楊 毅，龔 演，鄭 俞，石長洪，劉軍海

(1. 中交第二公路工程局有限公司,陜西 西安 710065；2. 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院, 北京 100088；3. 合肥明巢高速公路有限公司,安徽 合肥 231699)

0 引言

我國高速公路瀝青路面的設(shè)計(jì)壽命為15 a，而大部分瀝青路面的服役壽命偏短，在9～12 a左右就進(jìn)入大中修期。路面服役壽命較短產(chǎn)生了大量的養(yǎng)護(hù)、改擴(kuò)建以及新建路面任務(wù)，造成資源浪費(fèi)及環(huán)境污染，因此，發(fā)展和建設(shè)永久性瀝青路面有較強(qiáng)的必要性[1-2]。永久性瀝青路面又稱為長壽命路面，通過對(duì)路面結(jié)構(gòu)及材料設(shè)計(jì)的優(yōu)化，使路面服役壽命可達(dá)到30～50 a[3]。橡膠瀝青是一種性能優(yōu)越的改性瀝青材料，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎的資源化利用。高摻量橡膠瀝青可通過進(jìn)一步提高膠粉摻量以提升路用性能，緩解廢舊輪胎堆積造成的環(huán)境污染問題。因此，發(fā)展永久性路面和高摻量橡膠瀝青可有效減少資源消耗和浪費(fèi)，助力“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[4]。

永久性瀝青路面的關(guān)鍵問題在于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、材料控制機(jī)理、性能監(jiān)測方法和施工質(zhì)量控制?！澳途眯悦鎸印㈤L壽命基層、永久性路基”組合的永久性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系逐漸替代傳統(tǒng)的等壽命設(shè)計(jì)理論，解決了路面各層性能需求差異的問題[5]。同濟(jì)大學(xué)孫立軍團(tuán)隊(duì)[6-8]依據(jù)工程中的具體問題，提出了針對(duì)永久性路面各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的精細(xì)化設(shè)計(jì)理論。交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院王旭東等[9-10]基于RIOHTRACK足尺環(huán)道的加速加載試驗(yàn)，對(duì)多種永久性路面結(jié)構(gòu)長期性能進(jìn)行了觀測，通過理論分析、數(shù)值模擬等方法提出了一系列永久性路面設(shè)計(jì)理論方法。永久性瀝青路面材料設(shè)計(jì)也是提高路面耐久性的主要技術(shù)對(duì)策，通過改進(jìn)混合料配合比設(shè)計(jì)方法[11-12]、摻入高性能添加劑[13-14]、以及開發(fā)功能性路面材料[15]，進(jìn)一步提升瀝青材料的路用性能。橡膠瀝青具有優(yōu)良的路用性能， 且符合環(huán)保理念，因此被廣泛應(yīng)用于永久性路面之中。

近年來，橡膠瀝青受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，研究主要集中在生產(chǎn)工藝、微觀改性機(jī)理、路用性能以及特殊功能性[16]方面。橡膠瀝青的生產(chǎn)工藝主要有濕法和干法兩種，孫大權(quán)等[17]研究了不同生產(chǎn)工藝下的膠粉摻量、膠粉顆粒大小、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)橡膠瀝青性能的影響。Jamal等[18]通過流變?cè)囼?yàn)研究了橡膠瀝青的發(fā)育溫度、發(fā)育時(shí)間對(duì)性能的影響。膠粉與瀝青的相互作用較為復(fù)雜，改性機(jī)理包括物理和化學(xué)的共同作用[19]。Wang[20]研究了橡膠瀝青反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)機(jī)理的關(guān)系，指出隨著時(shí)間的增加，化學(xué)反應(yīng)更加明顯。Cong等[21]利用宏/微觀試驗(yàn)對(duì)不同膠粉種類與摻量的橡膠瀝青性能進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，橡膠瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性與膠粉顆粒的溶脹和裂解程度密切相關(guān)，同時(shí)也對(duì)流變性能產(chǎn)生影響。膠粉的摻入可以全面提升瀝青的低溫抗裂性、中溫抗疲勞性能以及高溫抗車轍性能，不同摻量的橡膠瀝青及混合料的路用性能均得到了廣泛的驗(yàn)證[22-25]。同時(shí)，由于膠粉顆粒的阻尼及高彈性，橡膠瀝青混合料還存在高抗滑和降噪等優(yōu)良的功能性，此外，膠粉的摻入對(duì)瀝青混合料的自愈性能也產(chǎn)生影響[26-28]。

