增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13面層性能研究

黃展佳

文章介紹了一種增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13的路用性能、抗滑性能、抗裂性能及疲勞性能，分析了纖維添加對(duì)其的影響，并與SBS改性瀝青SMA-13的性能進(jìn)行對(duì)比研究。結(jié)果表明，該增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13可以不添加纖維，滿足SMA-13技術(shù)性能的要求，且相較于SBS改性瀝青，SMA-13具有更好的路面抗滑、抗裂和疲勞性能及優(yōu)異的路面耐久性。

增韌型;抗滑性能;抗裂性能;疲勞性能

U416.217-A-02-004-3

0?引言

在我國(guó)，瀝青路面在20世紀(jì)20年代首次在上海應(yīng)用，至今也有近百年的建設(shè)歷史。我國(guó)現(xiàn)階段道路交通車流量大，軸載重，渠化程度高，這些特點(diǎn)迫切需要在公路尤其是高速公路方面改善瀝青混合料路面的路用性能，提高瀝青路面的服務(wù)水平和使用壽命。運(yùn)用高性能的改性瀝青已成為改善瀝青路面品質(zhì)的有效途徑和發(fā)展方向[1]。

目前用于瀝青改性的材料主要有熱塑性彈性體（SBS、SEBS）、橡膠（SBR、CR）、熱塑性樹(shù)脂（APP、PE、EVA）等。由于聚合物與瀝青之間僅僅存在部分吸附、相溶，而并非完全熔融，這種體系屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，極易發(fā)生兩相之間的分離，從而造成離析現(xiàn)象。因此，復(fù)合改性也被較多地使用，其中以橡膠與SBS復(fù)合改性的研究為最多。SBS改性的優(yōu)越性突出表現(xiàn)在使軟化點(diǎn)大幅提高的同時(shí)，又使低溫延度明顯增加，感溫性得到很大改善，而且彈性恢復(fù)率特別大。橡膠粉中的有效成分可以提高道路瀝青的軟化點(diǎn)，改善道路的低溫柔韌性，降低針入度，提高延度，使瀝青產(chǎn)生可逆的彈性變形[2-5]。

對(duì)于公路或者高速公路的瀝青路面，其上面層為磨耗層，是行駛功能層，需要直接承受氣候和荷載的沖擊，并且兼顧安全、舒適性和外觀的需求，因此瀝青路面面層對(duì)瀝青混合料和改性瀝青性能要求最高。本文以瀝青路面常用的SMA13面層為研究對(duì)象，研究一種增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13的路用性能，并與SBS改性瀝青SMA-13性能進(jìn)行對(duì)比研究。

1?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1?原材料

基質(zhì)瀝青：金山70#，上海金山;SBS：YH-791，湖南岳陽(yáng)石化;增韌型橡膠改性劑：40目，輪胎膠粉，上海仁聚新材料有限公司生產(chǎn);木質(zhì)素纖維：長(zhǎng)度平均為5 mm，濟(jì)南海偉化工品牌;石料及填料：常規(guī)SMA-13用石料及填料，產(chǎn)自浙江湖州。增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青及SBS（5%）改性瀝青指標(biāo)見(jiàn)表1。SMA-13混合料級(jí)配見(jiàn)圖1。

改性瀝青按照J(rèn)TG E20-2011、JTG/F20-2011標(biāo)準(zhǔn)制備及測(cè)試性能，瀝青混合料按照J(rèn)TG F40-2004、JTG E-42-2005、JTG E20-2011、JTG/F20-2011的標(biāo)準(zhǔn)制備和測(cè)試性能。

1.2?纖維對(duì)析漏性能的影響研究

采用增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青，根據(jù)纖維添加量0和0.3%分為兩組，每組采用6.0%、6.3%、6.6%三種油石比，分別按規(guī)范測(cè)試各組混合料的析漏損失量。

1.3?常規(guī)路用性能研究

按照?qǐng)D1的級(jí)配，油石比為6.3%，采用增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青時(shí)不添加纖維，而采用SBS（5%）改性瀝青時(shí)添加0.3%纖維（以上條件下同），分別按規(guī)范進(jìn)行車轍、低溫彎曲、凍融劈裂和浸水馬歇爾試驗(yàn)，研究其常規(guī)路用性能。

1.4?抗滑性能

本文抗滑性能測(cè)試采用重慶交通科研設(shè)計(jì)院研發(fā)的集料與瀝青混合料抗滑性能測(cè)試儀，按JTG E20-2011標(biāo)準(zhǔn)的要求制備增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青和SBS改性瀝青混合料方板，按該儀器的測(cè)試方法在相同參數(shù)條件下分別測(cè)試其不同時(shí)間下的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)Du，研究其抗滑性能。

1.5?抗裂性能

本文采用美國(guó)Overlay Tester路面抗裂試驗(yàn)儀，分別測(cè)試增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青和SBS改性瀝青SMA-13混合料的抗裂性能。首先通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)成型150 mm、高62 mm的試件，然后切掉上下兩側(cè)使其高度變?yōu)?5 mm，再切掉左右兩側(cè)使其寬度變?yōu)?5 mm，最終得到150×75×35（mm）的兩組試件，并將試件用環(huán)氧樹(shù)脂粘在模具底座，養(yǎng)生完成后開(kāi)始測(cè)試。

