1、国防交通工程与技术 年 月 卷期收稿日期:第一作者简介:朱玉(),男,正高级工程师,主要从事道路工程施工技术管理工作.q q c o m不同矿料骨架干法橡胶沥青混合料的胶粉分布特征与级配适应性朱玉,廖德川(安徽省交通控股集团有限公司,安徽 合肥 ;四川路桥华东建设有限责任公司,四川 成都 )摘要:为了探究符合干法橡胶沥青技术特点的混合料级配,从混合料微观结构和宏观性能上验证设计级配特点.根据胶粉变化和贝雷法设计原理分别设计A C C、S MA 、S A C 和A R A C S四种级配类型,运用X r a yC T微观试验方法和图像处理技术,从微观结构层次研究四类级配类型的区别和优劣,分析得出
2、在橡胶粉各断面胶粉数量和含量的空间分布上,A C C和S A C 类型的级配胶粉含量值离散和变异程度最小,分布更为均匀,S MA 次之,A R A C S最差,从胶粉分布的角度看,A C C更适合干法橡胶沥青混合料;通过室内混合料路面性能试验,对连续与间断级配的沥青混合料的高低温稳定性能及水稳定性能进行了分析论证,进一步验证了微观试验结果.微观和宏观试验均表明,连续级配在干法橡胶沥青混合料中更加适用,工程实践应优先选择.关键词:橡胶沥青;干法;混合料级配;胶粉分布;微观结构;路用性能D O I:/j g j g y a t 中图分类号:U 文献标识码:A文章编号:()橡胶沥青混合料干法工艺具有
3、工艺简单、无须加工橡胶沥青、不涉及湿法橡胶沥青存储稳定性不足问题的优点,自 世纪 年代美国首次运用到沥青路面工程以来,经过半个多世纪的发展,从只能用于低等级低交通量公路的普通干法、到维他连接剂TO R干法,乃至高聚熟化胶粉C TO R干法,技术越发成熟 .目前,针对干法工艺橡胶沥青技术的研究主要集中在性能提升、工艺参数和工程应用研究方面,关于混合料级配设计技术和细微观层面上的研究较少.国 内 不 少 学 者 针 对S A C 、S MA 、A R A C S橡胶沥青的应用均开展过不同程度的探索性研究 ,认为间断级配能提供更大的矿料间隙率给胶粉,更适合橡胶沥青混合料;但是张建孔等对密级配 的A
4、C C型 的 干 法 橡 胶 混 合 料 进 行 了 研究,发现密级配型混合料同样满足橡胶沥青混合料的性能要求,并已经在多条高等级公路面层得到应用,且使用状况良好.本文拟从混合料微观结构和宏观性能进行分析,验证不同橡胶沥青混合料设计级配特点和对干法橡胶沥青混合料的适应性,为干法橡胶沥青技术发展提供支撑.材料与级配石料总共分为五档,分别为三档粗集料(mm)、(mm)、(mm),细集料(mm)和矿粉.胶粉目数为 目.不同石料筛分情况如表和表所示.表石料筛分数据石料类型筛孔尺寸/mm 矿粉 表胶粉筛分数据筛孔尺寸/mm筛孔目数/目通过率/筛孔尺寸/mm筛孔目数/目通过率/根据石料筛分结果,设计四种级
5、配,具体如表所示.研究R e s e a r c ha n dD e s i g n与设计国防交通工程与技术 年 月 卷期表马歇尔法设计级配(方孔筛)级配类型筛孔尺寸/mm A C C S MA S A C A R A C S 干法橡胶沥青混合料细微观结构研究试验原理X r a yC T(精度 m)技术通过强X射线穿透物体的断面并进行旋转扫描,收集X射线在经过每个层面的不同物质后衰减的信息,利用P C进行各个方向射线的空间解算,得到与空间内某个点的X射线吸收系数直接相关的数值C Tp值,最终形成一幅所扫描物体层面的数字图像.因此可以利用X r a yC T技术获取沥青混合料的内部结构的灰度数字
6、图像.对于进制的图片,灰度值共有 ()个级别组成,数字图像中亮度较大的区域(接近白色)对应混合料中更高密度的材料,亮度较暗的区域(接近黑色)对应于混合料中密度较低的材料.由于沥青、胶粉和石料密度的差异性,可以利用C T技术获取混合料的内部图片.根据C T获取的灰度数字图像,然后利用图像处理软件从图像中增强和获取兴趣区域(A O I).这些兴趣区域可以通过试验需求定义,本文定义的兴趣区域分为橡胶颗粒和空隙率.级配胶粉分布特征研究根据混合料组成级配设计结果,分别对四种典型级配进行橡胶粉空间分布微观结构分析.分析各类级配均选用了个平行试件、个断面,并在获取C T图片的基础上,利用胶粉与其他材料和空隙