通常，橡膠瀝青的膠粉摻量在15%～20%之間，而當(dāng)膠粉摻量增大時(shí)(30%～40%以上)，橡膠瀝青的黏度增大，路用性能也更優(yōu)異，一般用于高等級(jí)公路的面層[16]。大摻量橡膠瀝青不僅用于提升路用性能，還由于部分地區(qū)廢舊輪胎堆積，可緩解環(huán)境壓力。然而大摻量橡膠瀝青及橡膠瀝青混合料的性能還需要進(jìn)一步驗(yàn)證，且針對(duì)永久性路面設(shè)計(jì)理念，不同摻量的橡膠瀝青混合料是否滿足具體路面各層的性能需求還需要進(jìn)一步研究。因此，本研究選取30%～50%摻量的橡膠瀝青，并制備不同級(jí)配的瀝青混合料，研究膠粉摻量對(duì)瀝青及混合料高、中、低溫性能的影響，結(jié)合永久性路面設(shè)計(jì)理論，路面表面層為功能層，中面層為抗車轍結(jié)構(gòu)層，下面層為抗疲勞層，進(jìn)行不同面層的材料設(shè)計(jì)。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 基質(zhì)瀝青

本研究所使用的基質(zhì)瀝青為鑫海70#道路石油瀝青。參考規(guī)范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)對(duì)所選基質(zhì)瀝青的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了檢測，如表1所示，所有指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

表1 基質(zhì)瀝青性能指標(biāo)

1.2 橡膠瀝青

本研究所選用的膠粉為河北唐山志軍再生膠廠生產(chǎn)的40目膠粉，其相關(guān)物理、化學(xué)指標(biāo)如表2所示。當(dāng)膠粉含量過高時(shí)，瀝青中的輕質(zhì)組分不足以使膠粉發(fā)生充分溶脹，影響橡膠瀝青的性能。因此，本研究首先采取一定的措施對(duì)膠粉進(jìn)行預(yù)活化處理，并通過使用裂解劑提升膠粉與瀝青的相容性，最終通過充分的剪切制備30%，35%，40%，45%，50%摻量的橡膠瀝青，具體制備流程如下：

表2 膠粉物理及化學(xué)指標(biāo)

(1)將一定量的膠粉與其25%質(zhì)量比的生物油進(jìn)行充分拌和，并在100 ℃下加熱12 h，完成膠粉的預(yù)活化；

(2)將活化后的膠粉按目標(biāo)占比加入到流動(dòng)狀態(tài)的基質(zhì)瀝青中，同時(shí)加入膠粉質(zhì)量2%的二硫化二苯并噻唑(MBTS)作為裂解劑；

(3)將混合后的橡膠瀝青在190 ℃,3 000 rpm剪切速率的條件下發(fā)育1 h，即制得高摻量橡膠瀝青。

1.3 瀝青混合料

本研究設(shè)計(jì)了3種級(jí)配的橡膠瀝青混合料(ARHM)，如圖1所示，ARHM-13一般用于上面層，ARHM-20一般用于中面層，ARHM-25一般用于下面層。

圖1 瀝青混合料級(jí)配曲線

1.4 高摻量橡膠瀝青性能試驗(yàn)

1.4.1 多應(yīng)力蠕變恢復(fù)(MSCR)試驗(yàn)

