03橡胶沥青发展及其工程应用

橡胶改性沥青发展及其工程应用2我国橡胶改性沥青的应用区域据不完全统计，大约2/3的省份（自治区、直辖市）尝试使用或正在使用橡胶改性沥青。使用橡胶改性沥青的省份（自治区、直辖市）3什么是橡胶改性沥青英文：AsphaltRubber，直译：沥青橡胶。是橡胶粉（CRM）与沥青拌和而成的一种产物。美国ASTM定义：由沥青、回收轮胎橡胶及一定的添加剂组成的混合物，其中胶粉的含量不少于总重的15％，且要求橡胶颗粒在热沥青中充分反应并膨胀。4国内废胶粉应用路面中的技术途径大颗粒胶粉替代细集料、冰冻地区抗滑粗胶粉粗胶粉：10~30目现场加工、高掺量SAMI、断级配AR-AC、AR-OGFC细胶粉细胶粉:40~80目工厂化加工、高掺量断级配（油石比低）、开级配细胶粉替代SBS改性剂工厂化加工、储存稳定(TerminalBlending)5一、橡胶改性沥青混合料AR-AC橡胶改性沥青混合料目的：作为改性沥青用作抗冰型路面橡胶粉颗粒6抗冰型路面破冰机理：将废旧橡胶轮胎经过一定工艺进行破碎，得到的橡胶颗粒替代部分矿质骨料，经过适当的拌和成型工艺，生产出橡胶颗粒改性沥青混合料橡胶颗粒的弹性性能赋予橡胶颗粒沥青混合料较强变形特性。在车辆荷载作用下，路面冰层会出现不均匀受力，从而达到自应力破冰目的。7抗冰型路面20世纪80年代末，美国的Heitzman首次赋予沥青路面的弹性性能；VanKirk和JackL等人采用橡胶颗粒替代一部分细集料；美国工程兵寒冷地区工程试验室研究发现，掺入粒径为4.75～9.5mm的橡胶颗粒的沥青混合料因有弹性具有一定的除冰雪性能：橡胶颗粒掺量越多，路面破冰效果越明显，但沥青混合料的成型方法和耐久性需要施工单位试验确定。美国加利福尼亚州、明尼苏达州等州陆续修建了橡胶颗粒自应力弹性路面。20世纪70年代末期，日本开始对自应力弹性路面进行了研究。日本道路建设公司利用橡胶颗粒防止车辆打滑和路面冻结。该技术是在刚完工的沥青路面上撒布直径为2cm的五角形橡胶颗粒，然后碾压成型。在行车荷载的作用下，利用冰层与弹性路面变形的差异性和应力集中的力学特性，起到破冰效果。8抗冰型路面应用：由于橡胶颗粒的掺入，沥青混合料的材料组成结构发生变化，因此橡胶颗粒沥青混合料材料的选择、配合比设计和路用性能评价方法与普通沥青混合料存在一些不同之处，需在应用中加以注意。配合比通常为间断级配。9低噪音橡胶改性沥青混凝土路面降噪原理：一方面路面表面的构造深度和空隙吸收噪声，另一方面通过路表面的纹理（单位面积内表面的构造数量）反射噪声，消耗噪声的能量；通过增加路面的弹性，减少车辆对路面的激振效果，从而消耗部分噪声能量，降低噪音。国际上现有的橡胶改性沥青降噪路面类型：纹理优化的路面；多孔路面；弹性路面（橡胶路面）。10低噪音橡胶改性沥青混凝土路面采用细粒径开级配的级配设计方法，在保证表面足够的微观构造的同时，充分发挥混合料的多孔隙吸声，并采用足够高黏度的橡胶改性沥青，保证混凝土具有良好的弹性和阻尼，采用湿拌法生产细粒径-开级配-弹性的新型低噪音沥青混凝土。低噪音橡胶改性沥青混凝土的最大公称粒径为5、7mm，混合料的设计孔隙为5~10%的范围，具有良好的路用性能和减噪效果。11北京四环路看丹桥橡胶改性沥青路面降噪效果低噪音橡胶改性沥青混凝土路面匀速时噪声测试空档时噪声测试大型车2.1752.075中型车5.4756.2小型车8.36.62512橡胶改性沥青混合料AR-AC橡胶改性沥青混合料设计：通常为间断级配，矿料间隙率VMA更大，为容纳胶粉提供空间；高油石比，发挥橡胶改性沥青抗裂性能，提高耐久性；铺面构造深度更大，提高性能安全性。