，較少的反應(yīng)，膠粉也難以發(fā)生充分的熔脹作用。在國外一般攤鋪在路面的中下面層或更低的層位，而較少攤鋪在表面層。

橡膠瀝青制備技術(shù)濕拌法高溫攪拌+反應(yīng)現(xiàn)場加工高摻量20%左右粗膠粉采用20目膠粉膠粉選擇面寬降低能耗，比40目膠粉成本降低200~250元/噸。原材料基質(zhì)瀝青70號道路石油瀝青橡膠粉常溫研磨法生產(chǎn)類型貨車輪胎膠粉、小汽車輪胎膠粉細度20目、40目及60目。膠粉細度20目40目60目20目40目60目

貨車膠粉橡膠瀝青的復數(shù)剪切模量小車膠粉橡膠瀝青的復數(shù)剪切模量振蕩板膠結(jié)料橡膠粉種類圖3動態(tài)剪切試驗（76℃）的相位角δ圖4動態(tài)剪切試驗（76℃）的復數(shù)模量G*振蕩板膠結(jié)料橡膠粉摻量不同摻量76℃復數(shù)剪切模量不同摻量-18℃蠕變勁度S12%16%20%24%177℃粘度膠粉摻量,%12161820試驗方法177℃粘度,Pa·s1.301.902.008.10ASTMD4402橡膠瀝青的高溫性能、低溫性能等都隨著摻量增加而提高；綜合考慮施工性能，對于研究所用的原材料和工藝條件，橡膠瀝青的膠粉摻量以16～18％左右比較合適。橡膠瀝青：現(xiàn)場濕拌法20目橡膠粉應(yīng)用范圍：橡膠瀝青AR-SAMI斷級配橡膠瀝青AR-AC橡膠瀝青AR-OGFC橡膠瀝青橋面防水層橡膠瀝青抗裂層ARCS橡膠粉技術(shù)要求20目貨車輪胎膠粉密度1.150.05g/cm3

無鐵絲或其它雜質(zhì)纖維比例應(yīng)不超過0.5%篩孔尺寸(mm)通過率(%)2.001001.1865~1000.6020~1000.300~450.0750~5橡膠瀝青技術(shù)要求與膠粉用量設(shè)計橡膠瀝青技術(shù)要求膠粉用量設(shè)計方法177℃粘度為設(shè)計指標項目技術(shù)要求試驗方法粘度，177℃，Pa·s1.5-4.0T0625－2000針入度，25℃，100g，5s，0.1mm，最小25T0604－2000軟化點，℃，最小57T0606－2000彈性恢復，25℃，1h，最小80T0662－2000橡膠瀝青制備工藝橡膠粉基質(zhì)瀝青185~190℃高速攪拌175~180℃反應(yīng)60min泵送至拌和樓或短期存放加載—卸載應(yīng)變曲線VS累積應(yīng)變曲線在相同的加載條件下，橡膠瀝青的總變形小、變形回復能力好，殘余變形小。重復蠕變試驗評價指標一致表明橡膠瀝青的高溫性能明顯優(yōu)于SBS改性瀝青和基質(zhì)瀝青。橡膠瀝青混合料的發(fā)展史碎石封層應(yīng)力吸收夾層密級配混合料開級配混合料斷級配混合料19601970198019902000SerjiAmirkhanian,DirectorofARTSClemsonUniversity-CivilEngineeringDepartment加州運輸部關(guān)于厚度減薄的建議在大量室內(nèi)試驗和項目實踐的基礎(chǔ)上(750個項目)與普通瀝青路面比較厚度減薄超過50%聯(lián)邦公路管理局認可斷級配橡膠瀝青混合料(AR-AC13S)國外兩種斷級配橡膠瀝青混合料亞里桑那、加州、佛羅里達州，課題稱之為AR-AC13A減少2.36mm以下的用量，嚴格控制0.075mm用量；德州，課題稱之為AR-AC13B按照SMA的思路，增加粗集料用量，2.36~4.75mm間斷，橡膠瀝青構(gòu)成瑪蹄脂。國外兩種橡膠瀝青混合料對比嵌擠性能分析

混合料類型粗集料松方密度（g/cm3）粗集料合成毛體積密度（g/cm3）VCADRCVCAmixAR-AC13A1.672.83040.9841.65AR-AC13B1.672.82940.9735.76水穩(wěn)定性對比混合料類型非條件（0.5h）條件(48h)殘留穩(wěn)定度S0(%)要求(%)空隙率(%)馬歇爾穩(wěn)定度(kN)空隙率(%)浸水馬歇爾穩(wěn)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水穩(wěn)定性對比混合料類型非條件條件TSR(%)要求(%)空隙率(%)劈裂強度(MPa)空隙率(%)劈裂強度(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凍融劈裂試驗

高溫、低溫性能對比

車轍試驗結(jié)果

混合料類型油石比(%)動穩(wěn)定度(次/mm)123平均要求AR-AC13A8.23938315030003363≥3000AR-AC13B8.34200420052504550混合料類型抗彎拉強度(MPa)勁度模量(MPa)破壞應(yīng)變(με)要求(με)AR-AC13A7.8612413.23283≥2000AR-AC13B7.9242341.43400低溫小梁彎曲試驗兩種混合料外觀