7、之间密度差形成灰度不同的图片区域,部分级配断面如图所示.根据所有断面的图像处理统计数据,绘制得到图所示各断面胶粉数量和含量,用以研究不同级配的胶粉空间分布状况.从图可以看出不同级配类型干法橡胶沥青混合料胶粉数量和胶粉含量走势大致相同,无明显规律.胶粉含量方面,基本维持在附近上下波动,平均值分别为、,与胶粉外掺量基本一致.但是,S MA与A R A C S型级配因所用油石比较高,石料空隙中的沥青较多,在(a)AC-13C?1(b)AC-13C?2(c)AC-13C?3(d)SMA-13?1(e)SMA-13?2(f)SMA-13?3(g)SAC-13?1(h)SAC-13?2(i)SAC-13?
8、3(j)AR-AC-13S?1(k)AR-AC-13S?2(l)AR-AC-13S?3图不同级配混合料断面上的橡胶粉分布高油的混合料中胶粉的溶胀更加彻底,导致胶粉的体积增大,从而使得这两类级配所测胶粉含量大于的断面多,且偏差大.胶粉在混合料中分布的均匀与否,直接影响混合料性能,均匀性越高的混合料能更好的发挥胶粉在混合料中的改性功能.引入两个参数来表现分布均匀性,引入各断面胶粉分布含量的标准差和变异系数来表现空间分布均匀性,引入集聚系数(C l u s t e r)(围绕混合料内部某个点位胶粉颗粒之间结集成团程度的系数)表现平面上胶粉分布均匀性.通过计算,得到各断面胶粉含量的标准差和变异系数如表
9、所示.研究与设计不同矿料骨架干法橡胶沥青混合料的胶粉分布特征与级配适应性朱玉等国防交通工程与技术 年 月 卷期80?/?706050403020?/%1.71.51.31.10.90.726101418?：?；?。?/?/%?2602.056524844403632281.81.61.41.21.00.80.6610 14 18 22?：?；?。?/?/%?26862565044383261014 181.71.51.31.10.90.7?：?；?。?/?/%?2422.23834302622182.01.81.61.41.21.00.80.661014 18 22?：?；?。(a)AC-13
10、C(b)SMA-13(c)SAC-13(d)AR-AC-13S图不同级配混合料断面上橡胶粉数量表橡胶粉分布均匀性指标级配类型胶粉掺量/胶粉含量标准差变异系数集聚系数平均值A C C S MA S A C A R A C S 从表中可以看出,标准差越小和变异系数越小的级配,说明胶粉分布更加均匀.从断面上的胶粉含量值离散和变异程度来看,胶粉分布均匀性优良的关 系 是:A C CS A C S MA A R A C S.集聚性表示多个橡胶颗粒在某一区域内集中形成一簇,软件识别的过程中将其识别成一个样品,如图所示,胶粉在A C C和S A C两种级配中的颗粒呈现较小,集聚性低;而S MA 、A R A
11、 C S级配的胶粉集聚性较高.集聚系数越大,集聚效果越明显,说明这类级配的胶粉容易团聚.所以在这四个样本混合料级配中,胶粉分布均匀性优良的关系是:S A C A C CS MA A R A C S.初步分析应该是后面两类级配沥青用量较大,油膜较厚容易吸附胶粉颗粒.从四种不同级配类型混合料胶粉分布来看,连续级配和半连续半间断级配中胶粉分布更加均匀,因此更适合干法橡胶沥青混合料.不同级配类型沥青混合料性能试验验证橡胶沥青混合料拌制干法工艺首先将集料与高聚熟化橡胶粉一起倒入温度为 的拌锅内干拌 s,然后加温度为 左右的沥青拌和 s后取出,混合料在 的烘箱焖料h.与干法不同,湿法是预先将胶粉与沥青在
