橡膠瀝青混合料配比及路用性能探究

王 亮

北京市政路橋管理養護集團有限公司

1 橡膠瀝青混合料配比設計流程分析

1.1 廢舊輪胎膠粉的選擇分析

橡膠瀝青混合料施工形式主要有干拌法以及濕拌法，但是無論采用何種施工形式，橡膠粉均應該選擇常溫研磨制備，具有較高天然橡膠含量的膠粉。為了提高橡膠瀝青制備質量，廢舊輪胎膠粉的細度應該控制在30～60 目以內，也可以使用級配膠粉。

1.2 橡膠瀝青的制備分析

為了避免橡膠瀝青中橡膠粉的離析，所以橡膠瀝青通常是在使用的時候現場進行生產。橡膠粉的加入量對橡膠瀝青的路用性能產生較大影響，同時也要考慮到施工的條件和成本的問題，一般情況下，混合原料中橡膠粉的含量越高，則路用性能越好，但是也會產生其他的問題，比如黏度也會根據橡膠粉含量增大而增加，這樣就會對施工帶來麻煩。一般情況下，濕拌工藝橡膠粉的摻量為瀝青用量的15%～30%。干拌工藝橡膠粉的摻量一般為瀝青混合料質量的l%～3%。

2 橡膠瀝青混凝土各材料性能

2.1 瀝青

根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）以及《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）的試驗方法，對實驗使用的基質瀝青進行性能測試，從而對得到的實驗數據進行分析處理，實驗數據如表1和表2所示。

表1 基質瀝青性能試驗

-1.5-1.8針入度指數-℃～1.0≥46～1.0軟化點≥44≥43≥100≥40 15℃cm ＞110延度47.6 cm ≥20 10℃≥100-15.9蠟含量≤4.5%℃%≤3.0≤2.3 1.65≥245閃點（COC）≥15≥260≥230 272≥99 99.6溶解度（三氯乙烯）g/cm3密度（15℃）實測記錄-0.66 1.017

表2 瀝青旋轉薄膜烘箱老化試驗RTFOT

2.2 橡膠粉

對瀝青的改性實驗所用的橡膠粉進行分析處理，相應的物理指標和化學指標如表3所示。

表3 橡膠粉物理化學指標

2.3 活化助劑

為了實驗能夠順利進行，本文采用一些聚合物當作活化助劑，這些聚合物都是白色顆粒狀，且都帶有活躍的雙鍵結構。反應機理：在瀝青和橡膠粉中都帶有大量的硫元素，硫會破壞聚合物中的雙鍵結構進而鏈接在上面，最后隨著鏈增長變成環狀結構，大量的環狀聚合物鏈接在一起進而變成了網狀結構。通過這種鏈增長的化學反應，瀝青和橡膠粉有機地結合在一起，這種不是簡單的物理混合，是通過化學反應生成了穩定的有機大分子。

3 橡膠瀝青混合料GTM法配合比設計

3.1 原材料物理力學性能

通過上述的活化助劑，我們得到了穩定的橡膠瀝青混合材料，接下來要對這種混合原料相關的性能指標進行測試分析。

橡膠瀝青復合材料的抗水性能也是一個重要的指標，為了改善材料在水中的穩定性，我們對瀝青中混凝土材料的性質進行探究，當集料的標準為＞4.75mm 時，混凝土的材料選擇玄武巖，當集料的標準為＜4.75mm時，就選擇石灰巖。

3.2 級配比選方案

在實驗過程中，對粗集料級配和連續級配的數據進行對比。在實驗中，選擇了幾種粒徑不同的混合原料，發現粒徑不同的原料均符合間斷級配。另外，根據道路的力學屬性和綜合性能來測試混合原料中瀝青的配比。4.75mm 的顆粒尺寸是一個臨界值，間斷級配混合原料只能承受住大于4.75mm 的顆粒，如果小于4.75mm，則需要改變配級原料。0.075mm直徑的粗集料，過篩率假設為5%，那么4.75mm直徑的集料，其過篩率有下列三種不同的情形，第一種為25%，第二種為30%，第三種為35%。

3.3 配合比擬定

改性后的橡膠瀝青混合原料的體積參數在業界有很多種說法，沒有定論。如果GTM在進行集料選擇和最優瀝青量確定時，僅僅把GSI和GSF這兩種參數作為影響因素，而對于顆粒間的空隙和飽和度都不去計算在內，這樣就能更好地確定體積參數。

3.4 橡膠瀝青混合料路用性能分析

3.4.1 高溫穩定性

橡膠瀝青的高溫穩定性是一個非常重要的參數指標，主要是根據車轍實驗的數據來進行判定。這種方法操作起來非常簡便，同時試驗結果也可以直觀地反映瀝青混合料的路面鋪筑后的車轍情況。車轍試驗的溫度為60℃，車輪胎的壓力為0.7MPa，然后以每分鐘42次的頻率將車輪來回碾壓。判斷抗車轍的性能好壞的參數是動穩定度，當動穩定度越大，說明混合材料的抗轍性越差，越小則越強。

3.4.2 低溫抗裂性

對于混合原料的耐低溫性能檢測，要根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F 40—2004）中的低溫小梁彎曲試驗來評價。試驗的溫度設定為10℃，通過分析實驗中的破壞應變值的大小就能分析出混合原料的抗低溫性能。橡膠瀝青混合料低溫評價指標要求比常規瀝青混合料有了較大的提高，造成這種現象的原因是橡膠中含有較多的聚合物，除此之外，還含有一些炭黑和抗氧化的物質，所以橡膠瀝青才會有如此優異的性能。

3.4.3 水穩定性

橡膠瀝青的水穩定性是一個重要指標，主要是通過凍融劈裂強度試驗來檢測，根據TSR的大小來判斷橡膠瀝青的水穩性，TSR越大，說明橡膠瀝青的水穩定性越優異。

3.4.4 疲勞性

目前對于橡膠瀝青材料的疲勞性的測試方法比較單一，還是以四點彎曲小梁測試這種方法為主，通過這種方法來檢測和驗證混合瀝青的疲勞性能。通過多次實驗的數據顯示，橡膠瀝青的疲勞性能非常的優秀，相比單純的瀝青來說得到很大的改進，使得公路的使用壽命更長。

3.4.5 抗滑性

同樣的，橡膠瀝青的抗滑性能也是一個重要的參數，是根據表面構造深度試驗的數據結果來判定抗滑性能，主要是在車轍試件或者是在鋪好的路面上進行測試的，通過手工鋪砂這種方式來檢測其抗滑性能。通過一系列的工程實驗數據顯示，橡膠瀝青的抗滑性能得到很大的提高，主要是因為橡膠瀝青這種材料本身的孔道較多，孔隙率高。

4 結論

通過以上對改性橡膠瀝青混合料的性能測試和數據分析，我們得出以下結論。

（1）橡膠瀝青在高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性、疲勞性和抗滑性等方面都具有優異的性能，為以后道路材料的設計和應用開辟了一個新的思路。

（2）利用GTM 方法不同的級配方式制作出的橡膠瀝青在高溫穩定性和抗滲透性方面有很大的不同，連續級配這種方式制作的橡膠瀝青性能更優。

（3）根據路用數據顯示，連續級配的方式下制作的橡膠瀝青性能更為突出。但是，要注意顆粒尺寸是否接近個臨界值4.75 mm，間斷級配混合原料只能承受住大于4.75mm的顆粒，如果小于4.75mm，則需要改變配級原料。