本研究利用Anton Paar MCR 702動(dòng)態(tài)剪切流變儀(DSR)進(jìn)行橡膠瀝青MSCR試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為各瀝青對(duì)應(yīng)的高溫PG溫度。參考規(guī)范StandardMethodofTestforMultipleStressCreepRecovery(MSCR)TestofAsphaltBinderUsingaDynamicShearRheometer(DSR)(AASHTO T 350—14)進(jìn)行MSCR試驗(yàn)，先以0.1 kPa的應(yīng)力循環(huán)加載20個(gè)周期，每個(gè)周期包括1 s的蠕變階段和9 s 的卸載恢復(fù)階段，其中前10個(gè)周期為預(yù)試驗(yàn)，再以3.2 kPa的應(yīng)力循環(huán)加載10個(gè)周期，獲得試驗(yàn)過程中瀝青的應(yīng)力、應(yīng)變響應(yīng)，通過式(1)計(jì)算不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃?Jnr)指標(biāo)評(píng)價(jià)高摻量橡膠瀝青的高溫抗車轍性能，通過式(2)計(jì)算不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃肯鄬?duì)差異(Jnr-diff)指標(biāo)評(píng)價(jià)橡膠瀝青的應(yīng)力敏感性。

(1)

式中，εc為蠕變結(jié)束應(yīng)變；εr為恢復(fù)結(jié)束應(yīng)變；σ為蠕變加載應(yīng)力。

(2)

式中，Jnr0.1為0.1 kPa應(yīng)力下的Jnr值；Jnr3.2為3.2 kPa應(yīng)力下的Jnr值。

1.4.2 線性振幅掃描(LAS)試驗(yàn)

LAS試驗(yàn)同樣是在DSR上進(jìn)行的，試驗(yàn)溫度選取典型中溫25 ℃，參考規(guī)范StandardMethodofTestforEstimatingFatigueResistanceofAsphaltBindersUsingtheLinearAmplitudeSweep(AASHTO TP 101—12)進(jìn)行LAS試驗(yàn)，評(píng)價(jià)橡膠瀝青的抗疲勞性能。測試程序分為兩部分，首先進(jìn)行應(yīng)變水平為0.1%的頻率掃描試驗(yàn)以獲得瀝青線黏彈性參數(shù)，頻率范圍為0.1～100 Hz；進(jìn)一步執(zhí)行應(yīng)變從0.1%線性增加至30%的振幅掃描程序，加載頻率為10 Hz，獲得試驗(yàn)過程中的應(yīng)力、應(yīng)變響應(yīng)，以|G*|·sinδ下降至初始水平的35%為疲勞失效點(diǎn)，進(jìn)而基于黏彈性連續(xù)介質(zhì)損傷(VECD)模型計(jì)算瀝青的疲勞壽命方程，如式(3)所示，計(jì)算任意應(yīng)變水平下高摻量橡膠瀝青的疲勞壽命(Nfa)：

Nfa=A(γ)B，

(3)

式中，A，B為通過VECD模型計(jì)算得到的疲勞壽命方程擬合參數(shù)；γ為應(yīng)變。

1.4.3 彎曲梁流變儀(BBR)試驗(yàn)

本研究通過BBR試驗(yàn)評(píng)價(jià)橡膠瀝青的低溫抗裂性，參考規(guī)范StandardMethodofTestforDeterminingtheFlexuralCreepStiffnessofAsphaltBinderUsingtheBendingBeamRheometer(BBR) (AASHTO T 313)，分別在試驗(yàn)溫度為-12，-15 ℃ 和-18 ℃下對(duì)橡膠瀝青樣品進(jìn)行240 s的恒定加載試驗(yàn)，得到第8，15，30，60，120 s及240 s 的勁度模量S和蠕變速率m指標(biāo)，本研究選取第60 s的S和m值作為高摻量橡膠瀝青的低溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.5 高摻量橡膠瀝青混合料性能試驗(yàn)

1.5.1 車轍試驗(yàn)

本研究對(duì)不同摻量和級(jí)配的橡膠瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，參考規(guī)范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中T 0709的車轍試驗(yàn)方法，試驗(yàn)溫度為60 ℃，荷載為0.7 MPa，通過動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)評(píng)價(jià)混合料的高溫性能。

1.5.2 四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)

