橡胶沥青的研究与使用-黄卫东.ppt
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1、橡胶沥青的研究与使用,同济大学交通运输工程学院黄卫东,橡胶沥青有超强的抗反射裂缝能力,旧路面裂缝,加罩5年后钻芯,旧路面,橡胶沥青罩面,10 cm一般沥青,5 cm橡胶沥青,橡胶沥青路面使用性能,路面使用寿命:(测试二),加速加载实验仪,材料 10cm厚度,75mm厚普通瀝青,原路面情況,38mm厚橡膠瀝青,橡胶沥青的定义,废弃轮胎橡胶粉与路用基质沥青在高温状态均匀拌合而成的道路工程物料橡胶粉含量约20+/-2%橡胶粉大小为20 40目(0.7 0.3mm)美国材料及测试规范(ASTM)D8-88 标准,橡胶沥青的改性原理,反应过程,溶胀,体积增大脱硫,粘度降低,脱硫原因,橡胶粉是橡胶、油、碳
2、黑通过硫化反应形成的网状体系长时间高温会导致脱硫,油出来,网状消失脱硫后,沥青变软,粘度下降,高温性能变差要避免脱硫长时间存贮,胶粉过细,均会加速硫化,过细的胶粉加速硫化过胶体磨的胶粉加速硫化,化学稳定的橡胶粉沥青,与物理稳定的橡胶沥青思路相反使其脱硫,可以导致沥青稳定可以采用细胶粉,过胶体磨,均有助于脱硫,从而稳定但橡胶粉掺量15%与普通改性沥青用法相似采用较低的沥青用量密级配但要能存贮稳定,目前国内还没有这一产品其它国内技术虽然走一思路,但不能稳定,橡胶沥青生产工艺,反应罐,加热系统,入料斗,预拌系统,控制系统,橡胶沥青概况美国已应用橡胶沥青路面逾40年南非、葡萄牙、西班牙、澳洲、法国、巴
3、西等国家应用多年香港、德国与英国已采用,橡胶沥青的优点,唯一能大量消耗废轮胎的方案降低噪音较高的安全性(能见度与抗滑性能)提高抗疲劳与抗裂缝能力,延长道路寿命较薄的厚度,可降低道路造价较短的施工时间减少道路维护费用,美国亚利桑那州橡胶沥青技术标准,橡胶沥青混合料三个成熟产品结构层,1、开级配抗滑表层 ARFC2、间断密级配 ARGAP3、橡胶沥青应力吸收防水粘结层,橡胶沥青罩面结构设计,老路面/基层,橡胶沥青表层,SAMI,密级配/橡胶沥青中面层,旧水泥路面,普通沥青5cm调平层,SBS改性沥青4cm路面层,9cm,一般“4+5”加罩方案,一般改性沥青罩面方案,旧水泥路面,4cm,橡胶沥青应力
4、吸引层1cm(AR-SAMI),橡胶沥青路面层3cm(ARHM),橡胶沥青加罩方案,等值厚度11cm,美国加州交通部关于厚度减薄的建议,橡胶沥青路面与普通沥青路面比较厚度可减薄超过50%美国联邦公路管理局认可科学与工业研究理事会(CSIR)的研究验证加州大学伯克利分校的研究验证,橡胶沥青开级配,橡胶沥青间断级配,橡胶沥青混合料特点,沥青用量高6%10%,不易发生析漏,高温性能好不加或少加矿粉,不易发生析漏采用间断级配,为了增加矿料间隙,以可以采用较高沥青用量导致橡胶沥青疲劳性能好可以减薄路面,为防止橡胶沥青粘结橡胶轮胎,沥青混凝土不宜使用胶轮压路机。,在拌和楼生产橡胶沥青混凝土时,橡胶沥青由于
5、粘度较大,泵送时间较长,易造成热料仓等料,导致矿料过热,进而使得混合料出料温度偏高,同时还将影响拌和楼混合料产量。解决办法:保证生产橡胶沥青的基质沥青供给温度大于160,供给拌和楼的橡胶沥青大于185,同时尽量缩短橡胶沥青供给管道长度,并与供给橡胶沥青前提前3060min用导热油对管道进行预热,混合料抽提试验,矿料级配应与生产配比经水泥和胶粉修正过的配比进行比较,橡胶沥青含量应以燃烧法检测,不具备条件的可以直接抽提,并与橡胶沥青中基质沥青用量进行比较,尽量减少手工作业、人工摊铺,以减少粗细混合料分离后在边缘附近产生的“油斑”现象,橡胶沥青混合料的施工比较复杂,设备对接设备生产能力(加温能力)泵
6、送级配橡胶沥青质量控制现场空隙率混合料出料温度压实碾压,橡胶沥青混合料易出现的问题,橡胶沥青与集料粘附能力弱,因此要采用高沥青用量,少矿粉,以增加沥青膜的厚度橡胶沥青混合料由于沥青用量高,易出现泛油,因此在进行沥青混合料设计时,采用较大的空隙率,现场压实时也要注意不能太密,密级配的缺点,如果采用密级配,易出现松散沥青用量低,无法发挥橡胶沥青高沥青用量的特点但可以采用少矿粉的混合料,橡胶沥青混合料碾压施工,橡胶沥青50年的应用历史,60 70 80 90 00 05,密级配,间断级配密实型,应力吸收中间层,碎石封层表面处置,开级配抗滑表层,应力吸收防水粘结层,1、热橡胶沥青洒布用量约2.5L/m
