橡胶沥青高温稳定性评价标准的试验研究

橡胶沥青高温性能评价标准的试验研究黄卫东1，王伟2，黄岩3（1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海；201804.2.上海浦东路桥沥青材料有限公司，上海，200122；3.上海市政工程设计研究总院，上海200092)摘要：橡胶沥青混合料具有良好的高温稳定性，但是由于橡胶粉与基质沥青的改性机理与其他改性沥青存在较大差异，因此对于橡胶沥青高温稳定性的评价指标与标准国内尚缺乏系统的研究。通过大量的室内车辙试验，本文对胶结料的旋转粘度、软化点、针入度与橡胶沥青混合料动稳定度之间的相关性进行了试验研究。结果表明，胶结料177℃旋转粘度与软化点可作为橡胶沥青混合料高温稳定性的控制指标，但是，如果采用美国橡胶沥青的评价标准进行控制，混合料动稳定度并不能满足国内关于改性沥青的规范要求。因此，在室内试验的基础上，结合国内实际工程的经验，提出了橡胶沥青高温稳定性控制的建议标准。试验结果还显示，橡胶沥青混合料高温稳定性受到不同性质胶粉的影响很大，但是基质沥青性质差异对其的影响较其他改性沥青则相对较小。关键词：橡胶沥青，橡胶沥青混合料，高温性能，评价指标，标准LaboratoryStudyonEvaluationCriteriaofARhightemperaturePerformanceHUANGWei-dong1,WangWei2,HUANGYan3,DUQun-le4(1.KeyLaboratoryofRoadandTrafficEngineeringoftheMinistryofEducation,TongjiUniversity,Shanghai201804,China;2.ShanghaiPudongRoad＆bridgeAsphalt-basedMaterialCompany，Shanghai200122,China;3.ShanghaiMunicipalEngineeringDesignInstitute,Shanghai200092,China;4HighwayAdministrationBureauofCommunicationDepartmentofHebeiProvince;Shijiazhuang050051,China;)Abstract：Asphaltrubber(AR)mixtureshavegoodhigh-temperatureperformance.ThemodifiedmechanismofARbinderisdifferentfromconventionalpolymer-modifiedasphalt(PMA).Systematicresearchontheevaluatingindexandspecificationforthehigh-temperatureperformanceofARisstilllacked.Bysystematiclaboratoryruttingtests,therelationshipsbetween177℃apparentviscosity,softeningpoint,penetrationandHMAdynamicstabilityofARarestudied.Theresultsindicatethatthe177℃apparentviscosityandsofteningpointofARbindercanbeusedasevaluationindexforthehigh-temperatureperformance.Theresultsalsoindicatethattherequirementfor177℃apparentviscosityandsofteningpointareuncriticalandcorrespondingARmixtureruttingresultmaynotmeettheChinesespecificationforPMA.Somorecriticalrequirementfor177℃apparentviscosityandsofteningpointareadvised.Theresultsalsoindicatethatthehigh-temperatureperformanceoftheARconsiderablyvarieswithdifferenttypesofthecrumbrubbermodifier(CRM).Itisalsofoundthatthehigh-temperatureperformanceoftheARislessaffectedbythetypesofthebaseasphaltrelatively.ARisdifferentfromconventionalPMAandtheperformanceofconventionalPMAconsiderablyvarieswithdifferenttypesofbaseasphalt.KeyWords：AsphaltRubber,AsphaltRubberMixture,High-temperaturePerformance,EvaluationIndex,Criteria采用湿拌工艺（WetProcess)制成的改性沥青称之为橡胶沥青（AsphaltRubber)。道路工程中最早应用于应力吸收层，美国亚利桑那州通过大量研究与工程实践，成功应用在间断级配的沥青混合料中，作为高级路面的铺装层，并已经形成了一套完整的技术体系[1]。对于橡胶沥青路用性能的评价指标体系，美国采用了177℃旋转粘度、软化点、针入度作为主要的质量控制指标[2]，其主要原因在于：①用于改性的基质沥青质量控制中已经包含了诸如含蜡量、闪点等常规控制指标，不必在橡胶沥青中列出；②对于橡胶沥青这类大颗粒、高粘收稿日期：作者简介:黄卫东（1970-），男，四川安岳人，同济大学副研究员，工学博士，Email:[e-mail]度的胶结料，延度、60℃粘度等指标无法准确地测试；③研究表明，旋转粘度和软化点与橡胶粉掺量密切相关，针入度对于评价高温稳定性具有一定的参考价值，这三项指标基本可以控制橡胶沥青的质量。