泡沫温拌橡胶沥青混合料性能研究

2020-07-09丘晓坚

北方交通 2020年6期

丘晓坚

(机械工业第六设计研究院有限公司福建分公司厦门市 361009)

泡沫温拌技术有助于降低能源消耗，减少有害气体排放，乔卫华等[1]研究发现沥青的标号及用水量对沥青发泡影响较大，发泡时沥青的温度并不是越高越好，发泡水温在40℃时发泡效果较好。于新等[2]通过研究发现，普通沥青和改性沥青的发泡用水量为1%～2%和3%时，泡沫沥青的流变性能较好。肖飞鹏等[3]对不同级配的泡沫温拌沥青混合料的性能进行研究，指出泡沫温拌技术降温效果可达到20～30℃，混合料的高低温等性能与热拌相差不大。专家学者对泡沫温拌沥青的研究大多集中在基质沥青及其流变性能，而对于拌和温度、用水量对橡胶沥青混合料路用性能的影响研究很少。鉴于此，笔者针对不同成型温度、不同发泡用水量条件下的橡胶沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性进行试验研究，以分析泡沫温拌橡胶沥青混合料的降温效果和路用性能，提出合适的生产参数取值。

1 试验材料与研究方法

1.1 试验原材料

研究所用的橡胶沥青采用60目橡胶粉与70号道路石油沥青(掺配比例18%)加工而成，所用集料为玄武岩，橡胶沥青密度为1.022g/cm3，针入度为33.8(0.1mm)，软化点为68.8℃，177℃粘度为2.47Pa·s，25℃弹性恢复为86%。研究所采用的混合料类型为断级配AR-AC13，如图1所示。

1.2 成型温度确定

旋转压实仪可以记录压实过程中的旋转次数、样品高度和剪切力等数据，其中记录的剪应力是通过测试试样桶盖子上的反作用力力矩计算得到的，反映了混合料在压实过程中集料的嵌挤状态[4-5]。因此，为了确定泡沫温拌橡胶沥青混合料适宜的压实温度，可以从压实过程来分析。采用与常规热拌对比方式，泡沫温拌在压实过程中集料的嵌挤状态(在适宜压实温度下)应与常规热拌接近，即能达到常规热拌的压实效果。

本次研究采用旋转压实成型方法，采用旋转压实设计次数Ndes=100次，对AR-AC13型混合料进行试件成型，常规热拌以及泡沫温拌橡胶沥青混合料在压实过程中剪应力-旋转压实次数曲线见图2～图5。

由图2～图5可以看出，在压实过程的前期，泡沫温拌橡胶沥青胶结料粘聚力对剪应力贡献相对较大，而粘聚力主要受温度影响，因此在前期松散状态时剪应力基本随温度的增大而减小。在压实过程后期，剪应力随着温度升高而增大，温度越高混合料在相同压实次数下，嵌挤越紧密。根据泡沫温拌在适宜压实温度下进行压实后集料的嵌挤状态与常规热拌接近，通过比较两者剪应力-旋转压实次数曲线确定的泡沫温拌橡胶沥青混合料适宜的压实温度见表1。

表1 混合料压实温度

采用马歇尔击实成型方法在上文确定的压实温度下分别成型不同的马歇尔试件，测定的体积指标如图6所示。

从马歇尔试件的体积指标可以看出，采用0%、1%、2%、3%的发泡用水量，在上文确定的击实温度下，泡沫温拌橡胶沥青混合料的体积指标能够满足规范要求，说明混合料的性能优良。当发泡用水量为4%时，泡沫温拌橡胶沥青混合料的稳定度已不能满足规范要求。

2 混合料性能试验

为了检验断级配橡胶沥青混合料的高温性能、低温性能和抗水损害性能，分别在不同用水量下发泡橡胶沥青，而后在不同的温度下成型泡沫温拌橡胶沥青混合料试件，分别进行高温车辙试验、低温小梁弯曲试验和浸水马歇尔试验[6-8]，试验结果见图7～图9。

由图7可以看出，在各自适宜的成型温度条件下，随着发泡用水量由0增加到4%，泡沫温拌橡胶沥青混合料的动稳定度由5135次/mm逐渐下降到2937次/mm，降幅达42.8%，表明其抵抗高温条件下产生车辙的能力逐渐变差，相比于热拌橡胶沥青混合料较差。当发泡用水量为4%时，泡沫温拌橡胶沥青混合料的动稳定度已不能满足现行规范要求。

由图8可以看出，随着用水量的增加，泡沫温拌橡胶沥青混合料的抗弯拉强度出现了明显的波峰和波谷，在含水量大于3%后，抗弯拉强度出现了明显下降。泡沫温拌橡胶沥青混合料的破坏应变值随着发泡用水量的增加呈现出先增大后减小的趋势，用水量由0增加到4%的过程中，最小破坏应变值为2713.6με，大于热拌橡胶沥青混合料的破坏应变限值，表明混合料的低温抗裂性能得到改善。

由图9可以看出，泡沫温拌橡胶沥青混合料的马歇尔残留稳定度随着发泡用水量的增加而逐渐降低，在用水量从0增加到4%的过程中，混合料的残留稳定度从90.3%下降到77.1%，降幅达13.2%，表明混合料的水稳定性能逐渐变差，相比于热拌橡胶沥青混合料，泡沫温拌橡胶沥青混合料的低温性能较差。在4%用水量的情况下，泡沫温拌橡胶沥青混合料的水稳定性为77.1%，不能满足规范85%的要求。

从保证混合料长期性能的角度综合考虑，泡沫温拌橡胶沥青的发泡用水量宜小于4%。