不同级配的纤维胶粉沥青混合料性能试验比较

发布日期:2015-05-08 12:03:12
纤维胶粉
橡胶(粉)沥青混合料能提高路面路用性能、改 善行驶质量、减少噪音、延长路面寿命[1]。近几年 来我国对橡胶沥青纤维胶粉进行了较深入的研究[2_4],但橡 胶粉沥青混凝土(干拌)则主要针对大胶粉颗粒,用 以消耗废轮胎。随着废胶粉常温生产工艺的发展, 目前我国的废胶粉已可以直接用来与沥青混合料拌 和,达到一定的改性目的。因为从胶粉沥青混合料 拌和以后,运输到现场,再摊铺、碾压,一般有1 ~ 2 h,且温度保持在WO ^以上,此时胶粉和沥青之 间仍然存在相互作用或反应,故废胶粉不仅有填充 作用,还会增加沥青胶浆的粘度,改善沥青胶浆和沥 青混合料的性能。但胶粉改性沥青混合料与一般的 沥青混合料存在一个明显的不同,胶粉在沥青混合 料中会产生溶胀,如果没有足够的空隙来容纳,将对 矿料级配产生干涉作用,影响混合料的性能,因此需 采用合理的矿质集料级配类型以满足胶粉溶胀后体 积变大产生的影响。同时,本文考虑采用纤维胶粉 复合改性沥青混合料,利用纤维来对胶粉的溶胀起到一定的约束作用并阻止或延缓沥青胶浆在混合料 中的迁移[51。因为沥青胶浆的迁移需要克服纤维 -沥青胶浆的结合力。纤维在沥青的作用下,将胶 粉细颗粒粘结成一定的网络,对较大颗粒产生约束 与阻滞作用,减小颗粒间的相对滑移,使矿料结构稳 定性增强。当混合料在外力作用下产生形变时,均 匀分散的纤维相互搭接形成桥接作用,并对胶粉产 生磨阻、拉扯作用,可有效阻止其迁移和混合料产生 大的形变。另外,由于沥青在高温时变软,低温时变 脆,木质素纤维、废橡胶粉对其都具有增弹作用,而 纤维对沥青的增弹作用在高温时更加明显,低温时 不明显,相反,橡胶对沥青的增弹作用则是在低温时 更加明显,故其具有增弹互补性。
 
国内关于纤维和废胶粉在沥青混合料中改性、 增强研究较多,也取得了一定的成果[6_7]。但对于 纤维和废胶粉在沥青混合料中的复合运用,除王笑 风[~进行了德兰尼特纤维和废胶粉在多碎石沥青 混合料(SAC13)中的综合运用研究外,尚未见相关 报道。本文拟对纤维胶粉复合改性沥青混合料在几 种不同级配中的使用效果进行比较,选择合适的矿 质集料级配类型。
 
2纤维胶粉复合改性沥青混合料几种级配 类型比较2.1 几种典型级配类型对于胶粉改性沥青混合料来讲,其矿质混合料 级配越来越趋向于间断级配。目前国内已见运用的级配类型有Superpave型沥青混合料、SMA浙青混 合料和ARAC沥青混合料。SMA是一种以沥青结 合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多的填料 (矿粉)组成的沥青玛蹄脂,填充于间断级配的粗集 料骨架间隙中所形成的沥青混合料。由于SMA的 矿粉用量多,则集料比表面积大,需要较多的沥青来 裹覆。在SMA混合料中高含量的粗集料还形成了 骨架结构,可以提供充分的空间给胶粉充填并减少 压实回弹率。AC是密级配沥青混凝土混合料,由于 细集料的比例较大,形成的是悬浮结构,混合料的强 度主要来自于胶结料与集料的粘附力,其在高温下 仅仅靠沥青的粘附力和粘聚力是难以抵抗较大的荷 载作用力的。所以,AC混合料随着温度的升高,车 辙的能力会大幅下降。密级配混合料由于集料骨架 中只保留有限的空间,对胶粉颗粒的容纳能力有限, 对结合料用量与级配的变化较为敏感。
 
本文选用两种级配沥青混合料(SMA13和参考 Superpave、ARAC13和SMA13自拟的间断级配)进 行配合比设计并与AC级配的沥青混合料进行对比 分析。纤维胶粉复合改性沥青混合料试件成型方法 采用马歇尔击实法,基质沥青选用泰州中海70#道 路石油沥青,胶粉选用姜堰虹磊60目胶粉,掺量为 基质沥青质量的18%,木质素纤维采用盐城欧路华 木质素纤维,掺量为混合料质量的0. 3%。
 
