聚酯纤维橡胶沥青混合料配合比设计研究

王伟（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司）

聚酯纤维橡胶沥青混合料配合比设计研究

王伟
（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司）

本文采用间断级配对聚酯纤维橡胶沥青混合料进行配合比设计，对3种不同级配的聚酯纤维橡胶沥青混合料配合比进行优化设计，研究聚丙烯纤维橡胶沥青的矿料级配和最佳沥青用量。

聚酯纤维；橡胶沥青；矿料级配；最佳沥青用量

1　前言

近年来，为提高道路的路用性能，研究人员开展了对沥青进行改性，或在混合料中掺加其它材料如改性剂，其中用废旧橡胶粉对沥青进行改性，既可以节约能源，减少环境污染，解决了废旧轮胎堆放再处理的问题，又改善了现有沥青的性能，顺应了节约资源和保护环境的基本国策，实现建设资源节约型、环境友好型国家的目标。在橡胶沥青中加入聚酯纤维，能吸附稳定大量沥青，进而粘附、裹覆于集料颗粒表面，构成较厚沥青膜，提高了混合料耐老化性能和水稳定性，增强了沥青路面的耐久性和抗裂性能。

2　原材料组成

2.1 橡胶沥青

采用目数为40目的废旧橡胶粉，其掺量为25%，与基质沥青高速剪切而成的橡胶沥青，其主要性能指标试验结果见表1。

表1　橡胶沥青的技术指标试验结果

2.2 粗集料

粗集料在纤维橡胶沥青路面的用量占70%以上，要求粗集料干燥、洁净、无杂质，并有足够的强度、耐磨光性、抗冲击性、抗破碎性以及与沥青的良好粘附性，且必须严格限制粗集料的针片状颗粒含量，才能使粗集料相互嵌挤，保证混合料有较高的空隙率。本项目粗集料采用惠州石场生产的辉绿岩集料，规格为10～15mm、5～10mm碎石。

2.3 细集料

在纤维橡胶沥青路面中细集料用量较少，而粗集料是通过细集料与沥青相互联结的，所以细集料及矿粉与沥青须有较好的粘附性，以增强粗集料间的粘结力。本文细集料采用惠州石场0～5mm辉绿岩石屑。

2.4 填料

为了提高纤维橡胶沥青矿料与橡胶沥青的粘结性能，加入水泥作为填料，以增加混合料的抗剥落性能。矿粉采用增城生产的矿粉，水泥采用海螺水泥厂生产的P.O 42.5普通硅酸盐水泥。

2.5 纤维

纤维掺入沥青混合料能提高混合料的抗裂性和高温抗变形性能，本次采用聚酯纤维，其掺量占橡胶沥青混合料的0.4%，纤维的技术指标见表2。

表2　聚酯纤维主要性能技术指标

3　聚酯纤维橡胶沥青混合料配合比设计

橡胶沥青混合料配合比设计包括确定混合料类型、确定矿料级配、确定最佳沥青用量等步骤。采用马歇尔试验法确定沥青最佳油石比。

3.1 矿料级配设计

本文参考《橡胶沥青及混合料设计施工技术指南》，选用湿拌法ARHM-13（W）型橡胶沥青混凝土级配。为获得最优的骨架嵌挤结构，根据粗集料、细集料、矿粉和水泥的筛分结果，在表3所示参考级配曲线的规定级配范围内，调试各种矿料的比例，以4.75mm通过率为控制点，设计了橡胶沥青混合料的3种初试级配1、级配2、级配3的关键筛孔4.75mm通过率分别为33.2%、30.2%、27.3%，矿料初试合成级配如表4所示，其相应的级配曲线分别如图1、图2和图3所示。

表3　湿拌法ARHM-13（W）橡胶沥青混凝土参考级配曲线

表4　聚酯纤维橡胶沥青混合料矿料初试合成级配

图1　级配1：聚酯纤维橡胶沥青混合料初试合成级配曲线图

图2　级配2：聚酯纤维橡胶沥青混合料初试合成级配曲线图

3.2 最佳油石比确定

图3　级配3：聚酯纤维橡胶沥青混合料初试合成级配曲线图

表5　橡胶沥青混合料3组初试级配矿料密度结果

马歇尔试验要求确定混合料毛体积相对密度、表观相对密度，测定沥青混合料试件的马歇尔稳定度、流值以及空隙率。计算聚酯纤维橡胶沥青混合料马歇尔混合料试件中的粗集料骨架间隙率VCAmix及各项指标。根据各种矿料配合比例及其毛体积密度，按照目标空隙率确定混合料油石比。

根据经验，选取油石比6.8%作为马歇尔试件初试油石比。聚酯纤维橡胶沥青混合料3组初试级配矿料密度结果如表5所示，聚酯纤维橡胶沥青混合料初试级配混合料马歇尔试验结果如表6所示。

从表6可知，级配1的粗集料骨架间隙率VCAmix大于干捣实粗集料的空隙率VCADRC，级配2、级配3满足VCAmix小于VCADRC的要求。级配2的空隙率为4.5%，较之级配3更接近于4%的设计空隙率，且沥青饱和度高些。根据“如有一组以上的级配满足设计要求，选用4.75mm通过率较大的一组作为设计级配”的原则，确定初选级配2作为聚酯纤维橡胶沥青混合料设计级配。根据聚酯纤维橡胶沥青混合料设计级配和初试油石比试验的空隙率结果，以0.3%为间隔，采用6.5%、6.8% 和7.1%的油石比，制作马歇尔试件，试件双面击实50次。采用蜡封法测定混合料试件毛体积密度，最大理论密度采用真空法测定，采用设计目标空隙率4%确定聚酯纤维橡胶沥青混合料的最佳油石比，各项体积指标结果见表7。

表6　聚酯纤维橡胶沥青混合料初试级配混合料马歇尔试验结果

由表7可知，油石比为6.8%的聚酯纤维橡胶沥青混合料的空隙率为4.4%，与技术指标3%～5%的中值4%较为接近，并且其矿料间隙率、粗集料骨架间隙率、沥青饱和度和稳定度的结果均满足技术指标要求，确定聚酯纤维橡胶沥青混合料的最佳油石比为6.8%。

4　结语

本文基于骨架密实型沥青混合料设计理论，提出了聚酯纤维橡胶沥青混合料的间断级配设计理论与工程设计方法，选用了湿拌法ARHM-13（W）型橡胶沥青混凝土级配作为聚酯纤维橡胶沥青混合料的级配。对3种不同级配的聚酯纤维橡胶沥青混合料配合比进行优化设计，推荐聚酯纤维橡胶沥青混合料矿料级配和最佳沥青用量。

［1］崔巍.橡胶沥青混凝土断级配设计方法与路用性能研究［J］.武汉理工大学学报，2015，37（3）：45-51.

［2］交通部公路科学研究院.橡胶沥青及混合料设计施工技术指南［M］.北京：人民交通出版社，2008.

［3］交通部公路科学研究院.JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］彭庆跃，陈星，彭纲.橡胶沥青混合料骨架嵌挤级配优化及配合比设计方法研究与应用［J］.湖南交通科技，2009（4）：5-11，32.