橡膠瀝青混合料路用性能研究

弓瑾

摘要：將廢舊輪胎粉碎成小粒徑的橡膠粉，與瀝青在適宜的溫度下均勻混融，在公路建設中應用，不僅可以變廢為寶、節約橡膠資源、減少廢舊輪胎因占用土地而造成的環境污染，從而達到環境保護的目的，而且能改善瀝青路面的使用性能，延長路面使用壽命。

關鍵詞：橡膠瀝青混合料；路用性能；穩定性

公路交通運輸業的飛速發展為中國經濟的飛速發展做出貢獻的同時也帶來諸多問題，廢舊輪胎大量堆積，對人類生存的自然環境造成危害并占用土地資源。如何能有效地處理這些廢舊輪胎，且不造成污染，同時實現資源的回收利用，是現階段公路行業急需解決的問題。

1.橡膠瀝青混合料研究的意義

公路交通行業面臨兩個亟待解決的問題：一是公路運輸會產生大量的廢舊汽車輪胎，嚴重污染環境。二是公路建設需要大量的瀝青，經濟成本較高，且路面使用性能不能滿足日益增加的交通量，需要新材料、新工藝改善瀝青混合料的使用性能。如果能將廢舊輪胎經過特殊工藝加工成一種材料，加入到路面材料中，既能改善路面的使用性能，又能解決廢舊輪胎的問題，且能達到經濟環保的效果。

橡膠瀝青路面具有以下技術優勢：提高路面路用性能；延長路面使用壽命；提高道路安全系數；降低路面行車噪聲；降低道路建設成本；提高道路社會效益。因此，本文研究橡膠瀝青混合料具有重要意義。

2.發達國家廢舊輪胎橡膠粉瀝青研究應用情況

國外對于橡膠粉改性瀝青的研究相比于國內較成熟，橡膠瀝青最早見于1843年的英國專利。現代意義的廢舊橡膠粉應用于道路鋪筑的研究最早始于上世紀40年代的美國。美國橡膠回收公司開發了用干法工藝生產的用于瀝青混合料的橡膠顆粒。1988年前后，橡膠瀝青在美國亞利桑那州成功應用于間斷級配瀝青混合料中，標志著橡膠瀝青路面技術得到較大發展。美國于1992年經過不斷總結和改進，成功研發出了16%比例的廢舊橡膠粉改性瀝青。改進后的瀝青混合料性能有了較大幅度的提高，主要表現在粘性增加，溫度敏感性降低、抗老化以及抗凍融能力顯著增強。并且由于橡膠粉改性瀝青中含有氧化劑，作為一種穩定劑，能夠顯著提高瀝青混合料的耐久性和吸附性。

3.橡膠瀝青混合料路用性能研究

發達國家廢舊輪胎橡膠粉瀝青研究應用情況給我國提供了借鑒。經研究分析，橡膠瀝青混合料在高溫穩定性、低溫抗裂性能、水穩性能等方面具有明顯優勢，應大力推廣應用。

3.1 橡膠瀝青混合料的高溫穩定性

在氣溫較高的夏季，路面表面溫度隨著環境溫度不斷變化，由于瀝青混合料是以粘結性為主的半固體材料，因此，在高溫下瀝青路面強度和剛度就會受到影響。在輪胎荷載反復作用下，原本處于高強度粘結的膠漿產生相對流動，混合料骨架網狀結構破壞失穩，導致路面出現車轍、推移、泛油等現象。這不僅降低了路面的服務質量，縮短了其使用壽命，并且嚴重影響行車安全。路面車轍問題是瀝青路面最主要的病害之一。在美國、日本、等國等一些發達國家，80%以上的路面損壞是由于車轍引起的，后期只能通過罩面或翻修進行養護。因此，本文對橡膠瀝青混合料的高溫穩定性能進行試驗和分析，以保證路面的正常使用。

研究橡膠瀝青混合料高溫穩定性的試驗方法很多，車轍試驗是最常用，最實用的一種，用動穩定度作為指標來進行評價瀝青混合料在荷載作用下抵抗永久變形的能力。根據規范對車轍試驗方法的規定，車轍板在設計級配和最佳油石比條件下成型，車轍試驗結果如表1所示。

對比基質瀝青的動穩定度可知，本文所制備的橡膠瀝青的動穩定度比基質瀝青高出3倍以上。究其原因，是因為在基質瀝青中摻入橡膠粉后，橡膠粉與瀝青相互作用，吸收基質瀝青中的輕質組分，進而增加了瀝青結合料的黏度，并提高了其稠度和軟化點，從而改善了瀝青混合料的高溫穩定性。

3.2 橡膠瀝青混合料的低溫抗裂性能

當環境溫度驟降時，瀝青路面結構層內產生的溫度應力有可能超過瀝青混凝土的抗彎拉強度，此時的瀝青路面極易出現低溫開裂現象。在寒冷的冬季，由于瀝青路面的模量較高，在車輛的重復壓力作用下，開裂的路面有可能繼續開裂并碎裂成更小的路面板，隨著時間的推移，這些裂縫處就會出現龜裂破壞。水分會沿著裂縫進入基層及路基，進而降低路面的粘結強度和承載力，嚴重危害路面的服務質量和使用壽命。因此，為了減少由于裂縫給路面帶來的破壞，必須對瀝青混合料的低溫性能進行分析。

目前，我國通常采用低溫彎曲破壞試驗來評價瀝青混合料的低溫性能，評價指標為彎拉應變。橡膠瀝青混合料低溫試驗結果如表2所示。

試驗結果表明，在低溫條件下，橡膠瀝青混合料的抗彎拉應變和抗彎拉強度比基質瀝青高，說明橡膠粉的加入改變了瀝青結合料的關鍵技術指標，增加了瀝青結合料的黏度和低溫環境下的柔度，從而使橡膠瀝青混合料表現出優異的低溫性能。

3.3 橡膠瀝青混合料的水穩性能

瀝青結合料與集料的粘附程度直接關系到橡膠瀝青混合料的耐久性，瀝青路面的水損害多發生于冰凍地區和多雨地區。瀝青路面的水損壞主要包括兩個過程，首先水浸入瀝青中使瀝青粘附性減小，導致混合料強度和勁度減小；其次由于集料表面對水比對瀝青有更強的吸附力，水進入瀝青薄膜和集料之間，隔斷瀝青與集料的相互粘結。在荷載的重復作用下，就會加速瀝青從集料表面剝落，導致瀝青混合料產生剝離、掉粒、松散等現象，進而造成瀝青路面的坑槽、坑洞等病害。

抗水損害性能是瀝青混合料性能檢驗的一個組成部分，尤其是在南方多雨地區，路面積水較多，雨水容易進入路面結構造成路面局部或整體的破壞。因此，提高混合料的抗水損害性能對于保證路面的使用質量具有重要作用。我國《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）規定用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗檢驗瀝青混合料的水穩定性。按試驗規程進行水穩性試驗，結果見表3。

由以上數據分析可得，基質瀝青混合料的殘留穩定度比及凍融劈裂強度比較橡膠瀝青混合料低，這是因為橡膠瀝青混合料的結合料中添加了橡膠粉，橡膠粉在高溫和裂解劑的作用下部分溶解于瀝青之中，增加了瀝青結合料的黏度，使瀝青與集料、集料與集料之間粘結作用更強，從而提高了橡膠瀝青混合料抵抗水損害的能力。

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