根据《规范》W,分别采用AC13、SMA13和自拟 矿料级配纤维胶粉复合改性沥青混合料(CF - CRM),其级配范围见表1。
 
Table 1级配类型AC-I3 SMA -13 自拟级配级配范围表1几种典型级配类型混合料矿料级配范围Mineral aggregate gradation range of several typical graded type mixture通过下列筛孔(方孔筛,mm)的质量百分率/%上限/下限 上限/下限 上限/下限16.013.29.54.752.361.180,60.30.15100100/9085/6868/3850/2438/1528/1020/715/5100100/9075/5034/2026/1524/1420/1216/1015/9100100/8880/6040/2530/1625/1220/815/612/50.0758/412/88/4疋验矿料选用镇江茅迪玄武岩粗、细集料,填料合料3种矿料级配范围,以其中值作为级配拟合标选用镇江髙资石灰石矿粉。分别对各种矿料进行密准(见表2)。
 
度试验和筛分,然后根据纤维胶粉复合改性沥青混表2 3种初试级配矿料组成Table 2 Gradation of three kinds mineral aggregate composed for first test级配类型通过下列筛孔(方孔筛,mm)的质量百分率/%16.013.29.54.752.361. 180.60.30. 150.075AC^13(27 :22 : 13 :33 :5)10096.779. J51.334.725.317.711.68.46.2SMA- 13(48 :27 :3 M2 : 10)10094. 163,226.821.418. 115.313. 111.89.4自拟 CF-CRM(40 :30 :5 :20 :5)10095. 169. 131.823.618.013.49.77.75.92.2几种典型级配类型的马歇尔试验和温度170 t,击实温度160 X?170 t:。
 
马歇尔试件双面击实75次成型试件,混合料拌由不同沥青用量时的稳定度、流值比较图(见—AC13SMA13 —^ 自拟CF-CRMo o o c 3 2 1-?0/埏*图 1、图 2,AC13 采用 4.4%、4. 7%、5.0%、5.3% 的 沥青用量,其他两种采用5. 4%、5. 7%、6. 0%、6. 3 %的沥青用量)可以看出,各种矿料级配的混合料 稳定度、流值基本符合改性沥青规范的要求,但 SMA流值较大,它们随沥青用量变化的规律性并不 强,故难以直接用来评价其路用性能,仅为纤维胶粉 复合改性沥青混合料配合比设计的提供参考。
 
沥青用量图2不同沥靑用置时的流值Figure 2 Flow values in the different asphalt content2.3 几种典型级配类型的马歇尔试件的击实回弹 率废胶粉本身是一种良好的弹性材料,沥青胶浆 的弹性恢复能力的提高可以减小荷载作用的残余变 形,减少路面的损坏。但为了保证沥青混合料具有 整体性,混合料的级配需要给胶办足够的空间,否则 沥青混合料难以碾压密实。为了考察纤维胶粉复合 改性沥青混合料施工中的压实回弹对压实效果的影 响,采用马歇尔试件的击实回弹率来进行评价。
 
试验表明,胶粉本身性质和胶粉在混合料中溶 胀后体积明显变大的影响,需要间断级配混合料提 供足够空间来将之容纳;再加人纤维后,纤维胶粉沥 青结合料的粘度较大,在矿料表面形成较厚的油膜, 较厚的油膜同样需要足够的容纳空间。由图3可 知:AC13作为一种连续级配,空隙率较小,对于橡 胶粉的膨胀在试件体积上的反应比较明显,因此其 膨胀回弹率高于间断级配的SMA13和自拟级配沥 青混合料。相对于ACI3来说,SMA13和自拟级配 具有较低的膨胀回弹率,表明对于纤维胶粉沥青混 凝土,间断级配具有更好的使用效果。而AC13级 配掺量较小时虽然也可用,但最好进行适当调整,利 用替代的方法减少细集料以及矿粉用量,这样能使 集料比较面积减小,提高沥青对集料的裹覆效果以 及集料之间的粘附性。
 
3纤维胶粉复合改性沥青混合料路用性能 试验通过马歇尔试验确定纤维胶粉沥青混合料矿料 级配及沥青用量以后,进行混合料路用性能验证试 验,如不能满足设计要求,则应调整混合料级配或沥 青用量,使其性能满足设计要求,从而最终确定混合 料的配合比。试验步骤为室内拌和、成型所选改性 沥青混合料,通过车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸 水马歇尔和冻融劈裂试验等评价其高温稳定性、低 温抗裂性、水稳定性等。
 
3.1 高温稳定性高温性能是沥青混合料最基本的路用性能,目 前,国内外评价沥青混合料高温稳定性的试验方法 较多,本研究采用车辙试验。车辙试验的结果与实 际路面的车辙有良好的相关性,可以较好地评价沥 青混合料的高温抗车辙能力试验结果见表3。
 
