王 磊

(遼寧省交通運輸事業(yè)發(fā)展中心 沈陽市 110005)

0 引言

近幾十年來，橡膠瀝青混合料由于具有很好的高溫彈性恢復(fù)能力、低溫抗開裂能力和耐久性，且能夠消化大量的廢舊輪胎，在公路建設(shè)中的用量不斷增加[1-4]。

為了提高橡膠瀝青混合料的應(yīng)用水平，研究者從原材料、施工條件、配合比設(shè)計等方面對橡膠瀝青混合料進行了大量的研究[5-9]，但大部分研究均采用間斷級配，導(dǎo)致大多數(shù)橡膠瀝青混合料的油石比普遍在6%以上，工程造價相對較高。為了提高公路建設(shè)資金使用效率，合理降低建設(shè)成本，本研究通過室內(nèi)試驗，探討連續(xù)級配橡膠瀝青混合料的實現(xiàn)方式和路用性能特點，研究成果可為降低橡膠瀝青混合料油石比、提高橡膠瀝青的應(yīng)用水平提供技術(shù)支持。

1 原材料指標

試驗采用的瀝青包括遼河90#基質(zhì)瀝青和橡膠瀝青，其中橡膠瀝青是基質(zhì)瀝青通過外摻20%橡膠粉制備，制備過程中適當延長發(fā)育時間來降低橡膠瀝青的粘度?；|(zhì)瀝青的技術(shù)指標見表1，橡膠粉和橡膠瀝青的技術(shù)指標如表2和表3所示。粗集料采用石灰?guī)r，細集料采用石灰?guī)r機制砂，填料是石灰?guī)r經(jīng)過磨細加工而成的礦粉，其性能指標亦符合規(guī)范要求。

表1 基質(zhì)瀝青技術(shù)指標

表2 橡膠粉技術(shù)指標

表3 試驗用橡膠瀝青技術(shù)指標

2 橡膠瀝青混合料配合比設(shè)計

2.1 級配設(shè)計

級配設(shè)計對于降低混合料中橡膠瀝青用量至關(guān)重要。合理的級配設(shè)計既能使粗集料相互嵌擠形成骨架，又能使細集料對粗集料間隙有效填充，在相對較低的瀝青膠結(jié)料用量條件下，就可以形成穩(wěn)定的嵌擠密實結(jié)構(gòu)。反之，如果粗、細集料配比不合理，一方面可能因細集料用量過多影響到粗骨料形成骨架，另一方面可能因細集料用量偏低導(dǎo)致混合料空隙率偏大，這時就需要增加礦粉用量來填充空隙。然而受粉膠比因素的制約，礦粉用量增多必然要增加橡膠瀝青的用量。因此，為了降低油石比，減少橡膠瀝青的用量，混合料級配設(shè)計是關(guān)鍵因素。

針對我國公路面層廣泛采用的AC-16、AC-13、AC-10三種級配，依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的技術(shù)要求，首先采用插搗試驗測定粗集料(>2.36mm)不同配比條件下的間隙率，以最小間隙率確定粗集料組成，然后以5.5%橡膠瀝青用量成型試件，目標空隙率設(shè)計為4.5%，確定細集料配比及填充量，進而合成礦料級配，最終使混合料形成嵌擠密實型結(jié)構(gòu)。合成礦料級配如表4所示。

表4 橡膠瀝青混合料合成級配

2.2 最佳油石比確定

采用馬歇爾試驗法確定混合料橡膠瀝青的最佳用量。根據(jù)各種礦料配合比例及其毛體積密度，按表4礦料配合比確定礦料用量，參考規(guī)范要求，制作馬歇爾試件。其中AC-16、AC-13、AC-10混合料馬歇爾試件的油石比變化范圍為5.0%～6.2%，油石比依次增加0.3%。每種瀝青混合料采用5種油石比。分別測定每種油石比情況下馬歇爾試件的理論最大密度、毛體積密度、空隙率、穩(wěn)定度、流值等參數(shù)，瀝青飽和度可以通過其它參數(shù)計算得到。測定和計算得到3種瀝青混合料不同油石比下的馬歇爾試驗參數(shù)值，最終根據(jù)參數(shù)值確定每種瀝青混合料最佳油石比。

根據(jù)規(guī)范的要求，對于瀝青混合料取其密度最大值、穩(wěn)定度最大值、目標空隙率、瀝青飽和度范圍中值對應(yīng)的油石比a1、a2、a3、a4，取其平均值作為OAC1(最佳瀝青含量)。將3種瀝青混合料的各項指標(不含VMA)的油石比范圍OACmin～OACmax的中值作為OAC2，取OAC1和OAC2的平均值作為最佳油石比OAC，最后確定AC-16、AC-13、AC-10的最佳油石比分別為5.2%、5.4%、5.7%。同理，普通基質(zhì)瀝青AC-16、AC-13、AC-10混合料油石比分別確定為4.8%、5.0%和5.3%。

3 混合料路用性能研究

在混合料類型、集料相同的情況下，分別采用橡膠瀝青與普通基質(zhì)瀝青拌制混合料，對比研究橡膠瀝青連續(xù)級配混合料的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能及水穩(wěn)定性能的改善效果。