但是，我国由于基质沥青、橡胶粉来源与国外有较大差异，直接采用国外的技术标准用于橡胶沥青的高温稳定性质量控制尚需进一步实证研究。笔者针对国内道路工程中常用的基质沥青与橡胶粉，通过大量的室内试验对橡胶沥青高温稳定性的评价标准进行了分析。1试验方法1.1基质沥青与橡胶粉采用了加德士70#，埃索70#，中海70#，河北宏润70#，东海金山70#，盘锦90#、加德士90#共七种基质沥青，其常规指标测试结果如表1所示。表1基质沥青常规指标测试结果Tab.1ResultsofConventionalIndexTestsforBaseAsphalts指标沥青种类25℃针入度/0.1mm软化点/℃15℃延度注/cm实测值规范要求实测值规范要求实测值规范要求加德士70#6860-8049≥46＞100≥100埃索70#6560-8047≥46＞100≥100中海70#6760-8048≥46＞100≥100河北宏润70#6960-8049≥46＞100≥100东海金山70#7160-8049.5≥46＞100≥100加德士90#9280-10043≥45＞100≥100盘锦90#9080-10044.2≥45＞100≥100注：15℃延度的要求是不小于100cm，所以当试验进行拉到超过100cm时停止了试验。橡胶粉选用汽车车胎胶粉，产地分别为上海、河北、四川、南京，其中上海、河北胶粉为大货车子午胎胶粉，四川、南京为非大货车胶粉，胶粉细度以20目为主，南京胶粉还包括60和80目2种细度。橡胶粉改性沥青的加工是在185±5℃下，用强力搅拌器以250转/min将沥青与橡胶粉混合搅拌90分钟，橡胶粉的掺量为橡胶沥青质量的19%。1.2集料与级配集料包括江苏茅迪玄武岩和江苏溧阳石灰岩2种，筛分成13.2~9.5、9.5~4.75、4.75~2.36、2.36~0.075四档，其基本性能的测试结果见表2~表3。表2集料基本性能的测试结果Tab.2BasicPropertiesofAggregates测试指标玄武岩石灰岩石料压碎值/%15.620.7洛杉矶磨耗值/%16.522.9针片状含量/%（粒径在4.75~13.2mm之间)8.85.9砂当量（粒径＜2.36mm)/％87.078.0棱角性/%粒径在2.36~4.75mm55.845.5粒径＜2.36mm45.641.2表3各档粒径集料的相对密度Tab.3RelativeDensitiesofAggregates粒径/mm表观密度/g·cm-3表干密度/g·cm-3毛体积密度/g·cm-3吸水率/%玄武岩9.5~13.22.8912.8572.8400.624.75~9.52.8992.8482.8210.942.35~4.752.8962.8422.8111.050.075~2.362.800-石灰岩9.5~13.22.7252.7102.7020.334.75~9.52.7392.7162.7030.472.35~4.752.7252.6852.6620.920.075~2.362.697-目前橡胶沥青混合料所使用级配大多以美国亚利桑那州的间断级配为基础，所以笔者参考亚利桑那州的间断级配范围选择了以下级配（见表4），其中，4.75mm以上的粗集料选择了玄武岩，4.75mm以下选择了石灰岩。表4试验中采用的级配Tab.4GradationofAggregatesUsed项目通过下列筛孔的质量百分率率/％筛孔尺寸/mm13.29.54.752.360.075亚利桑那州级配范围100~8080~6042~2822~143~0试验中选用的混合料用级配注1006530200注：为了提高混合料的抗冻融劈裂性能，参考国内外的工程经验，在混合料中还外掺了1.5％的普通硅酸盐水泥水泥。橡胶沥青混合料最佳油石比采用了马歇尔法确定。拌和温度为170~175℃，试件击实次数为双面75次，击实温度为155~160℃。用计算法求得混合料的最大理论密度，试件的毛体积密度采用水中重法测定。根据亚利桑那州级配规范要求，以5.5%为目标空隙率，最终确定橡胶沥青混合料最佳油石比为8%。1.3车辙试验根据车辙试验的要求，需在试验室中成型300×300×50mm的板试件。考虑到道路摊铺时混合料存在短期老化的实际情况，因此在试件成型时，先将新拌橡胶沥青混合料均匀摊铺在搪瓷盘中放入165℃±5℃的烘箱中作短期老化2h±5min，再成型车辙板试件。在车辙试件成型过程中，选择了不同压实次数（24、40、60），并测试了试件的空隙率，结果如表5所示。可以看出40次条件下试件的空隙率最接近马歇尔试件的目标空隙率（5.5%），因此最终试件成型时的压实次数确定为40次。表5不同压实次数车辙试件的空隙率Tab.5AirVoidsforDifferentCompactingTimes压实次数水中重/g·cm-3表干重/g·cm-3干重/g·cm-3毛体积密度/g·cm-3最大理论密度/g·cm-3空隙率/％241106.81928.91919.12.3342.5107.01115.21940.11933.22.3442.5106.61111.21934.01924.52.3392.5106.8401133.11958.01951.62.3662.5105.71107.51908.11898.92.3722.5105.51123.11937.61928.92.3682.5105.7601111.31908.31901.92.3862.5104.91126.51930.21923.82.3942.5104.61112.31906.11902.42.3962.5104.52胶结料对于混合料高温性能的影响为了研究橡胶沥青高温稳定性评价标准，笔者进行了57组车辙试验，试验结果见表6所示。表6橡胶沥青混合