橡胶粉颗粒断级配集料1301020304050607080901001613.29.54.752.361.180.60.30.075筛孔尺寸,mm通过量，%TexasAZAR-AC13S亚利桑那州德州AR-AC14混合料——嵌挤密实15AR-AC混合料设计标准试验项目技术标准马歇尔试验指标击实次数（次）两面各75次稳定度（kN）不小于5.0流值（0.1mm）20～50空隙率（%）5.5±1.0沥青饱和度（%）70～85矿料间隙率VMA(%)不小于20.0性能验证要求浸水残留稳定度（%）不小于85冻融残留强度比（%）不小于80车辙试验动稳定度（次/mm）不小于3000弯曲破坏应变(με)不小于200016性能比较混合料类型橡胶改性沥青AR-AC13S橡胶改性沥青SMA-13橡胶改性沥青AC-13C17高温性能混合料类型油石比（%）车辙动稳定度（次/mm）要求123平均AR-AC138.64846484648464846＞3000SMA-136.17000572752505992AC-13C5.23938370635003715车辙动稳定度试验18低温性能-10℃小梁弯曲试验混合料类型最大荷载跨中挠度抗弯拉强度（MPa）劲度模量（MPa）破坏应变要求(N)（mm）（με）（με）AR-AC130.500.929.171922.548232000SMA-131.260.6210.692767.53270AK-130.930.537.672727.2281519冻断试验(TSRST)-30-25-20-15-10-50AC-13SMA-13AR-AC13S温度，℃050100150200250300350400AC-13SMA-13AR-AC13S断裂应力，KPa20水稳定性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）残留稳定度SO（%）要求（%）AR-AC135.48.637.9792.4≥85SMA-134.110.039.2692.3AC-13C5.213.1511.8289.9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）劈裂强度比（%）要求（%）AR-AC136.01.00270.815281.3≥80SMA-135.31.02390.828880.9AC-13C6.31.06440.901784.7浸水马歇尔试验冻融劈裂试验21四点梁弯曲疲劳试验沥青混合料疲劳试验（15℃，300με）3AAR-AC13BSMA13SUP13SMA160100,000200,000300,000A疲劳寿命，次沥青混合料疲劳试验（15℃，300με）3AAR-AC13BSMA13SUP13SMA160100,000200,000300,000A疲劳寿命，次沥青混合料疲劳试验（15℃，300με）3AAR-AC13BSMA13SUP13SMA160100,000200,000300,000A疲劳寿命，次沥青混合料疲劳试验（15℃，300με）3AAR-AC13BSMA13SUP13SMA160100,000200,000300,000A疲劳寿命，次22橡胶改性沥青应力吸收层（AR-SAMI）橡胶改性沥青SAMI疲劳性能试验材料改性乳化沥青下封层橡胶改性沥青SAMI10万次残留劲度（%）55.069.423剪切强度试验结果（50℃）室内成型现场取芯抗剪强度（MPa）0.330.35破坏面在混和料层24撒布碎石轮式压路机碾压清扫松散碎石洒布橡胶改性沥青施工工艺流程施工工艺流程190-200℃紧跟撒布紧跟碾压25AR-SAMI外观26未裹附的碎石撒布27预裹附的碎石撒布28碎石预裹附(沥青用量1.3%)29开级配橡胶改性沥青混合料AR-OGFC橡胶改性沥青60℃粘度可达到高粘沥青要求（20000Pa·s），在美国已成为用于OGFC的胶结料之一；价格远低于高粘沥青，可显著降低OGFC的造价。