橡膠瀝青混合料密實度影響因素試驗分析

李文賽，徐文遠

(東北林業(yè)大學 土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 475400)

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橡膠瀝青混合料密實度影響因素試驗分析

李文賽，徐文遠

(東北林業(yè)大學 土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 475400)

通過馬歇爾擊實試驗對橡膠瀝青混合料的膠粉參量、集料特性、擊實方法等方面展開研究，分析其最大蠟封干密度、油石比和空隙率，得出影響橡膠瀝青混合料密實度的因素及變化規(guī)律。試驗結果表明：膠粉摻量對混合料密實度影響很小；對于龍嫩公路用混合料級配，通過優(yōu)化級配來提高密實度的提升空間不大；集料吸水率對空隙率影響明顯，吸水率增加1%時，混合料空隙率增大約2%；相同的馬歇爾試件100次擊實比75次擊實空隙率減小了31%，改變擊實方法空隙率僅改變了1.6%。

道路工程；橡膠瀝青混合料；密實度；吸水率；馬歇爾擊實試驗

近些年來，國內很多學者從瀝青混合料的礦料組成結構出發(fā)，研究了混合料密實狀態(tài)的形成原理。張肖寧[1]首先提出瀝青混合料體積設計法；沙慶林[2]提出采用各檔礦料的毛體積密度代替原來的表觀密度，進行礦料體積指標的計算，使計算更合理。這兩種設計方法總體上設計思想簡單易懂，但關于橡膠瀝青混合料其它性質以及施工方法對密實度的影響尚需深入研究。本試驗以龍嫩公路為實體工程，對影響橡膠瀝青混合料密實特性的橡膠瀝青摻量、集料特性、成型方法等三個方面進行試驗分析。

1試驗原材料

1.1基質瀝青

本試驗采用的基質瀝青為東北地區(qū)常用的盤錦產90#道路瀝青，其基本性能指標完全符合規(guī)范要求。

1.2集料

在集料與瀝青混合料拌合時會吸收一部分瀝青進入石料內部，使得混合料中的自由瀝青減少，也降低了有效瀝青含量[3]。混合料吸水率的大小對瀝青的吸附有很大影響，因此本次試驗分別對龍嫩公路用東北地區(qū)集料和北京地區(qū)石灰?guī)r進行吸水率檢測，并對兩種石料分別進行試驗分析。吸水率檢測如表1所示。

1.3橡膠瀝青

本次試驗橡膠粉采用細度為40目的橡膠顆粒。采用(185士5)℃，250r/min轉速的強力攪拌器將瀝青與橡膠粉混合攪拌90min[4]。根據該工藝配制了四種不同膠粉摻量的橡膠瀝青，摻量分別為18%、20%、22%以及24%，橡膠改性瀝青常規(guī)指標檢測結果均滿足規(guī)范要求。

1.4級配設計

本試驗采用冪函數級配設計，其中4.75mm篩孔通過率分別為40%、35%、30%、25%；0.075mm通過率均為7%的四種配合比A、B、C和D。通過馬歇爾實驗，調整空隙率并對設計級配進行如下調整：4.75mm篩孔通過率改為30%，0.075mm篩孔通過率改為8%[5]。調整后的試驗級配見表2。

2 試驗項目

2.1級配類型影響

試驗材料采用橡膠粉目數為40目，且參量為22%的橡膠瀝青；集料采用龍嫩公路用材料。分為A、B、C、D等四種冪函數級配進行馬歇爾擊實試驗，瀝青混合料油石比分別為4.8%、5.2%、5.6%、6.0%、6.4%，試驗結果匯總見表3。

由表3分析得出，B、C級配的最佳油石比較小，級配C的空隙率和礦料間隙率均達到最小值。但空隙率最小值與最大值僅相差平均值的5.4%，礦料間隙率相差平均值的7.8%，波動幅度較小。對密實度的影響因素還需其他試驗進行分析。