本研究制備尺寸為380.0 mm×63.5 mm×50.0 mm 的小梁，參考規(guī)范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中T 0739的四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法，試驗(yàn)溫度為典型中溫25 ℃，加載頻率為10 Hz，應(yīng)變水平為0.3%，0.5%，0.7%。以第50次加載的模量為混合料的初始模量，疲勞失效點(diǎn)定義為模量下降至初始值的50%，此時(shí)對(duì)應(yīng)的加載次數(shù)為混合料的疲勞壽命(Nfm)。

1.5.3 低溫半圓彎曲(SCB)試驗(yàn)

本研究參考規(guī)范ProvisionalStandardMethodofTestforDeterminingtheFracturePotentialofAsphaltMixturesUsingSemicircularBendGeometry(SCB)atIntermediateTemperature(AASHTO TP 124)，切割旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件，制備直徑150 mm、厚度25 mm的半圓試件，并預(yù)制1 mm的切縫，進(jìn)行低溫SCB試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為-12 ℃。試驗(yàn)前對(duì)試件施加初始荷載0.1 kN，加載速率為0.05 kN/s，當(dāng)達(dá)到初始荷載后，以50 mm/min的加載速率進(jìn)行測試，最終當(dāng)荷載低于0.1 kN以下時(shí)試驗(yàn)停止，記錄試驗(yàn)過程中的荷載及位移數(shù)據(jù)。SCB試驗(yàn)過程中典型的荷載與位移曲線如圖2所示，試驗(yàn)初期，荷載隨著位移的增加而不斷增大，當(dāng)荷載達(dá)到峰值后開始降低。參考規(guī)范中的數(shù)據(jù)分析方法，將曲線以峰值荷載點(diǎn)劃分為兩部分，根據(jù)式(4)對(duì)曲線前半部分進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，根據(jù)式(5)對(duì)曲線后半部分進(jìn)行多項(xiàng)高斯曲線擬合，斷裂功(Wf)可根據(jù)式(6)進(jìn)行積分求得，最終根據(jù)式(7)計(jì)算斷裂能(Gf)指標(biāo)，其中A為試件韌性區(qū)面積，根據(jù)測量試件的幾何尺寸計(jì)算得到。

圖2 低溫SCB試驗(yàn)荷載-位移曲線

P1(u)=c1×u3+c2×u2+c3×u+c4，

(4)

式中，P1(u)為第一階段曲線多項(xiàng)式擬合方程；c1，c2，c3，c4為方程擬合參數(shù)；u為SCB試驗(yàn)過程中的位移。

(5)

式中，P2(u)為第二階段高斯曲線擬合方程；di，ei，fi為方程擬合參數(shù);n為高斯曲線方程階數(shù)，此處為3。

(6)

式中，u0，u1分別為峰值荷載對(duì)應(yīng)的位移和試驗(yàn)結(jié)束對(duì)應(yīng)的位移。

(7)

式中，A為試件韌性區(qū)面積，通過(r-a)×d計(jì)算得到；r為試件半徑；a為預(yù)制裂縫長度；d為試件厚度。

2 高摻量橡膠瀝青性能分析

2.1 高溫性能分析

通過對(duì)30%～50%摻量的橡膠瀝青進(jìn)行MSCR試驗(yàn)，計(jì)算Jnr0.1，Jnr3.2和Jnr-diff指標(biāo)，將結(jié)果匯總于圖3。從圖中可以看出，隨著膠粉摻量的增加，Jnr0.1，Jnr3.2的值均降低，說明橡膠瀝青的高溫抗車轍性能隨著膠粉摻量的增加而提升。此外，Jnr-diff值的逐漸增加說明膠粉摻量的增加提升了高摻量橡膠瀝青的應(yīng)力敏感性，這是由橡膠瀝青中的彈性成分增多導(dǎo)致的。橡膠材料與瀝青類似，同樣是一種典型的黏彈性材料，具有顯著的溫度依賴性。然而，橡膠材料的溫度敏感性弱于瀝青材料，當(dāng)溫度升高時(shí)，瀝青的黏性增加較快，難以抵抗荷載的作用，易產(chǎn)生永久變形，而橡膠顆粒在一定程度的高溫下仍具有較高的彈性，因此膠粉的摻入增加了橡膠瀝青中的彈性成分，進(jìn)一步提升了高溫抗車轍性能。然而由于膠粉與瀝青的物理、化學(xué)作用機(jī)理，當(dāng)膠粉摻量過高時(shí)，膠粉無法與瀝青相容，導(dǎo)致橡膠瀝青的黏度過大，不易拌和，且容易發(fā)生離析，因此高摻量橡膠瀝青的摻量一般不超過50%。