12、高速剪切 m i n制成橡胶沥青,后在 的烘箱放置h,继而将石料在 的拌锅 搅 拌 均 匀 分 散,加 入 制 作 好 的 橡 胶 沥 青 搅拌.路用性能对比验证分别选用连续与间断两种典型级配类型橡胶沥青混合料最佳沥青掺量,依照试验规程采用车辙试验、低温弯曲试验以及冻融劈裂试验,并通过对比评价干法橡胶沥青、湿法沥青混合料路用性能,试验结果见表.表不同级配类型沥青混合料路用性能试验结果混合料类型动稳定度/(次/mm)弯曲应变/冻融劈裂强度比/干法A C C 干法S MA 湿法A C C 湿法S MA 规范标准 从表可知:A C级配下干法橡胶沥青混合料高温和水稳性能优于湿法,低温性能不如湿法;S
13、MA级配下,干法橡胶沥青混合料高温性能优于湿 研究与设计不同矿料骨架干法橡胶沥青混合料的胶粉分布特征与级配适应性朱玉等国防交通工程与技术 年 月 卷期法,低温和水稳性能不如湿法,这应该是S MA混合料空隙率小、沥青用量大的原因.在A C级配中,干法橡胶沥青混合料动稳定度比湿法橡胶沥青混合料的动稳定度提高了 ,低温弯曲应变降低了 ,水稳定性提高了;而S MA级配中,干法橡胶沥青混合料动稳定度比湿法橡胶沥青混合料的动稳定度提高了,低温弯曲应变降低了,水稳定性降低了.这表明干法工艺更适合A C.结束语本文根据胶粉的情况设计四种典型橡胶沥青的级配类型,并对比四种级配类型微观结构中的胶粉分布特征和对两种
14、典型级配类型进行性能对比验证,得到如下结论:干法橡胶沥青混合料在橡胶粉空间上 分 布 均 匀 性 的 关 系 为A C CS A C S MA A R A C S;胶粉集聚性优良的关系为S A C A C CS MA A R A C S.所以,从四种不同级配类型混合料胶粉分布来看,连续级配和半连续半间断级配更适合干法橡胶沥青混合料,混合料性能验证也说明了这个观点.参考文献 张健,季正军,李彬,等橡胶沥青在道路工程中的应用综述J公路交通科技(应用技术版),():L I ANG M,R E NSS,F AN W,e t a l C h a r a c t e r i z a t i o no ff
15、 u m ec o m p o s i t i o na n dr h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so fa s p h a l tw i t hc r u m br u b b e ra c t i v a t e db ym i c r o w a v ea n dTO RJC o n s t r u c t i o na n dB u i l d i n gM a t e r i a l s,:李志刚,李聪,蔡敏东接枝杜仲胶对干法橡胶沥青混合料的改性机理与效果J东南 大 学学 报(自 然科 学版),():朱翔,徐清泉,李志刚增强型干拌橡胶沥青混
16、合料在南京五华路的应用研究J国防交通工程与技术,():许平,陈安成,李月森 C T OR干法橡胶沥青混合料老化耐久性研究J公路,():黄卫东,黄明橡胶沥青混合料S A C 级配空隙率变化分析J同济大学学报(自然科学版),():余丽平级配类型对橡胶改性沥青混合料路用性能的影响分析J西部交通科技,():朱辉阳,张伟 A R A C 橡胶沥青混合料在旧水泥路面改造工程中的应用J公路交通科技(应用技术版),():,薛金顺,熊少辉,蒋应军,等设计方法对S MA 混合料老化性能影响研究J公路,():张建孔,李志刚,徐磊A R A C 干法橡胶沥青混合料的集料级配优化J国防交通工程与技术,():WAN G H N,Z HAN GR,CHE N Y,e ta l S t u d yo nm i c r o s t r u c t u r e o fr u b b e r i z e d r e c y c l e d h o t m i x a s p h a l tb a s e dX r a yC Tt e c h n o l o g yJ C o n s t r u c t i o na n d