表1東北地區(qū)集料與北京石灰?guī)r吸水率檢測結果

表2 調整后的試驗級配

根據VCA的試驗結果對比圖可以看出，針對這種礦料，粗集料級配在2:1左右，VCA值最?。辉?:3時，最大相差不足1.2%，僅為VCA平均值的2.6%。因此對于龍嫩公路用的冪函數級配類型，通過級配調整對集料間隙率影響不大，也就是說對混合料的密實度影響不大。

2.2膠粉摻量的影響

基于C級配對膠粉摻量對密實度的影響進行試驗分析。采用馬歇爾擊實試驗分別對油石比(質量百分比)為4.8%、5.2%、5.6%、6.0%、6.4%，膠粉參量為18%、20%、22%、24%進行試驗分析，實驗結果匯總見表4。

由表4分析得出，在相同的級配類型以及相同的試驗條件下，改變膠粉摻量的瀝青混合料空隙率在9.1%～9.5%范圍內，波動幅度較小。所以膠粉摻量對橡膠瀝青混合料的密實特性影響較小，1%的膠粉增量僅能使空隙率改變0.1%左右。

2.3 集料性質的影響

為進一步說明集料性質對橡膠瀝青混合料密實特性的影響，本試驗方案增加北京地區(qū)石灰?guī)r對比試驗。試驗采用C級配類型，22%膠粉摻量的橡膠瀝青。本次試驗采用三種試驗方案：一是北京地區(qū)粗集料+龍嫩公路用細集料(Ⅰ)；二是龍嫩公路用粗集料+北京地區(qū)細集料(Ⅱ)；三是龍嫩公路用粗集料+龍嫩公路用細集料(Ⅲ)，試驗結果匯總見表5。

由表5分析得出，采用低吸水率集料可以顯著的提高橡膠瀝青混合料的密實性，空隙率下降到5%以下。同時，采用東北地區(qū)安山巖做粗集料時空隙率較大，達到了9%?？梢酝茰y在相同油石比下，采用北京地區(qū)石灰?guī)r粗集料的混合料空隙率將遠遠小于東北地區(qū)安山巖用粗集料的混合料空隙率。

表4 不同膠粉摻量的瀝青混合料馬歇爾試驗結果匯總

表5 不同性質集料馬歇爾擊實試驗結果

表6 設定油石比對應的有效油石比

表7不同擊實功、擊實方式的試驗結果

針對東北地區(qū)的巖石吸水率較高的特點。有必要對其吸附瀝青量進行考慮，并折算有效瀝青含量，或有效油石比。計算有效油石比一種方法是根據礦料吸水率計算礦料的瀝青吸收系數，進而計算有效瀝青含量；另一種方法是根據瀝青混合料的體積參數、瀝青密度，反算有效瀝青含量[8]。根據兩種方法分別進行試驗分析，試驗采用C級配，試驗中礦料毛體積密度為2.668 5 g/cm3、礦料表觀密度為2.796 4 g/cm3、合成吸水率為1.714%、加權系數C為0.527 7、礦料有效密度為2.736 g/cm3、瀝青吸附率為0.961 2%。在設定的油石比下分別計算兩種情況下對應的有效油石比，其結果如表6。

根據表6可以看出，兩種算法折算的混合料中有效瀝青含量均較低，導致混合料中缺乏足夠的有效瀝青填充混合料中的空隙。由于瀝青吸附率幾乎達到1%，這意味著吸附瀝青過多、自由瀝青過少?；旌狭?%的空隙率，大約相當于5 cm3。填充1 cm3的體積需要約1 g的瀝青。有效瀝青減少約1%的油石比相當于減少11.4 g瀝青(礦料重1 140 g)，多增加約10 cm3空隙體積，混合料的空隙率增加約2%。因此采用高吸水率的石料會增大空隙率。

2.4 擊實功及成型方式的影響

當前馬歇爾擊實和旋轉壓實是瀝青混合料配合比設計中采用的主要方法，對于同一種混合料，馬歇爾擊實試件以沖擊成型為主，旋轉壓實以揉搓成型為主[3]。兩種試驗方法都在一定程度上模擬了混合料現場壓實成型狀態(tài)，從成型方法上難以說明孰優(yōu)孰劣[9]。本試驗分別進行75次和100次馬歇爾擊實試驗，和100次旋轉壓實試驗進行對比分析。本次試驗級配選用C級配，瀝青采用膠粉摻量為22%的橡膠瀝青，龍嫩公路用礦料，試驗結果如表7所示。

