溫拌橡膠瀝青混合料的壓實特性研究

尹志鋼

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

綠色交通、可持續交通、和諧交通已經成為我們這個時代和行業發展的主題，橡膠瀝青路面就是在這樣的背景下發展而來的一種新型綠色路面材料。橡膠瀝青路面在消耗大量廢舊輪胎的同時，可以顯著提高瀝青路面使用性能，延長使用壽命。但是，膠粉的加入使得橡膠瀝青的黏度顯著提高、工作性變差，這意味著橡膠瀝青混合料的生產需要更多的能耗、加速瀝青老化、污染環境、影響施工人員健康、施工質量控制難度加大。這些缺點成為制約橡膠瀝青路面技術的發展與應用的關鍵點。隨著溫拌技術的興起，我們似乎找到了一種解決橡膠瀝青路面上述短板的切入點。如何有效實現橡膠瀝青與溫拌技術的結合，取長補短，實現保護環境、變廢為寶和增加道路使用年限的三贏，這是我們面臨的問題[1]。

本文將研究溫拌劑的加入對橡膠瀝青混合料壓實特性的影響。與馬歇爾擊實儀相比，旋轉壓實儀采用揉搓壓實成型方式，更能夠模擬實際路面的壓實狀態[2-4]。因此，本文利用旋轉壓實儀，通過壓實能量指數CEI、交通密度指數TDI來評價溫拌橡膠瀝青混合料的壓實特性。

1 原材料

1.1 基質瀝青

殼牌70號基質瀝青的試驗結果如表1所示，它滿足道路石油瀝青的技術指標要求。

1.2 膠粉

采用40目的廢舊輪胎膠粉，將廢舊輪胎通過常溫剪切、除雜、篩分、脫硫等工藝制得，摻量為基質瀝青質量的20%，其技術性能如表2所示。

表2 廢舊輪胎膠粉技術性能

1.3 溫拌劑

市場上的溫拌劑主要分為三類：表面活性劑型、泡沫溫拌劑型、有機添加劑型。其中市場最常見的Sasobit屬于第三種，它本質上是一種低熔點的有機蠟，屬于白色晶體狀，在110℃左右通過簡單攪拌就可以很容易地溶解在瀝青中，降低瀝青混合料施工溫度10℃～30℃[5-6]。

1.4 橡膠瀝青

70號基質瀝青與40目的廢舊輪胎膠粉在180℃下高速剪切60 min讓膠粉充分溶脹得到橡膠瀝青。

1.5 溫拌橡膠瀝青

70號基質瀝青與40目的廢舊輪胎膠粉在180℃下高速剪切60 min得到橡膠瀝青，橡膠瀝青在160℃加入橡膠瀝青質量3%的Sasobit攪拌10 min得到溫拌橡膠瀝青。

1.6 集料和礦粉

集料采用石灰巖，礦粉采用石灰巖磨制而成，其性能指標如表3所示。

表3 集料和礦粉的性能指標

2 溫拌橡膠瀝青混合料配合比設計

為了保證溫拌橡膠瀝青混凝土中間有足夠的空隙填放溶脹的膠粉顆粒，本文采用間斷級配，如表4所示。通過SGC法進行配合比設計，得到4%空隙率對應的最佳油石比是5.3%。為了保證試驗結果的可比性，橡膠瀝青混凝土采用同樣的級配和油石比。

表4 溫拌橡膠瀝青混凝土級配

3 瀝青混合料壓實特性

3.1 旋轉壓實密實曲線

采用PINE公司生產的旋轉壓實儀進行混合料的壓實成型，拌和溫度統一取185℃，壓實溫度分別采用160℃和185℃。設定旋轉壓實儀的旋轉角為1.25°，垂直壓力為600 kPa，旋轉速率30 r/min。儀器自動記錄不同壓實次數下的試件密實度，得到旋轉壓實曲線如圖1和圖2所示。

圖1 160℃的旋轉壓實曲線

圖2 185℃的旋轉壓實曲線

由圖1和圖2可以得到：

a）在相同的壓實溫度下，溫拌橡膠瀝青混合料比橡膠瀝青混合料更容易壓實，主要是由于Sasobit的熔點較低為100℃，它在橡膠瀝青100℃的時候就會溶解，并附著、融合瀝青中的飽和組分，降低橡膠瀝青的黏度，形成穩定的溫拌瀝青。

b）與185℃相比，在較低的160℃下，溫拌橡膠瀝青混合料與橡膠瀝青混合料的工作性差距更大，說明溫拌劑的加入對降低橡膠瀝青混合料的施工溫度還是非常有效的。結合試件空隙率和壓實狀態來看，160℃更適合作為溫拌橡膠瀝青混合料的壓實溫度，185℃更適合作為橡膠瀝青混合料的壓實溫度。