AR-AC13A外觀

AR-AC13B外觀

AR-AC13S課題對斷級配橡膠瀝青混合料設(shè)計進行了不斷摸索、總結(jié)、調(diào)整、優(yōu)化。形成了具有特色的橡膠瀝青斷級配混合料設(shè)計體系，稱之為AR-AC13S。AZTexasAR-AC13S混合料——嵌擠密實江蘇省AR-AC13S江蘇省AR-AC13S：級配更為間斷，礦料間隙率VMA更大，為容納膠粉提供空間；高油石比，發(fā)揮橡膠瀝青抗裂性能，提高耐久性；鋪面構(gòu)造深度更大，提高性能安全性。橡膠粉顆粒斷級配集料AR-AC13S型斷級配混合料設(shè)計標準試驗項目技術(shù)標準馬歇爾試驗指標擊實次數(shù)（次）兩面各75次穩(wěn)定度（kN）不小于5.0流值（0.1mm）20～50空隙率（%）5.5±1.0瀝青飽和度（%）70～85礦料間隙率VMA(%)不小于19.0性能驗證要求浸水殘留穩(wěn)定度（%）不小于85凍融殘留強度比（%）不小于80車轍試驗動穩(wěn)定度（次/mm）不小于3000彎曲破壞應(yīng)變(με)不小于2000水穩(wěn)定性混合料類型馬歇爾穩(wěn)定度（kN）浸水馬歇爾穩(wěn)定度（kN）殘留穩(wěn)定度SO（%）要求（%）AR-AC13S8.637.9792.4≥85SMA-13S10.039.2692.3AC-13C13.1511.8289.9混合料類型試件空隙率（%）非條件劈裂強度（MPa）條件劈裂強度（MPa）劈裂強度比（%）要求（%）AR-AC13S6.01.00270.815281.3≥80SMA-13S5.31.02390.828880.9AC-13C6.31.06440.901784.7浸水馬歇爾試驗凍融劈裂試驗高溫性能混合料類型油石比（%）車轍動穩(wěn)定度（次/mm）要求123平均AR-AC138.64846484648464846＞3000SMA-136.17000572752505992AC-13C5.23938370635003715車轍動穩(wěn)定度試驗低溫性能-10℃小梁彎曲試驗混合料類型最大荷載跨中撓度抗彎拉強度（MPa）勁度模量（MPa）破壞應(yīng)變要求(N)（mm）（με）（με）AR-AC13S0.500.929.171922.54823>2000SMA-13S1.260.6210.692767.53270AK-13S0.930.537.672727.22815約束試件溫度應(yīng)力試驗（TSRST)四點梁彎曲疲勞試驗AR-AC13與SMA13SPT試驗對比注：表示通常的行車荷載作用時間國內(nèi)橡膠瀝青應(yīng)用情況截至2008年，江蘇、天津、北京、廣東、四川、河北、山東、河南、浙江、安徽等10多個省市研究或應(yīng)用了橡膠瀝青技術(shù)。應(yīng)用橡膠瀝青技術(shù)的省份2005開始研究2006總結(jié)提高2007技術(shù)成熟2008應(yīng)用推廣《橡膠改性瀝青在高速公路上的應(yīng)用研究》；第一條橡膠瀝青試驗路G328泰州段維修。標志工程：沿海高速公路、常武路維修；完善了AR-AC13S設(shè)計方法。標志工程：2007年寧常高速公路；形成完整技術(shù)體系：SAMI、AR-AC13S、AR-OGFC13S、橋面防水粘結(jié)層；2007年，“橡膠瀝青應(yīng)用技術(shù)交流會”。標志工程：寧杭高速公路二期工程；國際認可：承辦2009年國際橡膠瀝青會議AR2009。江蘇省橡膠瀝青技術(shù)發(fā)展歷程AsphaltRubber2009國際橡膠瀝青大會（AR2009)2009年11月2~4日中國·南京橡膠瀝青大使AR-AC13S設(shè)計實例

（寧常高速28km，9200噸橡膠瀝青）AR-AC13S馬歇爾試驗結(jié)果項目浸水馬歇爾試驗S0(%)凍融劈裂試驗TSR(%)車轍試驗動穩(wěn)定度（次/mm）低溫小粱試驗破壞應(yīng)變（με

）試驗指標89.888.036722950技術(shù)要求858030002000級配類型油石比（%）穩(wěn)定度（kN）流值（0.1mm）VMA(%)空隙率（%）VFA(%)毛體積相對密度AR-AC13S8.48.4522.621.935.6274.352.433要求≥5.020-50≥195.5±170-85/AR-AC13S性能驗證試驗結(jié)果AR-AC13施工與過程質(zhì)量控制施工工藝：類似于改性瀝青SMA，鋼輪壓實；質(zhì)量控制壓實度：馬氏98%，理論壓實度92~96%滲水系數(shù)：80ml/min4.3濕拌法拌和工藝要求橡膠瀝青加熱溫度的提高；190-200℃拌和樓瀝青泵的改善；拌和時間的延長；外摻劑水泥加入拌和倉后先與礦料干拌10s，再加入橡膠瀝青濕拌40s。拌和溫度的提高。165-175℃碾壓工藝要求為防止橡膠瀝青粘結(jié)橡膠輪胎，不宜使用膠輪壓路機。AR-AC建議碾壓組合：初壓：鋼輪前靜后振2遍；復壓：鋼輪振動碾壓4遍；終壓：鋼輪靜壓1～2遍。2005年，泰州328省道加鋪工程2006年常州市常武路2006年沿海高速公路2006年張家港中華路2008年常州S340省道2006年泰高高速公路2007年寧常高速2008年寧杭高速二期2010南京繞城高速改擴建

2005年8月通車，進出泰州的重要干線現(xiàn)有路面狀況：未見裂縫、坑塘等病害車轍深度3.0mm構(gòu)造深度0.78mm

泰州328省道加鋪工程橡膠瀝青AR-AC134cmAR-SAMI舊水泥路面AR-AC應(yīng)用項目2006年8月通車，常州至武進的干線現(xiàn)有路面狀況：未見裂縫、坑塘等病害車轍深