橡膠瀝青SMA混合料路用性能分析

田靜

摘要：文章為研究橡膠瀝青SMA混合料的路用性能，分別選取添加裂解劑和不添加裂解劑的兩種混合料，通過試驗分析其各項技術性能。結果表明，兩種橡膠瀝青SMA混合料的各項指標均高于規定值，滿足要求；添加裂解劑的混合料高溫穩定性略有下降，其他性能均有所提升，說明添加裂解劑的混合料較沒添加的混合料路用性能更佳。

關鍵詞：橡膠瀝青SMA混合料；路用性能；高溫穩定性；低溫抗裂性

0引言

SMA瀝青混合料中粗集料含量較高，瀝青路面結構整體穩定性高［1］，具有良好的路用性能。采用橡膠瀝青作為結合料可進一步提升混合料的路用性能。橡膠瀝青SMA混合料的路用性能更佳［2］，橡膠的彈性和柔性會在高溫季節降低路面的永久變形，提升彈性恢復能力；低溫條件下，添加橡膠顆粒后可提升瀝青路面的抗拉強度［3］，減少低溫開裂，提高使用壽命。為研究橡膠瀝青SMA混合料路用性能，分別選取添加裂解劑和不添加裂解劑兩種混合料開展試驗，通過對比分析確定混合料的路用性能。

1 原材料檢驗

1.1 瀝青技術性能檢驗

本研究橡膠瀝青SMA混合料基質瀝青選用殼牌70#瀝青，瀝青等級為A級。按照試驗要求取樣對基質瀝青各主要技術性能指標進行檢測，檢測結果如表1所示。根據試驗檢測結果可知，基質瀝青各指標均滿足《瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）中相關要求，滿足橡膠瀝青SMA混合料設計要求。

1.2 橡膠粉技術性能檢驗

為節約成本、變廢為寶，本研究橡膠瀝青SMA混合料橡膠粉選用廢舊輪胎橡膠粉。按照規定工藝將廢舊輪胎加工成橡膠顆粒，根據粒徑、目數、溶脹速度的要求，確定橡膠粉的粒徑和級配等指標。本項目選擇40目橡膠粉，其主要物理和化學指標檢測結果如表2所示。根據檢測結果可知，各指標均滿足設計要求，可以使用。

1.3 集料技術性能檢驗

本研究選用玄武巖粗集料。玄武巖密度大、強度高［4］，是優質的橡膠瀝青SMA混合料路面面層材料。選擇多棱角、顆粒形狀規則、強度高的玄武巖作為粗集料，取樣檢驗粗集料主要技術性能指標，檢測結果如表3所示。根據檢測結果可知，粗集料各技術指標均滿足設計要求。

細集料選擇石灰巖石屑，取樣檢測結果如表4所示，各指標檢測結果均滿足設計要求。

1.4 填料

橡膠瀝青SMA混合料填料選擇石灰巖磨細礦粉。所選外加劑有橡膠瀝青裂解劑和木質素纖維。橡膠瀝青裂解劑可以降低橡膠瀝青的相對稠度，改善橡膠粉組分的失調問題。木質素纖維可以提升混合料化學性能的穩定性，提高橡膠瀝青SMA混合料在運營使用中的耐久性。本研究中混合料木質素纖維摻量為0.3‰。

2 橡膠瀝青SMA混合料配合比設計

以橡膠瀝青SMA混合料為研究對象，配合比設計分為兩種：（1）添加了橡膠瀝青裂解劑（編號為TR-SMA）；（2）沒有添加橡膠瀝青裂解劑（編號為R-SMA）。根據上述原材料質量檢驗結果，通過試驗分別確定兩種橡膠瀝青SMA混合料礦橡膠瀝青裂解劑料級配如表5所示。

通過礦料級配制備馬歇爾試件，以此確定橡膠瀝青SMA混合料最佳油石比為6.1%，橡膠粉摻量為19%，橡膠瀝青裂解劑摻量為3.6%，木質素纖維摻量為3‰。

3 橡膠瀝青SMA混合料路用性能分析

3.1 高溫穩定性分析

橡膠粉瀝青可以提高瀝青路面的抗疲勞性能、低溫抗裂性能［5］，減少反射裂縫，降低行車噪音。為檢驗橡膠瀝青SMA混合料的路用性能，分別選擇沒有添加和添加橡膠瀝青裂解劑的橡膠瀝青SMA混合料開展試驗進行對比分析。車轍是瀝青路面最常見的病害之一，也是表征瀝青混合料高溫穩定性的重要指標。本研究按照上述配合比設計分別制備試件，在規定條件下開展車轍試驗，試驗結果如表6所示。

分析表6所列試驗數據可知，兩種橡膠瀝青混合料的動穩定度均遠高于《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2017）（以下簡稱《設計規范》）中要求的3 000次/mm，說明TR-SMA和R-SMA瀝青混合料的高溫穩定性均滿足規范要求。經過對比分析可知，加入橡膠瀝青裂解劑的SMA瀝青混合料的動穩定度略低于未添加的混合料，分析原因是由于在裂解劑的作用下，橡膠瀝青在溶脹后顆粒更加細小，在一定程度上削弱了混合料中橡膠瀝青空間網絡結構整體穩定性，但總體對橡膠瀝青SMA混合料的高溫穩定性影響不大。另外，加入裂解劑的混合料試件所產生的永久變形和相對變形也較大，但二者差距不大。因此，通過對比分析可知，添加裂解劑會略微降低SMA混合料的高溫穩定性，但二者差距不大，兩種橡膠瀝青SMA混合料的高溫穩定性均滿足設計要求。