圖3 橡膠瀝青MSCR試驗(yàn)結(jié)果

2.2 疲勞性能分析

本研究以LAS試驗(yàn)中橡膠瀝青模量下降至初始值的35%為疲勞失效判定指標(biāo)，結(jié)合試驗(yàn)過程中材料的應(yīng)力、應(yīng)變響應(yīng)，基于VECD模型得到橡膠瀝青的疲勞壽命方程，計(jì)算2.5%和5%應(yīng)變水平下材料的疲勞壽命，結(jié)果如表3所示。通過分析表中數(shù)據(jù)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，2.5%和5%應(yīng)變水平下高摻量橡膠瀝青的疲勞壽命均隨著膠粉摻量的增加而增加，50%摻量的橡膠瀝青疲勞性能顯著優(yōu)于較低摻量的橡膠瀝青。膠粉的摻入增加了瀝青的黏度，本研究通過橡膠瀝青制備過程中的預(yù)活化處理和加入裂解劑進(jìn)一步促進(jìn)了膠粉在瀝青中的溶脹效應(yīng)，進(jìn)而提升了橡膠瀝青的抗疲勞性能。

表3 橡膠瀝青LAS試驗(yàn)結(jié)果

2.3 低溫抗裂性能分析

本研究利用BBR試驗(yàn)評(píng)價(jià)高摻量橡膠瀝青的低溫抗裂性能，3種低溫(-12，-15，-18 ℃)下橡膠瀝青BBR試驗(yàn)中第60 s的S和m值如圖4所示。從圖中可以看出，在同一溫度下，隨著膠粉摻量的增加，橡膠瀝青的S值逐漸減小而m值逐漸增大，說明膠粉摻量的增加改善了橡膠瀝青的低溫抗裂性能，其原理是由于膠粉顆粒的摻入提升了瀝青在低溫情況下的柔性，進(jìn)而改善瀝青的低溫性能。對(duì)比不同溫度下橡膠瀝青的S和m值發(fā)現(xiàn)，溫度降低使橡膠瀝青進(jìn)一步硬化，勁度模量上升，m值下降，橡膠瀝青低溫抗裂性能降低。一般要求S值大于300 MPa，m值大于0.3，從圖中可以看出，-12 ℃下的橡膠瀝青符合性能需求，而-15 ℃和-18 ℃下不滿足低溫抗裂性能需求。通常，冬季低溫在-5 ℃至5 ℃范圍內(nèi)，本研究所制備的橡膠瀝青符合該溫度下的性能需求，針對(duì)特殊的寒冷地區(qū)(如東北、新疆等地)，需采用低溫性能更優(yōu)的瀝青或進(jìn)行復(fù)合改性進(jìn)一步提升橡膠瀝青的低溫性能。

圖4 橡膠瀝青BBR試驗(yàn)結(jié)果

3 高摻量橡膠瀝青混合料性能分析

3.1 車轍性能分析

本研究分別制備了30%，40%，50%摻量下ARHM-13，ARHM-20，ARHM-25的高摻量橡膠瀝青混合料，車轍試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看出，隨著膠粉摻量的增加，橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度值逐漸增大，抗車轍性能提升，與橡膠瀝青MSCR試驗(yàn)結(jié)果一致。級(jí)配也對(duì)橡膠瀝青混合料的車轍性能產(chǎn)生影響，隨著最大公稱粒徑的增大，車轍性能提升，這是由于集料粒徑的增加提升了混合料抵抗變形的能力。通過所有試件的動(dòng)穩(wěn)定度值(>5 000)可以看出，高摻量橡膠瀝青混合料的抗車轍性能優(yōu)異，顯著高于一般的路面性能需求。