由表7分析得出，增加壓實功可以顯著改善瀝青混合料的密實特性，馬歇爾擊實試驗中，100次擊實試件與75次擊實試件相比空隙率減小了31%；最大蠟封干密度增大了0.063 1 g/cm3。但在相同的壓實功下，不同的壓實方式對空隙率的改變較小，僅僅改變了1.6%?？梢姴徽撌菦_擊成型還是揉搓成型對于橡膠瀝青混合料的密實特性影響不大。

3 結論

1)在相同的級配類型下，級配調整對混合料的密實度影響不大。

2)膠粉摻量對橡膠瀝青混合料的密實特性影響不大，其影響可以忽略。

3)在相同油石比下，粗集料的吸水率較低時混合料密實度較大，粗集料吸水率每減小1%，空隙率可減小2%左右。

4)增大擊實功可以顯著的提高混合料的密實性效果，但不同的成型方式對密實度影響不大。

[1]張肖寧，王紹懷，吳曠懷，等.瀝青混合料組成設計的CAVF法[J].公路，2001(12)：17-21.

[2]沙慶林.多碎石瀝青混凝土SAC系列的設計和施工[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]王旭東，張 蕾.基于骨架嵌擠結構原理的瀝青混合料均衡設計方法[M].北京：人民交通出版社，2014.

[4]張舒暢,付建峰,王選倉.橡膠顆粒瀝青路面除冰效果及影響因素分析[J].河北工程大學學報：自然科學版，2014，31(4)：21-24.

[5]劉斌清，宋 柳，王選倉.礦料級配對開級配瀝青穩(wěn)定碎石性能影響研究[J].中外公路，2012(2)：257-260.

[6]王旭東，張 蕾.基于最緊密嵌擠狀態(tài)的瀝青混合料油石比確定方法[C]//中國公路學會道路工程分會理事會換屆會議暨第四屆(2010)國際路面養(yǎng)護技術論壇，2010.

[7]張晨晨.細集料干涉對瀝青混合料性能的影響[D].重慶：重慶交通大學，2012.

[8]楊瑞華，李宇峙，黃云涌.集料吸水率對瀝青混合料最佳油石比的影響[J].長沙交通學院學報，2006(4)：52-55.

[9]孫長軍.成型方法對粗集料斷級配瀝青混合料配合比設計的影響[C]//中國公路學會道路工程分會理事會換屆會議暨第四屆(2010)國際路面養(yǎng)護技術論壇，2010.

(責任編輯王利君)

Analysisofthedensityofasphaltrubberstresstesting

LIWensai,XUWenyuan

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,HeilongjiangHarbin150040,China)

Marshallcompactiontestwerecarriedoutforcrumbrubberasphaltmixtureparameters,aspects,aggregateproperties,compactionmethods.Thewaxsealmaximumdrydensity,porosityandaggregateratiowereanalyzed,derivedaffectrubberasphaltvariationfactorsandcompactness.Theresultsshowthatthepowdercontentonthedensityofthemixtureisverysmall;FormixturegradationusingforLong-nenhighway,improvementroomforthedensitybyoptimizingisnotgraded;Aggregatewaterabsorptioneffectsobviouslyontheporosity.Whenwaterrateincreasesby1%,themixporosityincreasesbyabout2%;thesameMarshallspecimenwith100timescompactiontimesreducestheporosityof31%than75timescompaction;theporositychangesonlyby1.6%throughchangingthemethodofcompaction.

roadengineering;rubberasphalt;density;waterabsorption

2016-03-11

黑龍江省運輸廳科技項目(HLJ20162D08)

李文賽(1991-)，男，河南開封人，碩士，從事道路工程方面研究。

1673-9469(2016)02-0069-04doi:10.3969/j.issn.1673-9469.2016.02.015

U414.1

A