30AR-OGFC混合料设计技术国外橡胶改性沥青开级配混合料设计方法（1）级配范围下列筛孔（mm）通过百分率1912.59.54.752.361.180.60.075加州10095~10078~8929~377~180~10/0～3德州10095~10050~800~80~4//0～4佛罗里达州10085~10055~7515~255~10//2～4亚历桑那州10010010030~454~8//0~2.5西班牙10070~10050~8015~3010~22/6~133~631（2）成型方法与设计标准（1）亚历桑那州成型方法:静压法。沥青用量:预估橡胶改性沥青用量AC＝（0.38×W+8.6）×2.6/CAC——沥青用量；W——合成吸水率；C——合成毛体积密度。性能验证析漏试验，要求析漏损失不大于0.3%。32（2）加州维姆法包括开级配RAC-O和富沥青开级配RAC-O-HB。项目技术要求空隙率，％≥18析漏试验，％≤0.333（3）德州采用50次旋转压实试验确定混合料体积指标项目技术要求析漏试验，％≤0.2压实度（50次），％78～82橡胶粉用量，％≥15飞散试验，％≤2034AR-OGFC路面与试件：35AR-OGFC13S技术要求试验项目单位技术要求马歇尔试件尺寸mmφ101.6mm×63.5mm马歇尔试件击实次数两面各击实50次空隙率％18～25析漏损失％0.3肯特堡飞散损失％2036橡胶改性沥青桥面防水层37橡胶改性沥青结构性防水层可较好的消除桥面铺装体系“层间水”。滞留于铺装层间的雨水铺装层间水“上泛”形成的水渍38桥面早期病害推移、车辙松散、坑塘39橡胶改性沥青桥面防水层橡胶改性沥青+碎石等。水泥混凝土桥面板沥青混合料铺装层结构性防水层（防水材料渗入铺装层）40桥面防水涂料SBS改性沥青+碎石的影响乳化沥青+碎石橡胶改性沥青+碎石41橡胶改性沥青与SBS改性沥青的比较SBS改性沥青特点1、SBS属于苯乙烯类热塑性弹性体，是苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物，SBS中聚苯乙烯链段和聚丁二烯链段明显地呈现两相结构，聚丁二烯为连续相，聚苯乙烯为分散相422、在沥青中形成网状结构；3、提高沥青混合料高温稳定性能；4、由于添加量小一般在3.8-5.0%，石料之间的粘结膜基本与单纯沥青的粘结膜厚度一样，低温贡献主要还是来自沥青；5、热老化、自然界环境老化对其影响比较大。43橡胶改性沥青与SBS改性沥青的比较橡胶改性沥青特点441、在沥青中形成交联状的岛相结构；2、提高沥青混合料的高温、低温稳定性；3、添加量大都在18-30%，石料之间的粘结膜加厚，加厚的沥青粘结膜中有许多微小溶胀的橡胶颗粒，与沥青配合使混合料低温延弹性得以大幅的提高；4、由于胶粉属于轮胎橡胶是有丁苯、异戊、顺丁、天然等橡胶聚合而成。外加各类抗老化剂，所以抗热老化，自然环境的老化性能较高。45橡胶改性沥青路面辅助材料的应用1、路面抗裂贴46路面抗裂贴47路面抗裂贴使用48路面抗裂贴使用492、路面灌封胶技术标准评价指标普通型低温型严寒型低温拉伸-10℃/50%/3循环，一组3个试件，全部通过-20℃/50%/3循环，一组3个试件，全部通过-30℃/50%/3循环，一组3个试件，全部通过锥入度/0.1mm30～7050～9070～150软化点≥80≥80≥80流动值/mm≤5≤5≤5弹性恢复率/%≥40≥40≥40低温拉伸试验中，-10℃，-20℃，-30℃为低温拉伸试验试验温度，50%为拉伸量，拉伸3个回合。502、路面灌封胶512、路面灌封胶施工52谢谢！