圖5 橡膠瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

3.2 疲勞性能分析

圖6匯總了30%，40%，50%膠粉摻量的橡膠瀝青混合料分別在應(yīng)變水平為0.3%，0.5%和0.7%下的四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果，通過應(yīng)變與疲勞壽命的關(guān)系，建立疲勞壽命曲線。圖6(a)為在膠粉摻量(30%)一定的情況下，不同級(jí)配瀝青混合料的疲勞曲線結(jié)果，從圖中可以看出，隨著應(yīng)變水平的增加，混合料的疲勞壽命不斷降低。級(jí)配對(duì)混合料疲勞壽命的影響規(guī)律不明顯，ARHM-20與ARHM-25的疲勞壽命結(jié)果較為接近，低應(yīng)變水平下ARHM-13的疲勞壽命大于ARHM-20和ARHM-25；高應(yīng)變水平下ARHM-20和ARHM-25的疲勞壽命大于ARHM-13。進(jìn)一步選定級(jí)配(ARHM-20)，研究膠粉摻量對(duì)混合料疲勞性能的影響，結(jié)果如圖6(b)所示。從圖中可以看出，膠粉摻量對(duì)疲勞壽命的影響規(guī)律較為明顯，隨著摻量的增加，橡膠瀝青混合料的疲勞壽命逐漸增加，與橡膠瀝青LAS試驗(yàn)結(jié)果一致。此外，圖5通過混合料四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)應(yīng)變與疲勞壽命的關(guān)系建立的疲勞壽命曲線均有較好的擬合效果，R2均大于0.9。

圖6 橡膠瀝青混合料四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果

3.3 低溫抗裂性能分析

本研究采用低溫SCB試驗(yàn)對(duì)同一級(jí)配(ARHM-20)不同摻量(30%，40%，50%)橡膠瀝青混合料的低溫性能進(jìn)行測試，試驗(yàn)溫度為-12 ℃，不同試件在試驗(yàn)過程中的荷載與位移曲線如圖7所示。從圖中可以看出，所有橡膠瀝青混合料在SCB試驗(yàn)過程中的荷載均隨位移的增加呈先增大后減小的規(guī)律，50%摻量的橡膠瀝青混合料的峰值荷載大于30%，40%摻量，且峰值荷載值對(duì)應(yīng)的位移也大于30%，40%摻量。進(jìn)一步通過式(4)～式(7)計(jì)算斷裂能(Gf)指標(biāo)，并匯總于圖8中。從圖中可以看出，隨著膠粉摻量的增加Gf值不斷增大，說明高摻量橡膠瀝青的低溫性能隨著膠粉摻量的增加而提升。橡膠顆粒在低溫環(huán)境下會(huì)發(fā)生硬化，但仍比普通瀝青具有更高的黏性，而瀝青在低溫下變硬變脆，易發(fā)生低溫開裂，所以瀝青中的膠粉增加了瀝青在低溫下的黏性，因此摻量高的橡膠瀝青具有更優(yōu)的低溫抗裂性能。

