穩定型橡膠瀝青廠拌熱再生混合料性能研究

曹艷霞 謝天賜 曹果

摘要：文章將基礎研究與工程應用相結合，以穩定型橡膠瀝青及橡膠瀝青再生混合料的路用性能研究為切入點，以再生瀝青路面的結構設計與長期性能驗證為落腳點，融合理論分析、試驗手段，在廠拌熱再生的基礎上，充分考慮穩定型橡膠瀝青的特點，圍繞穩定型橡膠常規物理特性及路用性能開展廣泛的膠結料試驗。

關鍵詞：穩定型橡膠瀝青;熱再生;性能研究

瀝青路面回收料（RAP）的循環再生利用是發展綠色交通、推進資源集約利用的重要舉措之一[1]。瀝青路面廠拌熱再生技術，是根據再生路面的設計要求，根據再生舊料預處理后的技術特點，按照瀝青混合料的合成級配和新礦物的數量，將一定比例的瀝青和添加劑加入再生瀝青混合料中熱拌、攤鋪和碾壓的再生瀝青路面技術[2]。傳統的熱再生瀝青路面的長期性能較差，聚合物改性劑的使用影響了廠拌熱再生的經濟效益，限制了該技術的廣泛采用。將廢舊輪胎粉碎成橡膠粉制備成橡膠瀝青用于道路建設已經引起了廣泛關注，并成為處理大量舊輪胎的最有效方法之一。當前國內外學者專家將橡膠瀝青與再生技術的復合應用進行研究，以獲得更為優異的再生瀝青混合料性能[3]～[4]。

穩定型橡膠瀝青常規物理特性

在橡膠瀝青中摻入特有的礦物活性成分制備成穩定型橡膠瀝青，能有效改善傳統橡膠瀝青的儲存穩定性和抗離析性。為研究穩定型橡膠瀝青的特性，本項目通過實驗研究方法，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTGE20-2011），選用現代化工廠集中生產的穩定型橡膠瀝青，研究其物理特性，并將其與70#道路石油瀝青、SBS改性瀝青及橡膠瀝青進行對比，得到不同瀝青的檢測結果見表1。

由表1可知，穩定型橡膠瀝青與SBS改性瀝青物理性質相對接近，穩定型橡膠瀝青針入度、軟化點、彈性恢復能力略高于后者，延度要明顯低于改性瀝青，但比橡膠瀝青要高出約1倍。另外，穩定型橡膠瀝青的黏度顯著低于橡膠瀝青，這主要是由于穩定型橡膠瀝青經過工廠化生產后膠粉與瀝青之間反應更加充分，加快了橡膠的脫硫與降解，導致膠粉三維網絡結構崩解，分子量下降，綜合導致橡膠瀝青針入度變大、黏度下降，使得穩定型橡膠瀝青的施工和易性大幅優于橡膠瀝青[1]。

穩定型橡膠瀝青再生混合料配合比設計

（1）試驗原材料分析

試驗所用RAP料從某高速公路上面層銑刨獲得，原路面上面層為 4 cm AC-13，采用 SBS 改性瀝青。所用的新料中，粗、細集料均為花崗巖集料，按照《公路工程集料試驗規程》（JTGE42-2005）要求對集料性能進行了測試，試驗結果如表2和表3所示。結果表明，粗、細集料各項技術指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40-2004）中高速公路及一級公路表面層瀝青混合料用粗、細集料的質量技術要求。

技術指標單位試驗結果技術要求試驗方法表觀相對密度—2.670≧2.5T0328砂當量%68≧60T0334

（2）級配

本試驗選用的級配類型為AC-13C，礦料級配設計結果見表4。

最佳油石比

選用 5 個水平的RAP摻量 c：0%、20%、30%、40%、50%，采用4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%的油石比 Pa，并采用表 4 中 AC-13C 級配進行馬歇爾試驗和配合比設計。其中，每組有效試件不少于 4 個。得到不同RAP摻量再生瀝青混合料馬歇爾試驗結果如表5所示。由表5可知，隨著RAP摻量的增加，再生混合料的最佳油石比逐漸下降，各摻量下再生混合料在其最佳油石比下的馬歇爾試驗結果均符合規范要求

穩定型橡膠瀝青再生混合料路用性能試驗

通過在最佳油石比下，對不同RAP摻量c：0%、20%、30%、40%、50%的穩定型橡膠瀝青混再生混合料進行浸水馬歇爾、凍融劈裂、車轍、小梁彎曲等試驗，分析RAP摻量對橡膠瀝青混再生合料水穩定性能、高溫穩定性能、低溫抗裂性能的影響。

