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胶粉_SBS复合改性沥青混合料性能及应用.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD收稿日期:2023-03-14作者简介:曹晓辉(1984),男,工程师,研究方向为公路工程。胶粉/SBS复合改性沥青混合料性能及应用曹晓辉(河北省张家口市阳原县,河北 阳原 075800)摘要:为满足重载交通和复杂环境地区道路工程需求,提高路面材料使用性能,选用5%SBS和20%胶粉,采用SMA-13间断骨架型沥青混合料作为矿料级配,制备胶粉/SBS复合改性沥青混合料,通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂实验、低温弯曲试验研究其路用性能。结果表明:当最佳油石比为5.8%时,复合改性沥青混合料具有较好的水稳定性和低温性能,且各项指标满足高性能沥青混合料要求。关键词:道路工
2、程;复合改性沥青;性能评价;沥青路面中图分类号:U414文献标识码:A0 引言沥青路面材料性能和结构选择对沥青路面耐久性具有重要影响。复合改性沥青混合料是通过在沥青中添加橡胶粉和SBS改性剂配制而成,可提高沥青混合料的综合性能。胶粉/SBS复合改性沥青混合料综合橡胶沥青和SBS改性沥青能显著提高面层材料的水稳定性、低温性能和抗疲劳性能1。为制备高性能沥青混合料,延长沥青路面使用寿命,本文结合工程实际,采用5%SBS和20%胶粉制备复合改性沥青,对胶粉/SBS复合改性沥青混合料在增强混合料抗车辙和低温开裂等性能进行分析。1 工程概况某公路工程全长32 km,为双向4车道,设计车速100 km/h
3、,路基平均填高3.6 m,最大填高5.2 m,最小填高1.3 m。该项目试验段起点桩号为K35+500,终点桩号为K26+500,全长1 km。沥青路面在环境和交通荷载耦合作用下,易发生病害,经研究最终采用胶粉与SBS复合改性沥青混合料作为沥青路面材料。2 原材料技术性能与试验方法2.1 原材料1)集料沥青混合料骨架是由粗集料嵌挤形成骨架结构以承载外力的主体,细集料与沥青混合形成沥青胶浆以填充骨架之间的间隙,从而形成更稳定的结构2。该项目粗集料采用石灰岩,细集料采用石灰岩石屑。2)矿粉在沥青混合料制备过程中添加适量矿粉既可显著提高胶粉改性沥青与集料的黏结能力和耐水性,又可起到填料作用2。3)胶
4、粉/SBS复合改性沥青在常温条件下研磨橡胶轮胎得到3060目胶粉,采用70#基质沥青,向基质沥青中加入5%SBS后一起放入烘箱中加热 2 h至 185195;加入预拌好的胶粉,以4 000 r/min的速度剪切30 min;然后放入170175 的烘箱中,制得胶粉/SBS复合改性沥青2。2.2 级配设计胶粉/SBS复合改性沥青具有较高的黏度和弹性恢复性能,在混合料内部形成较厚的沥青膜,级配类型与普通沥青不同,若级配设计不合理,在施工过程中易出现压实不均匀,从而使路面出现回弹。该项目所在地区为亚热带气候,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥,宜采用骨架型级配3。综合考虑,最终选用SMA-13间断骨架型沥青
5、混合料进行级配设计,所设计沥青混合料合成级配见表1。表1 沥青混合料矿料级配范围SMA-13级配上限级配下限级配中值合成级配通过下列筛孔(mm)的质量百分率(%)16.010010010010013.2100909594.29.50755062.563.64.7534202727.82.36261520.519.21.1824141917.90.620121615.40.316101313.60.151591211.20.075128109.213总656期2023年第26期(9月 中)2.3 确定最佳油石比该项目确定SMA-13最佳油石比时,按照设计级配和油石比为 5.2%、5.5%、5.8
6、%、6.1%及 6.4%进行制件,通过对混合料试件两面击实75次得到成型的马歇尔试件,计算各试件的空隙率、毛体积密度和稳定度等指标进行马歇尔试验3。马歇尔试验检测结果见表2,油石比与6组指标关系见图1。表2 胶粉/SBS复合改性沥青混合料马歇尔试验结果级配类型SMA-13间断骨架型沥青混合料油石比(%)5.25.55.86.16.4毛体积相对密度/(g/cm3)2.4272.4412.4622.4512.445空隙率(%)6.85.84.63.83.5矿料间隙率(%)16.6116.5216.4316.8817.36沥青混合料饱和度(%)60.2167.8274.2878.6581.03稳定度
7、/kN10.3011.2811.6510.8610.26流值/(0.1 mm)1.82.22.63.23.4由马歇尔试验结果可知,稳定度、毛体积相对密度随着油石比的增大而先增后降;空隙率随着油石比的增加而降低;流值、饱和度随着油石比的增加而增加;矿料间隙率随着油石比的增加先降低再增加,当油石比为5.8%时,矿料间隙率最小为16.43%。结合规范要求及工程经验,当油石比为5.8%时,马歇尔稳定度最大,为 11.65 kN;对应空隙率为 4.6%,毛体积密度为2.462 g/cm3。3 路用性能研究3.1 水稳定性采用沥青混合料浸水马歇尔稳定度试验和冻融劈裂试验对混合料水稳定性进行评价。浸水马歇尔
8、稳定度试验首先根据设计配合比制作试件,经养护后,按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E202011)规程测试混合料浸入水时的马歇尔稳定度,试验结果见表3。冻融劈裂试验是在规定条件下对试件进行冻融循环,测定混合料试件在水损害前后冻融劈裂强度比(TSR)。按照比例制作混合料试件,在室温下静置24 h后脱模,放入40 烘箱中养生3 d。经养生后进行试验,试验结果见表4。油石比(%)5.25.45.65.86.06.26.42.4652.4602.4552.4502.4452.4402.4352.4302.425毛体积密度/(g/cm3)(a)油石比(%)5.25.45.65.86.06.2
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