圖7 橡膠瀝青混合料荷載-位移曲線

圖8 橡膠瀝青混合料斷裂能

4 考慮永久性路面設(shè)計(jì)的橡膠瀝青材料選取

永久性瀝青路面又稱為長壽命路面，路面服役壽命需要達(dá)到30～50 a。提升路面服役壽命的主要手段包括高性能材料的使用以及材料與結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)。因此，本研究通過進(jìn)一步提升膠粉摻量驗(yàn)證了高摻量橡膠瀝青具有優(yōu)良的路用性能，可以作為永久性路面面層材料使用。此外，對(duì)于優(yōu)化材料與結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)方面，普通瀝青路面設(shè)計(jì)過程中未考慮不同面層的受力狀況和性能需求的差異選取相同的瀝青材料，永久性路面通過優(yōu)化面層材料設(shè)計(jì)使其更符合路面的受力特點(diǎn)，進(jìn)一步提升路面服役壽命。國內(nèi)外眾多學(xué)者提出了永久性路面面層設(shè)計(jì)理論，一般來說，路面表面層主要為功能層，具有良好的平整度和抗滑性能；中面層為抗車轍結(jié)構(gòu)層，在荷載較大的情況下易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性車轍，因此需選取抗車轍性能較優(yōu)的瀝青材料；下面層為抗疲勞層，在車輛反復(fù)荷載下，受到層間剪應(yīng)力的作用易產(chǎn)生裂縫并向上面層擴(kuò)展，因此宜選取疲勞性能較優(yōu)的瀝青材料。本研究證明了高摻量橡膠瀝青具有優(yōu)異的抗車轍、抗疲勞和低溫抗裂性能，因此，基于永久性路面設(shè)計(jì)理念，結(jié)合本研究中橡膠瀝青及瀝青混合料的試驗(yàn)結(jié)果，提出建議選取50%摻量的橡膠瀝青作為中面層和下面層的瀝青材料，以提升中面層和下面層的抗疲勞和抗車轍性能，減緩路面結(jié)構(gòu)性車轍以及反射裂縫等病害的產(chǎn)生；選取30%摻量的橡膠瀝青作為上面層瀝青材料，以提供基礎(chǔ)的性能保障，滿足上面層抗滑性能和平整度需求。高摻量橡膠瀝青的使用不僅提升了永久性路面面層的使用性能，滿足長壽命需求，降低能源消耗，更極大地緩解了廢舊輪胎的堆積問題，促進(jìn)資源的再生利用，符合“雙碳”理念。

5 結(jié)論

針對(duì)永久性路面面層材料的高性能需求，本研究進(jìn)一步提升橡膠瀝青的膠粉摻量，制備了30%～50%膠粉摻量的橡膠瀝青及瀝青混合料，通過瀝青及瀝青混合料尺度下的車轍性能、疲勞性能和低溫抗裂性能試驗(yàn)全面評(píng)價(jià)了高摻量橡膠瀝青及瀝青混合料的路用性能，得出如下結(jié)論：

(1)MSCR試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)結(jié)果表明，高摻量橡膠瀝青的高溫抗車轍性能隨著膠粉摻量的增加而提升，級(jí)配也對(duì)高摻量橡膠瀝青混合料的車轍性能產(chǎn)生影響，表現(xiàn)為隨著集料最大公稱粒徑的增加，混合料抗車轍性能提升，且膠粉的摻入增加了高溫下橡膠瀝青的彈性成分，導(dǎo)致橡膠瀝青的應(yīng)力敏感性增加。

(2)LAS試驗(yàn)和四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明，高摻量橡膠瀝青及瀝青混合料的疲勞壽命均隨著膠粉摻量的增加而增加，級(jí)配對(duì)于混合料疲勞壽命的影響規(guī)律不明顯，ARHM-20與ARHM-25的疲勞壽命結(jié)果較為接近，低應(yīng)變水平下ARHM-13的疲勞壽命大于ARHM-20和ARHM-25；高應(yīng)變水平下ARHM-20和ARHM-25的疲勞壽命大于ARHM-13。

(3)BBR試驗(yàn)和低溫SCB試驗(yàn)結(jié)果表明，膠粉摻量的增加提升了橡膠瀝青的低溫抗裂性能，然而高摻量橡膠瀝青的低溫性能還需進(jìn)一步通過復(fù)合改性等手段提升，以滿足 -15 ℃以下低溫環(huán)境(東北等地區(qū))的需求。

(4)依據(jù)永久性路面設(shè)計(jì)理念，表面層為功能層，中面層為抗車轍結(jié)構(gòu)層，下面層為抗疲勞層。本研究指出50%摻量的橡膠瀝青適用于路面中、下面層，30%摻量的橡膠瀝青適用于路面表面層。

本研究主要針對(duì)永久性路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)高摻量橡膠瀝青及瀝青混合料的路用性能進(jìn)行了研究。此外，橡膠瀝青功能性及對(duì)環(huán)境的影響也是關(guān)鍵問題，后續(xù)將對(duì)橡膠瀝青抗滑、降噪等功能性進(jìn)行驗(yàn)證，并針對(duì)高摻量橡膠瀝青在施工過程中的環(huán)境問題進(jìn)行研究。