張云驁

(江蘇省交通科學研究院股份有限公司)

1 前言及工程概況

橡膠瀝青技術可以有效改善瀝青混合料的路用性能，延長路面的使用壽命，延緩路面反射裂縫的形成，改善行車安全，降低交通噪音。作為一項新興技術，人們對于膠粉的改性機理、橡膠瀝青結合料的制備與性能評價、混合料設計與路用性能等都缺乏統(tǒng)一的認識。在工程應用中經常出現各種問題，如施工難度大，難以壓實，高溫穩(wěn)定性不足，瀝青用量過多造成的建造成本過高等。

本文以某城市繞城高速公路為實際案例對廢胎膠粉改性瀝青應用技術進行了研究。公路全長37.2km，雙向六車道，設計時速100km/h。由于沿線居民區(qū)較多，為了節(jié)能降噪，上面層采用橡膠瀝青路面。

2 試驗設計

本文對20 目和40 目橡膠瀝青進行研究，分別對應添加礦粉和不添加礦粉，以及是否控制膠粉干涉區(qū)間。試驗涉及影響因素為:膠粉目數、礦粉含量、2.36～4.75 mm 比例。

2.1 橡膠瀝青混合料體積指標分析

借鑒SMA 混合料配合比設計中瀝青用量的計算，初擬瀝青用量，空隙率取4%，借鑒并修正最佳油石比公式如下

式中:Qb為最佳油石質量比;Qr為膠粉質量分數(與集料之比);Gr為膠粉有效密度;α 為考慮橡膠瀝青溶脹效應的體積修正系數;Gb為瀝青的密度;Gsb為集料的密度;C 為合成礦料的瀝青吸收系數;W 為集料的吸水率。

2.2 試驗材料和儀器

試驗所用橡膠瀝青為20 目、40 目，基質瀝青為道路A級70 號，膠粉種類為斜交胎，膠粉瀝青摻加比例為18∶82。制備工藝為180 ℃下，低速攪拌1 h。橡膠瀝青性能指標見表1。

表1 橡膠瀝青指標

本文借鑒美國成熟橡膠瀝青級配，采用高比例粗集料的級配特點，以形成骨架結構。粗集料選取玄武巖。細集料采用機制石灰?guī)r。各種集料基本性能見表2 和3。礦粉為機制石灰?guī)r，視密度為2.702 g/cm3。橡膠瀝青混合料配合比見表4。

表2 粗集料指標

表3 細集料指標

表4 橡膠瀝青混合料配合比

20 目膠粉顆粒主要與2.36～4.75 mm 檔發(fā)生干涉作用，A、B 分別對應高、低比例(5%，8%)。40 目膠粉顆粒主要與0.6～2.36 mm 檔發(fā)生干涉作用，D、E 分別對應高、低(12%，7%)。C、F 兩種級配為礦粉含量為0 的斷級配。

室內成型的橡膠瀝青混合料使用自動拌和機拌合，拌合時間180 s+90 s，每組試件個數4～6 個。拌合溫度175 ℃。

3 實驗數據及分析

3.1 體積指標分析

經過馬歇爾配合比設計，所對應的體積指標見表5。

從表中數據不難看出，40 目橡膠瀝青的壓實難度要低于20 目橡膠瀝青。

對于20 目橡膠瀝青混合料，2.36～4.75 mm 檔百分比含量對于體積參數和最佳油石比影響明細。圖1 說明，在固定油石比6.8%條件下，橡膠瀝青混合料的空隙率隨該檔含量增加而增加，證明20 目橡膠瀝青與該檔集料的干涉作用明顯，應該嚴格控制該檔含量。對于40 目橡膠瀝青，0.6～2.36 mm 檔百分比對體積參數和最佳油石比影響明顯。圖2 說明，在保持油石比6.7%條件下，橡膠瀝青混合料的空隙率隨著該檔含量的增加而增加，證明應該控制該檔含量。

表5 橡膠瀝青混合料體積指標

圖1 2.36～4.75 檔集料比例對混合料空隙率的影響

圖2 0.6～2.36 mm 檔集料比例對混合料空隙率的影響

3.2 高溫性能試驗

本文采用車轍試驗評價試件的高溫穩(wěn)定性。按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》JTE20－2011 進行試驗。測試結果見圖3。

圖3 動穩(wěn)定度

可見對于同一級配類型，20 目橡膠瀝青的動穩(wěn)定度整體遜于40 目橡膠瀝青，這主要因為:(1)40 目膠粉細度高，與瀝青的融合更好，改性作用更佳;(2)40 目橡膠瀝青對集料的干涉作用更小，形成的瀝青膜與集料的粘結性更好。

不使用礦粉會導致混合料動穩(wěn)定度下降，適當的加入礦粉有利于混合料的高溫穩(wěn)定性。這可能是以下原因:(1)礦粉的添加降低了混合料的空隙率，從而提高了混合料的高溫性能;(2)礦粉的添加有助于瀝青膠漿的形成，從而提高粘結性和強度。

3.3 低溫彎曲試驗

用低溫彎曲試驗評價橡膠瀝青混合料的低溫性能，按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》JTE20－2011 進行試驗。測試結果見圖4。

圖4 低溫彎曲試驗

可見橡膠瀝青混合料的低溫性能較好，不添加礦粉會導致橡膠瀝青混合料低溫性能的降低，其原因可能是礦粉缺失不利于瀝青膠漿的形成，從而降低低溫性能。膠粉目數對橡膠瀝青混合料低溫性能的影響不如瀝青含量的影響大。

3.4 水穩(wěn)定性能試驗

本文采用凍融劈裂實驗評價橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定行。按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》JTE20－2011 進行試驗。測試結果見圖5。

圖5 凍融劈裂

橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定性能滿足路用要求。膠粉目數的提高有利于改善橡膠瀝青的水穩(wěn)定性能。其次，可以看出由于膠粉目數的提高，橡膠瀝青的低溫延度較大，這對混合料的水穩(wěn)定性也有益。同時，由于橡膠顆粒的彈性，橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定性整體上要優(yōu)于普通瀝青混凝土。

4 結 論

(1)級配設計中，對不同膠粉目數的橡膠瀝青必須考慮其干涉區(qū)間，對干涉區(qū)間進行高、中、低比例設計，除干涉區(qū)間外，對4.75 mm 檔通過率也應進行適當限制。

(2)礦粉的添加對于橡膠瀝青混凝土有很大的益處，一方面可以降低混合料的空隙率，另一方面也有利于混合料提高強度和保持穩(wěn)定性。

(3)40 目膠粉橡膠瀝青混合料的高低溫性能整體上要優(yōu)于20 目膠粉橡膠瀝青混合料，同時施工難度也相對較低。

［1］張小英，徐傳杰，孔憲明.廢橡膠粉改性瀝青研究綜述［J］.石油瀝青，2004，18(4):9－13.

［2］曹桂昌.廢橡膠粉改性瀝青性能極其影響因素研究［D］.北京:北京化工大學，2008.

［3］黃文元.輪胎橡膠粉改性瀝青路用性能及應用研究［D］.同濟大學博士論文，2004.

［4］陳翔.橡膠瀝青及其混合料性能研究［D］.長安大學碩士論文，2011.