3.2 低溫抗裂性分析

瀝青混合料低溫抗裂性不足，會降低瀝青路面的抗拉強度，導致瀝青路面產生低溫開裂，尤其是在北方寒冷地區更為突出。橡膠粉的添加可以使瀝青混合料在低溫時仍具有較好的韌性和柔性，從而提高瀝青混合料的抗拉強度。而SMA瀝青混合料骨架結構的整體穩定性較好，也可以減少低溫開裂。按照試驗要求，分別制備兩種橡膠瀝青SMA混合料試件，在規定條件下開展低溫彎曲蠕變試驗，試驗結果如表7所示。

分析表7所列試驗數據可知，兩種橡膠瀝青SMA混合料的破壞應變均超過了《設計規范》中要求的2 500 με，說明兩種混合料的低溫抗裂性均滿足規范要求。由于添加了橡膠粉，發生溶脹反應后在骨料表面均勻地吸附一層凝膠膜，在瀝青路面結構中形成的空間交聯結構，低溫環境下可有效抑制應力集中位置裂紋的生長和斷裂，使橡膠瀝青SMA混合料的低溫抗裂性得到提升。

通過對比分析可知，添加裂解劑的橡膠瀝青SMA混合料的彎拉強度和破壞應變更大，低溫抗裂性更好，說明裂解劑可以進一步提升混合料低溫抗裂性。這是由于裂解劑可以提升溶脹反應，還可以使膠粉顆粒產生裂解反應，形成更加細小的顆粒，進一步降低瀝青稠度，提高膠粉瀝青的延展性，提升改性瀝青的低溫柔韌性，進而提升混合料的低溫抗裂性。

3.3 水穩定性分析

由于水分浸潤集料，使集料表面的膠結料變軟，粘附性下降，進而造成集料表面的瀝青膜脫落，導致瀝青路面結構出現水破壞。為評價橡膠瀝青SMA混合料的水穩定性，制備試件分別開展粘附性水煮試驗和凍融劈裂試驗。根據粘附性水煮試驗結果，水煮后瀝青膜沒有從骨料表面剝落，滿足設計要求。凍融劈裂試驗結果如表8所示。

分析表8所列試驗數據可知，兩種混合料的凍融劈裂強度比均＞80%，且均略高于85%，說明試驗結果滿足設計要求，但試驗結果偏小。分析原因是由于橡膠粉的添加降低了瀝青的粘附性，而加入裂解劑后橡膠粉顆粒進一步變小，在混合料中的分布更均勻，對溫度的敏感性降低，因此添加裂解劑的橡膠瀝青SMA瀝青混合料水穩定性更好。

3.4 疲勞特性分析

在長期車輛荷載的重復作用下，瀝青路面結構會產生疲勞破壞。為檢驗橡膠瀝青SMA混合料的疲勞特性，制備試件開展小梁重復彎曲疲勞試驗，試驗結果如表9所示。

分析表9所列試驗結果可知，隨著應力水平的提高，兩種橡膠瀝青SMA混合料的疲勞壽命隨之下降，二者呈現一定的線性關系。添加橡膠粉可以提高瀝青的稠度，提高橡膠瀝青SMA混合料的疲勞壽命。但橡膠粉的數量過大，會使瀝青混合料中的自由瀝青減少，進而降低瀝青的粘附性，縮短混合料疲勞壽命。另外，通過對比可知，添加裂解劑的橡膠瀝青SMA混合料疲勞特性更好。

4 結語

為研究橡膠瀝青SMA混合料的路用性能，分別選取添加裂解劑和不添加裂解劑兩種混合料開展試驗，得出以下結論：

（1）根據TR-SMA和R-SMA瀝青混合料的車轍試驗結果，兩種混合料的動穩定度均遠高于3 000次/mm，說明二者的高溫穩定性均滿足要求，添加裂解劑會對混合料的高溫穩定性產生一定影響，但基本可以忽略。

（2）根據低溫彎曲蠕變試驗結果，兩種橡膠瀝青SMA混合料的破壞應變均遠高于2 500 με，且添加裂解劑后混合料的低溫抗裂性更優。

（3）根據水煮試驗和凍融劈裂試驗結果，兩種混合料的凍融劈裂強度比均＞80%，滿足設計要求，但試驗結果偏小，且添加裂解劑的混合料水穩定性更好。

（4）隨著應力水平的增加，橡膠瀝青SMA混合料疲勞壽命隨之下降，合理控制裂解劑的添加量可提升疲勞壽命，且添加裂解劑的混合料疲勞特性更好。

總之，根據上述試驗結果可知，TR-SMA和R-SMA瀝青混合料的路用性能均滿足要求，且添加裂解劑的橡膠瀝青SMA混合料的路用性能總體更佳。

參考文獻：

［1］李明堯，王 科，王文峰.橡膠瀝青SMA混合料級配設計及路用性能研究［J］.交通世界，2021（15）：5-6.

［2］范 平.溫拌橡膠瀝青SMA混合料水穩定性影響因素試驗及灰關聯分析［J］.路基工程，2021（2）：87-93.

［3］郭 亮.不同膠粉摻量橡膠瀝青SMA性能研究［J］.福建交通科技，2020（5）：31-33，100.

［4］甄俊杰.橡膠瀝青SMA混合料低溫性能影響因素研究［J］.公路，2016，61（9）：260-262.

［5］徐金枝，王 春，常 睿，等.橡膠瀝青SMA技術性能試驗研究［J］.筑路機械與施工機械化，2015，32（6）：53-56.

作者簡介：田 靜（1986—），碩士，高級工程師，研究方向：道路工程。