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学术丨基于单轴静载压缩试验的橡胶沥青混淆料高温抗变形能力研究

宣布日期：

2024-02-26

摘要

沥青混淆料在高温情况中对抗变形的能力是混淆料组成设计的一个重要控制指标，因此选择合理的试验研究要领和评价指标至关重要。本文首先利用单轴静载压缩试验研究剖析了差别胶粉掺加量的沥青混淆料在差别温度条件中的抗压回弹模量和静态模量的变革纪律，然后进一步通过应力-应变试验剖析了胶粉及其掺加量对沥青混淆料破坏荷载和抗压强度的影响，zui后利用古板的趁魅辙试验剖析了胶粉及其掺加量对混淆料动稳定度的影响纪律，以此对上述试验结果加以验证。试验结果标明:掺加胶粉后，混淆料的模量、破坏荷载及其动稳定度都获得了显zhu的提高，且随着胶粉掺入量的增加，上述指标均在不绝增da，说明胶粉能显zhu改善混淆料在高温情况下的抗变形能力;单轴静载压缩试验可以有效评价橡胶沥青混淆料的高温抗变形能力。

近年来，为解决废旧轮胎对情况的污染问题以及资源紧缺等问题，我国学者对橡胶改性沥青及其相关技术应用做了大宗的研究，各省交通部分和企业也出台了相应的应用技术指南和规范。橡胶沥青作为一种良好的胶结料，已广泛应用于公路行业。付立勇等利用趁魅辙试验研究剖析了差别产地、差别细度、差别掺加量的胶粉对混淆料在高温情况下对抗变形能力的影响�；莆蓝交种票噶宋逯纸悍鄄艏恿康幕煜�，然后通过静态蠕变试验和趁魅辙试验研究剖析了胶粉掺加量对混淆料在高温状态下对抗变形能力的影响，结果标明，当掺加量为24%时，混淆料高温抗变形能力zui佳。张认秦等利用APA试验研究剖析了沥青混淆料在高温情况条件中的高温抗变形能力。

综上所述，目前海内外关于沥青混淆料在高温状态下的抗变形能力的评价要领虽多，但研究的试验要领大大都集中于常见的趁魅辙试验、马歇尔稳定度试验、轮堡试验等要领，而对单轴静载压缩试验研究应用未几，究其原因是趁魅辙试验、马歇尔稳定度试验操作简单、便当。因此，本文基于单轴静载压缩试验研究剖析差别胶粉掺加量、差别温度情况下混淆料对抗高温变形的能力，以此探讨该试验要领在评价橡胶沥青混淆料在高温状态中的对抗变形能力的适用性。

原质料及试验要领

原质料

本试验所用的废胎胶粉由酒泉某单位生产提供，胶粉改性剂颗粒巨细为40目，接纳SK-90#基质沥青，橡胶沥青制备温度为:180℃～190℃，搅拌速度为4000r/min，反应时间为60min。制成的橡胶沥青各项性能指标均切合温区要求，详见表1。

表1橡胶沥青技术指标

学术丨基于单轴静载压缩试验的橡胶沥青混淆料高温抗变形能力研究

本试验所用级配为AC-13，接纳两档粗集料和一档细集料(均为性能良好的玄武岩)，划分为:10～15mm、5～10mm和0～5mm。填料为甘肃天水外地所产的石灰岩矿粉�？罅细飨钪副昃泻舷喙匾�，筛分结果及本文所用AC-13配及规模见表2。

表2 各档矿料筛分结果及AC-13级配

学术丨基于单轴静载压缩试验的橡胶沥青混淆料高温抗变形能力研究

试验要领

本文接纳UTM-100进行试验，以表2中AC-13为目标级配，成型标准试件(试件尺寸为:Φ101.6×63.5mm，油石比为5.2%)，将制做好的试件在室温条件下静置24h进行冷却，然后进行相应的试验研究。

静态模量试验

本文所述单轴静载压缩试验均在UTM-100试验机上进行加载，UTM-100试验机带有自动控温的保温箱和设备，加载前需要先将制备好的试件置于设划定温度规模内的情况箱中保温至少5小时，试验温度划分为30℃、40℃和50℃。试验前需先测定相同情况条件下试件的极限破坏荷载P，然后将破坏荷载P大致均匀的分成7个级进行逐级加载，7级荷载划分为0.1P,0.2P,0.3P,0.4P,0.5P,0.6P,0.7P等7级(近似取整)。试验时需先对试件进行2次预压，然后以由小到大的顺序逐级加载至7级荷载。需要注意的是，每次卸载后要坚持30s再进行下一级荷载的加载。

抗压回弹模量及应变-应力剖析

从表3、图1及图2中可以发明，掺加橡胶粉后，混淆料的应变-应力曲线斜率变小了，抗压回弹模量也获得显zhu地提高。当试验温度为30℃，橡胶粉掺量从0增加到15%时，混淆料应变-应力曲线斜率减小了约3.9%左右，而抗压回弹模量增加了约4.8%左右;橡胶粉掺量从15%增加到20%时，混淆料应变-应力曲线斜率减小了约5.8%左右，而抗压回弹模量则增加了约18.3%左右。当试验温度为40℃，橡胶粉掺量从0增加到15%时，混淆料应变-应力曲线斜率减小了约8.2%左右，而抗压回弹模量则增加了约6.8%左右;橡胶粉掺量从15%增加到20%时，混淆料应变-应力曲线斜率减小了约8.8%左右，而抗压回弹模量则增加了约15.2%左右。当试验温度为50℃，橡胶粉掺量从0增加到15%时，混淆料应变-应力曲线斜率减小了约7.1%左右，而抗压回弹模量则增加了约7.5%左右;橡胶粉掺量从15%增加到20%时，混淆料的应变-应力曲线斜率减小了约8.9%左右，而抗压回弹模量则增加了约11.7%左右。