采用公式（1）來擬合不同溫度下橡膠瀝青混合料和溫拌橡膠瀝青混合料的旋轉壓實曲線。回歸分析得到的回歸系數如表5所示。

式中：r為密實度比，%；N為壓實次數，次；a、b為回歸系數。

表5 旋轉壓實曲線回歸系數

3.2 壓實能量指數CEI

旋轉壓實曲線與橫坐標所包圍的面積代表壓實瀝青混合料所需要做的功。壓實能量指數CEI代表初始壓實次數與竣工驗收壓實度93%之間的旋轉壓實曲線與橫坐標包圍的面積值[7]。CEI值越小，表示瀝青混合料工作性越好，越容易壓實。

通過對旋轉壓實曲線進行積分得到兩種不同溫度下溫拌橡膠瀝青混合料和橡膠瀝青混合料的CEI值，如圖3所示。

圖3 不同溫度下橡膠瀝青混合料的壓實能量指數

由圖3可以知道：

a）對于同一種瀝青混合料，隨著壓實溫度的升高，壓實能量指數減小。185℃溫拌橡膠瀝青的壓實能量指數比160℃的減小39.3%；185℃橡膠瀝青的壓實能量指數比160℃的減小66.1%，主要是由于溫度升高降低了瀝青的黏度，瀝青混合料會表現出更優越的工作性。壓實溫度從160℃增加到185℃，對溫拌橡膠瀝青混合料的工作性影響不大，再提高壓實溫度對溫拌橡膠瀝青混合料而言顯得并不經濟。而且160℃溫拌橡膠瀝青混合料與185℃橡膠瀝青混合料的壓實能量指數相當，說明160℃作為溫拌橡膠瀝青混合料的壓實溫度更加合適。

b）對于同一壓實溫度，溫拌橡膠瀝青混合料的壓實能量指數小于橡膠瀝青混合料的壓實能量指數，這一差別在壓實溫度為160℃時顯得更加突出。160℃橡膠瀝青混合料的壓實能量指數是溫拌橡膠瀝青混合料的3.7倍，185℃橡膠瀝青混合料的壓實能量指數是溫拌橡膠瀝青混合料的2.1倍，說明溫拌劑的加入對橡膠瀝青混合料低溫條件下工作性的改善效果更好。

3.3 交通密實指數TDI

瀝青路面開放交通后，在車輛荷載作用會進一步壓實達到設計的目標空隙率4%。交通密度指數TDI代表竣工驗收壓實度93%與目標壓實度96%之間的旋轉壓實曲線與橫坐標包圍的面積值。TDI值越大，代表瀝青混合料抵抗永久變形的能力越好。

通過對旋轉壓實曲線進行積分得到兩種不同溫度下溫拌橡膠瀝青混合料和橡膠瀝青混合料的TDI值，如圖4所示。

圖4 不同溫度下橡膠瀝青混合料的交通密實指數

由圖4可以知道：

a）160℃的橡膠瀝青混合料即使在最大壓實次數下也無法達到96%的壓實度，無法計算160℃的橡膠瀝青混合料對應的交通密實指數。160℃對于橡膠瀝青混合料而言壓實溫度過低。

b）185℃橡膠瀝青混合料的交通密實指數均大于185℃和160℃溫拌橡膠瀝青混合料的交通密實指數，溫拌劑的加入稍微影響了橡膠瀝青混合料的高溫穩定性能，但影響不大。

c）對于溫拌橡膠瀝青混合料，溫度從160℃到185℃變化時，交通密實指數減小，混合料抵抗行車荷載進一步壓密的能力有所降低，但變化并不明顯。說明當溫度大于160℃時，溫度變化對溫拌橡膠瀝青混合料在行車荷載作用下進一步壓實所需能量并不敏感。

4 結論

通過本文的研究，主要得到以下結論：

a）在相同的壓實溫度下，溫拌橡膠瀝青混合料比橡膠瀝青混合料的壓實能量指數小，混合料更容易壓實。對于同一種瀝青混合料，隨著壓實溫度的升高，壓實能量指數減小，混合料更容易壓實。

b）160℃更適合作為溫拌橡膠瀝青混合料的壓實溫度，185℃更適合作為橡膠瀝青混合料的壓實溫度。

c）185℃橡膠瀝青混合料的交通密實指數均大于185℃和160℃溫拌橡膠瀝青混合料的交通密實指數，溫拌劑的加入稍微影響了橡膠瀝青混合料的高溫穩定性能，但影響不大。

d）對于溫拌橡膠瀝青混合料，溫度從160℃到185℃變化時，交通密實指數減小，混合料抵抗行車荷載進一步壓密的能力有所降低，但變化并不明顯。