7、2;2、单一粒径规格碎石满铺撒铺,集料用道路沥青预裹覆;3、轮胎压路机碾压形成碎石嵌挤结构,橡胶沥青被挤出达到碎石粒径的3/44/5。,应力吸收层(SAMI)施工,应力吸收层,橡胶沥青是一种特殊的改性沥青,18%-22%的胶粉掺量导致橡胶沥青是一种与众不同的改性沥青,这种不同要求我们在评价与应用橡胶沥青时,可能要改变思路。将最近几年关于橡胶沥青的研究成果作简单介绍,提出一些观点,起抛砖引玉的作用。,高温性能的研究,车辙试验方法的修正,成型方法:建议进行短期老化,以模拟现场实际,否则动稳定度偏小压实成型次数:压实次数要与马歇尔试件空隙率相匹配,否则动稳定度也会偏小,橡胶沥青用量与动稳定度的关系,
8、动稳定度(次/mm),沥青用量与动稳定度的关系,沥青用量的变化对其高温性能影响小橡胶沥青的高温性能优异PG-82的SBS改性沥青动稳定度在9%沥青用量时小于400次/mm相应9%沥青用量的橡胶沥青混合料可以用在面层,而SBS改性沥青制备的STRATA沥青混合料只能用在面层以下8厘米处,基质沥青对于动稳定度的影响,基质沥青对于动稳定度的影响对,橡胶沥青混合料的高温性能随基质沥青性质的变化而有所不同基质沥青中的芳香分含量对高温性能有影响影响程度不像SBS改性沥青中那么剧烈,胶粉来源对于动稳定度的影响,胶粉对橡胶沥青质量有最大的影响,动稳定度可能极差粘附性可能极差但从沥青指标上难以判断,动稳定度的回
9、归分析,对不同基质沥青、不同胶粉、不同级配等条件下获得的57组车辙数据进行回归,得出以下结论:,旋转粘度(177)与动稳定度关系,软化点与动稳定度的关系,动稳定度与粘度、软化点的关系,提高粘度要求可以通过软化点来判断动稳定度,添加剂对动稳定度的影响,疲劳性能研究,疲劳性能是橡胶沥青最重要的性能良好的疲劳性能来自橡胶沥青的高性能、高沥青用量、更大的沥青膜厚度,具有自修复功能三分点弯曲疲劳试验的标准方法(即 SHRP M-009和AASHTO TP8标准)可能并不适合评价橡胶沥青的疲劳性能5.0%SBS改性沥青与8.2%橡胶沥青疲劳次数差别不大,与工程实践相矛盾可能与试验方法未考虑橡胶沥青的自修复
10、功能有关建议采用APA疲劳试验或者加速加载设备进行评价,疲劳性能影响因素研究,粘附性研究,对AR-AC-13橡胶沥青混合料,当沥青用量7.0%时,多数情况下TSR80%,沥青膜厚度大于18微米但根据交通部即将发布的行业标准“公路工程 橡胶沥青混凝土 湿拌法”推荐的级配(SAC-13),且马歇尔稳定度8KN时,采用5.5%的油石比,TSR80%,但混合料明显干涩,沥青膜厚度小于9微米这与理论相悖,需要对动融劈裂试验与橡胶沥青的粘附性关系进行进一步的研究,浸水车辙试验可能更有效评价粘附性,粘附性研究,水煮法评价橡胶沥青并不合适均为五级主要是橡胶沥青膜太厚,煮不掉但用手一剥会剥去,级配研究,国内外常
11、用的级配均为ARAC1380年代未产生的断级配,与传统的连续密级配相比,是很大的进步,但与后来的SMA级配理论相比,还有进步的余地4.75mm以上采用SMA的理论可能更加合理,其骨架结构同样可以容纳更高的沥青用量,构造深度更大,表面更漂亮,高温性能更好的级配铺筑的路面,级配研究,可以扩展到AR-AC-16,AR-AC-10橡胶沥青混合料的应力吸收层方案,吸收STRATA的思路,采用AR-AC-10或AR-AC-5级配,采用高沥青用量(8.5-10.5%),用于基层与下面层之间不需要额外设备,施工质量容易控制,配合比设计研究,沥青用量从5%-10%,变化范围太大采用传统的设计方法不易操作采用先确