測(cè)試的參數(shù)為：溫度25 ℃，開(kāi)口位移0.635 mm，荷載頻率0.1 Hz，荷載形式為最大位移不變的正弦三角形。試件達(dá)到破壞標(biāo)準(zhǔn)后停止測(cè)試，并記錄結(jié)果。

1.6?疲勞性能

本文采用應(yīng)變控制模式下的四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)測(cè)試SMA-13的疲勞性能。分別按規(guī)范要求成型兩種混合料試件，參考SHRP M-009的標(biāo)準(zhǔn)，選用無(wú)間歇時(shí)間的半正弦波為標(biāo)準(zhǔn)加載波形，試驗(yàn)頻率為10 Hz，應(yīng)變控制為500 με，在瀝青混合料小梁勁度模量降低到初始值50%時(shí)停止測(cè)試，其荷載循環(huán)次數(shù)為疲勞壽命。

2?試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1?纖維影響測(cè)試結(jié)果與分析

各組試驗(yàn)析漏測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2的結(jié)果表明，該增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13在不同油石比條件下，添加纖維前后析漏損失量均在0.02%左右，其析漏損失量的變化較小，變化量均在總量的0.001%左右，而且每組析漏損失量都遠(yuǎn)低于SMA規(guī)范析漏損失量<0.1%的要求。因此，該改性瀝青應(yīng)用于SMA-13中可以不添加纖維。

2.2?常規(guī)路用性能測(cè)試結(jié)果與分析

試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表3。

表3的結(jié)果表明，該增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13混合料常規(guī)路用性能均滿足SMA技術(shù)規(guī)范的要求，該混合料性能與SBS改性瀝青混合料性能總體接近，其高溫性能、抗水損性能略低于SBS改性瀝青混合料，但在低溫抗變形能力上明顯優(yōu)于SBS改性瀝青混合料。

2.3?抗滑性能試驗(yàn)結(jié)果與分析

經(jīng)測(cè)試，各組試驗(yàn)試樣抗滑性能變化情況見(jiàn)表4和圖2。

從表4和圖2的試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13的初始動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)略大于SBS改性瀝青SMA-13，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，試件磨損增加，兩種試件的抗滑性能均不斷下降，且變化的趨勢(shì)相似。但增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)始終更大，這說(shuō)明其抗滑性能優(yōu)于SBS改性瀝青SMA-13路面。

2.4?抗裂性能結(jié)果與分析

不同試件抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

結(jié)果表明：相同條件下，增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13加載初始力明顯高于SBS改性瀝青SMA-13，且其加載周期也遠(yuǎn)高于SBS改性瀝青SMA-13，達(dá)到后者抗裂周期的3倍以上。由此說(shuō)明，增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13有優(yōu)異的抗裂性能。

2.5?疲勞性能結(jié)果與分析

疲勞性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。

結(jié)果表明，增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13疲勞壽命明顯高于SBS改性瀝青SMA-13，這說(shuō)明其具有更好的抗疲勞開(kāi)裂性能，結(jié)合其抗滑性能的變化情況及抗裂性能，表明該增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13相較于SBS改性瀝青SMA-13具有更優(yōu)異的路面耐久性。

3?工程實(shí)例

在廣西柳州汽車城-東外環(huán)柳東段工程Ⅲ標(biāo)項(xiàng)目中，瀝青上面層就運(yùn)用了增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13面層技術(shù)，使其優(yōu)點(diǎn)得到了充分的驗(yàn)證。在施工過(guò)程中，從材料的備料、拌和、運(yùn)輸、攤鋪等環(huán)節(jié)著手，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量：

（1）嚴(yán)格控制粗細(xì)集料和填料的質(zhì)量，對(duì)原材的堆放也嚴(yán)格劃分專門區(qū)域，避免原材污染。

（2）嚴(yán)格掌握改性瀝青和集料的加熱溫度以及改性瀝青SMA-13的出廠溫度，嚴(yán)格控制油石比和礦料級(jí)配，嚴(yán)格控制混合料的均勻性，及時(shí)分析異常情況。

（3）保證瀝青混合料的出廠溫度和運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的溫度，同時(shí)在運(yùn)輸過(guò)程中不受污染，用雙層無(wú)損的帆布覆蓋。

（4）攤鋪過(guò)程必須連續(xù)穩(wěn)定，合理控制攤鋪機(jī)速度，以提高攤鋪層均勻性和壓實(shí)度?；旌狭衔磯簩?shí)前，施工人員不得進(jìn)入踩踏。攤鋪在高溫條件下進(jìn)行，溫度<15 ℃時(shí)不得攤鋪。

通過(guò)一系列的施工控制措施，使得瀝青面層工程質(zhì)量好，外表美觀。

4?結(jié)語(yǔ)

（1）該增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13可以不添加纖維;

（2）該增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13滿足瀝青路面面層SMA技術(shù)性能的要求，且具有優(yōu)異的路用性能;

（3）該增韌型橡膠復(fù)合改性瀝青SMA-13相較于SBS改性瀝青SMA-13具有優(yōu)異的抗滑性能、抗裂性能及抗疲勞性能，具有優(yōu)異的路面耐久性。

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