表3 混淆料的应变-应力及抗压回弹模量测试结果

学术丨基于单轴静载压缩试验的橡胶沥青混淆料高温抗变形能力研究

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图1 回弹模量随温度的变革曲线

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图2 应变-应力斜率随温度的变革曲线

综合上述剖析，橡胶粉的加入使得沥青混淆料在高温状态下的抗变形能力获得了显zhu地提高，随着胶粉掺加量的不绝增加，胶粉对混淆料在高温情况中对抗变形能力的改善效果逐渐变小，甚至会爆发负面影响，因此胶粉掺加量过也不宜过高。

静态模量剖析

从表4、图3中可以发明，掺加胶粉改性剂后，混淆料在高温状态中的静态模量获得了明显地提高。当试验温度为30℃，橡胶粉掺量从0增加到15%时，混淆料静态模量与应力水平的比值增加了4.6%;橡胶粉掺量从0增加到20%时，20%胶粉掺量的混淆料静态模量与应力水平的比值则增加了13.3%多;当试验温度为40℃，橡胶粉掺量从0增加到15%时，混淆料静态模量与应力水平的比值增加了19.5%;而橡胶粉掺量从0增加到20%时，混淆料静态模量与应力水平的比值则增加了24.3%多;当实验温度为50℃，橡胶粉掺量从0增加到15%时，混淆料静态模量与应力水平的比值增加了25.6%;而橡胶粉掺量从0增加到20%时，混淆料静态模量与应力水平的比值则增加了41.1%多，变革很是显zhu。

表4 种种混淆料静态模量测试结果

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图3 差别温度下混淆料静态模量变革曲线

综合上述详细剖析，当掺入橡胶粉后，混淆料在高温情况条件下的回弹模量随胶粉掺量的增加变革越明显，说明混淆料混淆料在高温情况中的的静态模量获得了显zhu地提高，橡胶沥青混淆料在高温情况中对抗流动变形的能力获得明显增强，橡胶粉改性剂可有效改善混淆料高温性能。

应力应变试验

基于上述试验要领进行应力应变试验，试验时应将试件放在60℃情况箱中保温至少2小时以上，使得试件温度抵达试验温度的要求。试验加载速率为2mm/min，划分测试三种混淆料在高温情况中的破坏荷载及抗压强度，测试结果详见表5、图4及图5。试件的抗压强度可凭据以下公式进行盘算：

学术丨基于单轴静载压缩试验的橡胶沥青混淆料高温抗变形能力研究

式中:：Rc为试件的抗压强度MPa;P为试件破坏时的zui大荷载，N;d为试件直径，mm。

表5各沥青混淆料破坏荷载比照

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由图4、图5及表5可以看到，掺加橡胶粉改性剂后，混淆料的破坏荷载提高很是明显。当胶粉掺加量从0增加到15%时，混淆料破坏时的应力增da了约6.7%左右;当胶粉掺量从0增加到20%时，混淆料破坏时的应力则增da了约11.1%多。说明随着胶粉掺量的不绝增加，混淆料在高温情况下对抗变形的能力也在不绝的提升。

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图4 各混淆料破坏应力比照

学术丨基于单轴静载压缩试验的橡胶沥青混淆料高温抗变形能力研究

图5 差别混淆料荷载-应变变革曲线

从图5中可以看出，随胶粉掺加量的增加，混淆料荷载-应变关系曲线上zui大应力点在不绝提高，对应的破坏应变值也在增da。且随胶粉掺量的增加，沥青混淆料所能承载的应力增da，应变后移，对抗拉伸破坏的性能也增强，高温稳定性获得改善。

趁魅辙试验

凭据规范制备差别胶粉掺量的混淆料趁魅辙板试件进行趁魅辙试验，测试结果见图6。

学术丨基于单轴静载压缩试验的橡胶沥青混淆料高温抗变形能力研究

图6 各混淆料动稳定度测试结果比照

从图6可知，加入橡胶粉后混淆料动稳定度的获得了明显的提升。胶粉掺加量从0增加到15%时，混淆料的动稳定度增加了近166.2%多，而胶粉掺量从15%增加到20%时，混淆料的动稳定度增才加了约3.8%左右。究其原因为，加入橡胶粉改性剂后，沥青胶结料的黏度明显增da，粘结力也被增强，进而提高了混淆料的高温抗剪切变形能力;而继续增加胶粉后导致胶粉含量过高，尽管此时的橡胶沥青仍具有较大的黏度，但其缺乏沥青中的油分，导致其外貌干涩、粘结力变革不大，即其对提高混淆料在高温情况中的稳定性孝敬减弱。

结论

?(1)掺加橡胶粉后，混淆料的回弹模量、静态模量、抗压强度和动稳定度均获得了明显提高，且随着胶粉掺加量的不绝增加，混淆料模量、破坏荷载和动稳定度也在不绝的增da，所能承载的剪切应力和破坏应变也在不绝增da，混淆料在高温情况下的对抗剪切变形能力获得了显zhu的改善。

?(2)综上述研究剖析，掺加胶粉后橡胶沥青混淆料在高温情况中的对抗流动变形和剪切的能力获得了明显地提高。单轴静载压缩试验可以有效评价橡胶沥青混淆料在高温状态下的抗变形能力，该要领关于评价和研究橡胶混淆料高温抗变形能力具有一定的指导价值。

参考文献：

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