12、定沥青用量,再通过级配来匹配的方法更加合理,思路:根据经验或可接受成本,确定橡胶沥青用量根据经验或需要的骨架结构,确定4.75mm与9.5mm的通过率对2.36mm采用三个不同的通过率,相应确定三个比选级配成型试件,选择与目标空隙率最接近的级配作为最佳级配,配合比设计示例,空隙率研究,橡胶沥青混合料易于压实,在采用20目或30目胶粉时,良好的施工组织,可以达到100%的压实度,而普通沥青混合料同样条件下可能只能达到98%的压实度,空隙率研究-胶粉细度对空隙率的影响,胶粉越粗,橡胶沥青马歇尔击实下空隙率越大在实验室同样条件下,20目橡胶沥青胶粉马歇尔试件空隙率比40目胶粉空隙率大很多在实验室,2
13、0目胶粉试件难以击实,主要在于胶粉颗粒溶胀后达到1mm左右,对混合料空隙率起到干涉作用,空隙率研究-设计空隙率的讨论,5.5%而不是4.0%的设计空隙率是科学的,因为橡胶沥青有更好的压实度如果采用20目胶粉,建议将设计空隙率增大到至少7.0%以上,否则易出现泛油现场空隙率的控制不能依赖马歇尔结果,需要经验在现场调整,橡胶粉细度的研究,国外主流:20-40目从实验室试验结果看,越细的胶粉,实验室结果越好:更易达到的空隙率更高的动稳定度更好的动融劈裂结果但过细的胶粉在工程上存在易于脱硫的问题,不能长时间存放,长时间高温存放后就不是橡胶沥青了,而存放是不可避免的问题应当坚持20-40目,不能过分依赖
14、实验室结果,马歇尔稳定度研究,美国亚利桑那州规范未作要求江苏省规范4.5KN,或报告交通部行业标准:“公路工程废胎胶粉橡胶沥青”要求8KN当橡胶沥青用量在7.0%以上时,一般稳定度肯定小于8KN。作为高沥青用量的混凝土,与SMA类似,不宜提出过高的马歇尔稳定度要求如果8KN,会限制橡胶沥青混凝土的沥青用量个人观点:沥青用量在6%7%,少加矿粉。,亚利桑那州橡胶沥青体系特点,没有一种改性沥青用如此高的改性剂掺量没有一种面层用沥青混合料用如此高的沥青用量没有一种改性沥青敢如此高沥青用量下而不加矿粉没有一种改性沥青用如此大的高温粘度没有一种沥青混合料采用5.5%的设计空隙率没有一种沥青混合料用如此大
15、的VMA级配上有创新用粗胶粉设计指标简单,没有稳定度、流值、车辙指标及水损害指标,橡胶沥青混合料的优点,目前的橡胶沥青研究主要还是一种工程实践的总结,根据工程经验,橡胶沥青有以下特点:疲劳性能(抵抗反射裂缝性能)优异高温性能优异有出现松散的可能性,亚利桑那州橡胶沥青规范的特点-疲劳,充分发挥抗疲劳性能高沥青用量,没有一种沥青混合料能用到如此高的沥青用量最大限度的增加沥青膜厚度:高沥青用量,不加矿粉橡胶沥青自身良好的性能,亚利桑那州橡胶沥青规范的特点-高温,高温性能良好的平衡在高沥青用量下仍能保持良好的高温性能,来自于18%-22%的胶粉掺量,形成橡胶粉的连续相结构,没有一种改性沥青能够有如此高
16、的掺量,亚利桑那州橡胶沥青规范的特点-粘附性,过高的橡胶粉用量会降低沥青的粘附性但通过提高橡胶沥青用量及不加矿粉,最大限度的增加了沥青膜的厚度,弥补了橡胶沥青粘附性缺陷通过添加水泥,进一步弥补了橡胶沥青粘附性缺陷,亚利桑那州橡胶沥青规范的特点-不加矿粉,增加了沥青膜厚度,提高疲劳性能,弥补粘附性缺陷高沥青用量下可以不加矿粉,源于18%-22%的胶粉掺量,足够保证高温性能,可以防止沥青析漏高沥青用量也足够用于填充空隙,亚利桑那州橡胶沥青规范的成功,一个环环相扣的体系完整、合理的体系来自于工程经验不依赖于实验室结果,实验室结果可能会对橡胶沥青评价产生误导,根据实验室现行的实验室结果,会产生如下 导
17、向:减少橡胶沥青用量:有更好的动稳定度,可接受的动融劈裂结果添加较多的矿粉:有更好的动稳定度,更好的动融劈裂结果,更易达到的设计空隙率采用更细的胶粉:有更好的动稳定度,更好的动融劈裂结果,更易达到的设计空隙率,橡胶沥青相关的四十个问题,1、橡胶粉的定义,从橡胶粉的要求可以看出,亚利桑那州的橡胶粉主要在16目到30目之间,这与国内很多地方应用的40目以上的橡胶粉有很大不同,2、橡胶沥青的定义,从橡胶沥青的定义可以看出,最关键的是粘度要求:的范围限定了橡胶沥青中橡胶粉的含量不可能低于15%,否则粘度范围是无法达到的。从所用基质沥青胶结料分级可以看出,基质沥青可以用70、90、110号均可以,根据不
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