车辙试验的动稳定度指标可以反映沥青混合料 的高温稳定性,由表3可以看出:两种级配的纤维 胶粉改性浙青混合料动稳定度都在I 500以上, SM A13的动稳定度值比自拟级配高得多;沥青混合 料的高温稳定性主要取决f混合料的骨架结构以及 胶结料的用量、类型等,虽然自拟级配的沥青用量与 SMA13 —样,但由配合比设计结果可知,SMA13混表3纤维胶粉改性沥青混合料车辙试验结果混合料类型 SMA13自拟 CF-CRM13沥青用量/%p?6.05 7686.01 863车辙试验动稳定度DS/(次? mm」)
 
23平均5 8335 7965 7992 0341 8921 930技术标准^1 500Table 3 Test results of fiber crumb rubber modified asphalt mixture rutting合料粗骨料之间的嵌挤效果更好、强度更高,所以评价沥青混合料低温抗裂性能采用低温小梁弯SMA13的高温稳定性要好于自拟级配。曲试验。试验结果见表4。
 
3.2 低温抗裂性表4纤维胶粉改性沥青混合料低温小梁弯曲试验结果Table 4 Test results of fiber crumb rubber modified asphalt mixture low-temperature bending混合料类型最大荷载/N跨中挠度/mm抗弯拉强度/MPa破坏应变/pe劲度模量/MPaSMA131 0230.948.354 9351 692白拟 CF-CRM139680.987.905 1451 536破坏应变能够反映混合料的低温抗变形能力, 劲度模量也反映了混合料低温时的硬度,破坏应变 越大,劲度模量越小,混合料的低温抗裂性越好。由 表4试验结果可以看出,两种沥青混合料的破坏应 变值都远远大于规范要求的破坏应变值,这主要是 由于两者的沥青用量较高,改善了混合料的低温变 形能力;同时,在低温和常温条件下,CRM混合料 都具有优越的抗断裂性能;另外,纤维在混合料中的 乱向网状结构也使得混合料的破裂能大大提高,从 而延缓裂缝的产生。
 
3.3 水稳定性纤维胶粉改性沥青混合料的水稳定性采用浸水 马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价,试验按《规 程》[in中T0709 -2000和T0729 -2000试验方法进 行。试验结果见表5和表6。
 
表S纤维胶粉改性沥育混合料浸水马歇尔试验结果Table 5 Test results of fiber crumb rubber modified asphalt mixture immersion Marshall混合料类型试件空隙率/%马歇尔稳定度/kN浸水马歇尔稳定度/kN浸水残留稳定度MSC/% 技术标准SMA13' 4.08?227^3889?8^85~自拟 CF-CRM135. 17.797.0490.3>80表6纤维胶粉改性沥靑混合料冻融劈裂试验结果Table 6 Test results of fiber rubber modified asphalt mixture to free2e-thaw splitting混合料类型试件空隙率/%非条件劈裂强度/MPa条件劈裂强度/MPa冻融劈裂强度比TSR/%技术标准SMA133.90.860.7789.6^80白拟 CF-CRMU5.00.9050.78285.9>80残留稳定度指标MSe和冻融劈裂强度指标TSR 能反映沥青混合料的水稳定性,MS。和TSR的值越 高,表明混合料的抗水损害能力越强。从表5和表 6试验结果可以看出,两种级配类型的纤维胶粉改 性浙青混合料具有较为接近的水稳定性,均满足规 范要求。
 
4小结①AC、SMA和自拟级配的改性沥青混合料马 歇尔试验结果都满足规范的要求。AC级配的改性 沥青混合料稳定度比SMA和自拟级配的大,SMA 和自拟级配的改性沥青混合料流值更高。
 
②矿质集料的级配对纤维胶粉沥青混合料的 马歇尔试验指标和路用性能指标有较大的影响。从 几种典型级配类型的马歇尔试件的击实回弹率看, SMA级配的纤维胶粉复合改性沥青混合料具有更 低的击实回弹率,这有利于路面的施工压实。
 
③车辙试验结果表明,SMA13改性沥青混合 料,动稳定度高达5 799;低温小梁弯曲试验表明, SMA13和自拟级配的改性沥青混合料试件弯曲破 坏应变高于规范值在50%以上,其低温抗裂性能非 常显着;SMA13和自拟级配的改性沥青混合料试件 的水稳定性都很好。
 
④当胶粉采用较高目数时(60 ~ 80目), SMA13和自拟级配的纤维胶粉改性沥青混合料可 以运用于不同等级和要求的道路沥青面层。从性能 和经济的角度综合比较,纤维胶粉沥青混合料采用。
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