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    SBS橡膠復(fù)合改性瀝青技術(shù)在鄭少高速路面專項(xiàng)工程中的應(yīng)用

    2022-01-29 05:45:14劉佩冬尹建偉
    中國公路 2021年20期
    關(guān)鍵詞:交通量穩(wěn)定度橡膠

    劉佩冬 尹建偉

    (鄭州鄭少高速公路發(fā)展有限公司,河南 鄭州 450001)

    河南省鄭州市至少林寺高速公路(以下簡稱“鄭少高速”)是連接鄭州至少林寺之間的一條旅游高速公路,也是通往豫西南的重要物資交流通道,更是河南和鄭州對外開放的“窗口”。項(xiàng)目全長53.664km,于2003年建成通車,雙向四車道。根據(jù)2019年上半年的統(tǒng)計(jì),鄭少高速交通量巨大,且交通量增長十分迅速,對路面的使用性能要求也逐步提高。

    近年來,橡膠復(fù)合改性瀝青技術(shù)作為“四新技術(shù)”之一,在我國不同區(qū)域推廣應(yīng)用,將廢舊輪胎經(jīng)過處理直接用于瀝青面層鋪筑不僅節(jié)約瀝青材料,還對保護(hù)環(huán)境降低污染具有重要意義。橡膠改性瀝青應(yīng)用主要偏向于設(shè)備、施工等方面,對級配研究較少,且橡膠瀝青路用性能的評價(jià)指標(biāo)在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此,結(jié)合鄭少高速路面工程的實(shí)際情況,本文從級配入手開展傳統(tǒng)密級配AC-13C和間斷級配WRAC-13C的物理參數(shù)和瀝青混合料的路用性能研究分析,為后期鋪筑橡膠復(fù)合改性瀝青混合料試驗(yàn)段,制定施工方案,優(yōu)化施工工藝提供了技術(shù)支持。

    一、原材料及級配設(shè)計(jì)

    (一)原材料

    試驗(yàn)所用的各種原材料分別為:登封碎石(10 mm~20 mm、10 mm~15 mm、5 mm~10 mm、3mm~5mm),登封石屑(0mm~3mm),新鄉(xiāng)礦粉,山東生產(chǎn)的橡膠復(fù)合改性瀝青(膠粉摻量20%)。對各種原材料的性能指標(biāo)進(jìn)行檢測均滿足規(guī)范要求。

    (二)級配設(shè)計(jì)

    結(jié)合鄭少高速的交通量,試驗(yàn)選擇AC-13C和WRAC-13C,合成級配曲線如圖1所示,馬歇爾試驗(yàn)基本參數(shù)如表1所示。通過對試驗(yàn)參數(shù)分析可知,AC-13C的最佳油石比在4.9%左右,而WRAC-13C的最佳油石比為6.2%,二者相差1.3%,且WRAC-13C的毛體積相對密度、礦料間隙率和穩(wěn)定度均高于AC-13C,而空隙率小于AC-13C。級配組成顯示W(wǎng)RAC-13C的粗集料含量多,礦料間隙率偏大,需要更多的瀝青膠漿填充空隙,形成完整的結(jié)構(gòu)。

    圖1 AC-13C和WRAC-13C的合成級配曲線

    表1 不同級配最佳油石比下馬歇爾參數(shù)

    二、高溫性能分析

    研究采用60℃車轍試驗(yàn)進(jìn)行高溫性能驗(yàn)證,試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

    圖2 不同級配瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

    由圖2可知,不同級配的瀝青混合料高溫抗車轍性能差異較大,WRAC-13C的動(dòng)穩(wěn)定度值高于AC-13C,二者相差2630次/mm,說明WRAC-13C的高溫抗車轍能力優(yōu)良,且礦料級配形成的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)能夠良好地抵抗車輪荷載。對于AC-13C級配呈連續(xù)狀態(tài),0.075mm以下的集料偏少,整個(gè)級配難以形成良好的骨架填充效果,導(dǎo)致高溫性能偏低。對鄭少高速而言,2019年上半年統(tǒng)計(jì)日平均交通量已達(dá)近3萬輛/日,單車道已達(dá)近7000輛/日,居全省前列。采用SBS橡膠復(fù)合改性瀝青混合料能夠顯著改善路面的高溫抗車轍性能,增強(qiáng)路面抗疲勞損壞。

    三、低溫抗裂性能分析

    低溫彎曲破壞試驗(yàn)主要用來評價(jià)瀝青混合料在低溫狀態(tài)下的抗變形能力,試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

    圖3 最大彎拉應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果

    由圖3可以看出,級配類型對橡膠瀝青混合料低溫抗變形能力影響顯著,WRAC-13C的最大彎拉應(yīng)變值大于AC-13C,提高了約7.8%,但二者均能滿足規(guī)范要求,說明間斷級配WRAC-13C低溫抗裂性能優(yōu)于傳統(tǒng)密級配AC-13C。兩種級配的最佳油石比分別為4.9%和6.2%,WRAC-13C的瀝青含量多1.3%,瀝青膠漿的組成就高,瀝青混合料的黏聚性高于AC-13C,低溫條件下的抗斷裂能力自然更優(yōu)良。

    四、水穩(wěn)定性能分析

    選擇浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)評價(jià)瀝青混合料的抗水損害能力,試驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示。

    圖4 殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

    圖5 凍融劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果

    由圖4、圖5可知,兩種不同級配瀝青混合料的水穩(wěn)定性能相接近,這與高溫性能、低溫性能變化規(guī)律不同,WRAC-13C的殘留穩(wěn)定度值與AC-13C相差4%,說明兩種級配的瀝青混合料水穩(wěn)定性能相接近,對于抵抗水剝離的能力,WRAC-13C瀝青混合料并沒有發(fā)揮出顯著的優(yōu)勢。級配變化對凍融劈裂強(qiáng)度比的影響與殘留穩(wěn)定度相接近,二者相差5%,說明WRAC-C13的抗凍融性能高于AC-13C,但二者均能滿足規(guī)范要求,這與瀝青混合料的空隙率大有關(guān),實(shí)測AC-13C瀝青混合料的空隙率為4.6%,WRAC-13C為4.4%,吸水飽和后受凍脹作用影響較大,導(dǎo)致穩(wěn)定度值偏低。

    五、結(jié)語

    隨著鄭少高速日交通量的持續(xù)增加,對其路面的承載能力和路用性能提出了更高的要求,尤其部分路段交通量顯著增加,瀝青混合料的高溫抗車轍能力尤為重要,研究選擇高黏、高彈的SBS橡膠復(fù)合改性瀝青作為上面層用材料對改善路面性能,延長使用壽命具有重要的意義。依據(jù)兩種不同級配瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),間斷級配WRAC-13的礦料級配范圍更窄,對集料的質(zhì)量要求較高,有利于礦料級配的控制,但最佳瀝青用量高于傳統(tǒng)級配,需要較多的瀝青膠漿填筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)空隙,以此形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。另外,級配類型對橡膠瀝青混合料路用性能影響顯著,WRAC-13C的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能顯著優(yōu)于AC-13C,而水穩(wěn)定性能與AC-13C相接近,說明對低溫抗裂性能和高溫性能改善效果最顯著,對水穩(wěn)定性能改善效果一般。

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