3.1 混合料的高溫穩(wěn)定性能

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能采用車轍試驗來評價。試驗設(shè)備采用車轍試驗機，試驗條件為：試件在試驗溫度為60℃±1℃的恒溫室中保溫5h，輪胎接觸壓力為0.7MPa±0.05MPa，車轍試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 車轍試驗結(jié)果

由圖1可知，對于AC-16，采用橡膠瀝青后，動穩(wěn)定度由1063次/mm增加到3285次/mm；對于AC-13，由1135次/mm增加到3359次/mm；對于AC-10，由997次/mm增加到3441次/mm。總體上，同基質(zhì)瀝青相比，橡膠瀝青用于連續(xù)級配混合料能夠提高動穩(wěn)定度3倍以上。由此可知，橡膠瀝青能夠明顯改善瀝青混合料的高溫性能，其性能明顯優(yōu)于基質(zhì)瀝青。按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的規(guī)定，夏熱地區(qū)(20～30℃)改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性要求車轍動穩(wěn)定度(60℃，0.7MPa)不少于2400次/mm，橡膠瀝青連續(xù)級配混合料完全滿足這一要求，達到了改性瀝青混合料的標準。

3.2 瀝青混合料的低溫抗裂性能

采用小梁彎曲試驗來評價瀝青混合料的低溫性能，試驗設(shè)備采用一般路強儀，試驗條件為：試件在(-10±0.5)℃的恒溫箱中保溫45min，加載速率為50mm/min，試驗結(jié)果見圖2。

從圖2可知，對于AC-16，采用橡膠瀝青后，彎曲強度由8.41MPa增加到10.50MPa，彎曲破壞應(yīng)變由2255με增加到2735με，分別提高了24.8%和21.3%；對于AC-13，彎曲強度由9.58MPa增加到12.09MPa，彎曲破壞應(yīng)變由2467με增加到2942με，分別提高了26.2%、19.2%；對于AC-10，彎曲強度由9.84MPa增加到11.97MPa，彎曲破壞應(yīng)變由2488με增加到2964με，分別提高了21.7%、19.0%。同普通瀝青混合料相比，橡膠瀝青混合料的極限抗彎拉強度提高了20%以上，彎拉破壞應(yīng)變提高了20%左右。橡膠瀝青混合料比普通瀝青混合料的彎曲勁度模量略高。由此說明，橡膠瀝青混合料的低溫性能明顯高于普通瀝青混合料，起到了很好地改善低溫效果的作用。按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的規(guī)定，冬冷區(qū)(-9.0～21.5℃)改性瀝青混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變應(yīng)不小于2500με，橡膠瀝青混合料完全達到這一標準。說明連續(xù)級配橡膠瀝青混合料可以提高低溫抗裂性能，延緩瀝青路面裂縫的產(chǎn)生，從而延長路面使用壽命。

3.3 混合料的水穩(wěn)定性能

水損害是瀝青路面早期損壞的一種主要形式之一，瀝青混合料的抗水損害能力是決定路面的水穩(wěn)定性的根本性因素。它主要取決于礦料的性質(zhì)、瀝青與礦料之間相互作用，以及瀝青混合料的空隙率、瀝青膜的厚度等。瀝青混合料的水穩(wěn)定性能采用凍融劈裂試驗來評定，通過測定試件受到水損害前后的劈裂破壞強度比來檢驗瀝青混合料的水穩(wěn)定性。試驗設(shè)備采用馬歇爾試驗儀，測定兩組馬歇爾試件的劈裂強度。試驗條件為：其中一組試件在98.3～98.7kPa真空條件下飽水，然后放入-18℃±2℃的恒溫冰箱中保溫16h，接著在60℃恒溫水槽中保溫24h，最后兩組試件都要在25℃±0.5℃的恒溫水槽中保溫2h，加載速率為50mm/min，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 混合料水穩(wěn)定性能試驗結(jié)果

由圖3可知，對于AC-16，采用橡膠瀝青后，凍融劈裂強度比由83.17%增加到87.16%；對于AC-13，凍融劈裂強度比由85.21%增加到89.59%；對于AC-10，凍融劈裂強度比由84.50%增加到90.24%。總體上來看，橡膠瀝青混合料的凍融劈裂殘留強度比與普通瀝青混合料相當，說明橡膠瀝青的加入并沒有降低瀝青混合料的水穩(wěn)定性，與普通瀝青混合料的水穩(wěn)定性能相當。按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的規(guī)定，濕潤地區(qū)(年降雨量>1000mm)改性瀝青混合料凍融劈裂強度比要求不小于80%，橡膠瀝青混合料可以達到這一標準，符合改性瀝青混合料的要求。

4 結(jié)論

(1)采用連續(xù)級配，通過合理設(shè)計可顯著降低瀝青混合料中橡膠瀝青的用量。

(2)連續(xù)級配橡膠瀝青混合料的抗車轍能力是普通瀝青混合料的3倍，可以滿足夏季高溫地區(qū)的路面使用性能要求。

(3)同普通瀝青混合料相比，橡膠瀝青混合料的極限抗彎拉強度提高20%以上，極限彎拉應(yīng)變提高了20%左右，達到了冬冷區(qū)改性瀝青混合料低溫性能要求。

(4)橡膠瀝青混合料的凍融劈裂殘留強度比與普通瀝青混合料相當，也滿足濕潤地區(qū)改性瀝青混合料凍融劈裂強度比要求。