（1）水穩定性

采用凍融劈裂試驗模擬潮濕地區來評定穩定型橡膠瀝青混再生混合料的水穩定性能。試驗過程參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）。凍融劈裂試驗是通過測定瀝青混合料試件在受到水損壞前后的劈裂破壞強度比來評價瀝青混合料的水穩定性。試驗通過在最佳油石比下，對不同RAP摻量0%、20%、30%、40%、50%的五組再生瀝青混合料按標準成型馬歇爾試件，正反兩面各擊實 50 次。凍融劈裂強度比TSR試驗結果見圖1。總體來說，橡膠瀝青膠結料具有較好的水穩定性，隨著RAP摻量的增加，水穩定性由下降趨勢變為上升，主要原因是充分加熱的RAP料中老化的SBS改性瀝青對集料有良好的包裹性，能較好地保護瀝青層內部。

（2）高溫穩定性

采用車轍試驗來評價穩定型橡膠瀝青混再生混合料的高溫穩定性。試驗采用不同RAP摻量0%、20%、30%、40%、50%的五組再生瀝青混合料在其最佳油石比下制備車轍試件，試件尺寸為300mm×300mm×50mm。試驗前，先將試塊與試模一同在60℃環境中預熱6h左右。試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）的相關規定具體操作。試驗結果如圖1所示。由圖1可知，提高RAP摻量可顯著提升再生混合料的高溫穩定性。主要原因在于，橡膠瀝青膠結料本身具有良好的高溫穩定性，加上RAP舊料中老化的SBS改性瀝青，因此隨著RAP摻量增加，瀝青總質量占比增加，從而有利于提高高溫穩定性。

（3）低溫抗裂性

采用低溫小梁彎曲試驗來評價再生瀝青混合料的低溫抗裂性，并分析RAP對瀝青混合料低溫抗裂性的影響。試驗先按標準制備不同RAP摻量0%、20%、30%、40%、50%的五組再生瀝青混合料在其最佳油石比下的車轍試件，每組一塊試件，然后將其切成尺寸為 250mm×30mm×35mm 的小梁，試驗前，先將小梁置于溫度為-10℃的溫濕度試驗箱中不少于3h，使試件內部溫度達到要求的試驗溫度。試驗采用三點加載法，跨徑為 200mm，加載速率為 50mm/min。由試驗結果圖3可知，隨著RAP摻量提高，再生混合料的抗彎拉強度逐漸提高，最大彎拉應變下降，說明RAP摻量的增加，使得再生混合料的強度增大、硬度提高，但總體來說，具有較好的低溫抗裂性。

結語

穩定型橡膠瀝青常規物理特性在針入度、軟化點和彈性恢復等指標方面接近于SBS改性瀝青，延度雖然相較于SBS改性瀝青有所下降，但明顯優于傳統橡膠瀝青，且黏度較傳統橡膠瀝青更低，具有更好的施工和易性。

隨著RAP摻量的增加，再生混合料的最佳油石比逐漸下降，各摻量下再生混合料在其最佳油石比下的馬歇爾試驗結果均符合規范要求。

（3）隨著RAP摻量的增加，穩定型橡膠瀝青再生混合料高溫穩定性、水穩定性、抗彎拉強度呈增大趨勢，極限彎拉應變降低，表明逐漸增加RAP摻量，使得再生混合料強度、剛度提高，但脆性也隨之增大。

參考文獻

程其瑜，祝譚雍，黃曉明，馬濤.穩定型橡膠瀝青廠拌熱再生混合料性能研究[J].公路工程，2019，44（03）：54-60.

程其瑜，仰建崗，祝譚雍.廠拌熱再生瀝青混合料中RAP摻量對馬歇爾指標的影響分析[J].公路交通科技（應用技術版），2019，15（07）：83-86.

董楨. 穩定型橡膠瀝青與熱再生技術復合應用研究[D].東南大學，2018.

吳曉霞.高比例RAP摻量橡膠熱再生混合料路用性能與改性機理研究[J].公路工程，2016，41（04）：118-123.

基金項目：本文系2019年湖南省教育廳資助科研項目“穩定型橡膠瀝青廠拌熱再生混合料性能研究”（項目編號：19C0690）成果之一。

通信作者：曹艷霞，碩士，講師，從事道路與鐵道工程、建筑工程的教學和科研研究

第二作者：謝天賜，湖南交通工程學院土木工程專業在讀本科生;

第三作者：曹果，碩士，講師，從事建筑工程教學與科研工作;